半徑2光年?太陽系到底有多大?人類探測器到底有沒有飛出去?

2014年9月13日淩晨2點,美國宇航局對外宣佈,他們的旅行者1號探測器已經飛離太陽系,正式進入到星際空間。這台發射于1977年的探測器,經過了37年的航行,終于來到了人類從未踏足過的宇宙空間。

2018年12月10日,根據美國宇航局的消息,同樣發射于1977年的旅行者2號探測器,也進入到了星際空間,成為了人類確定第二個進入星際空間的探測器。

看起來渺小的人類,竟然能夠將航天器發射到太陽系以外,想想就讓人感到不可思議。不過我們也聽說過另一個說法,那就是人類有生之年都看不到太陽系以外的世界。

這兩種說法矛盾嗎?太陽系的邊界到底在哪裡呢?

其實,這兩種說法都不算錯誤,因為其中所指的太陽系邊界,來自于不同的定義。那麼,太陽系的邊界,到底有幾種定義呢?

通常來說,比較流行的說法,一共有三個,分別是以行星為邊界、以太陽風為邊界、以太陽引力為邊界。咱們一個一個來介紹~

以行星為邊界

這個定義,可以說從哥白尼創立日心說之後就開始了。在哥白尼之前,人們一直以為地球是宇宙的中心,根本沒有太陽系的概念。哥白尼指出,太陽才是宇宙的中心,地球只是一顆普通的行星,和其他同伴一起繞太陽公轉。

從這一刻開始,科學家們對于天文學的理解不斷加深,並且發展出了萬有引力、行星三定律等一系列的天體物理學理論。雖然哥白尼的理論也不完全正確,但是太陽系的概念也終于漸漸出現,到後來土星被確定為太陽系最遙遠的行星,人們一度認為土星的軌道就是太陽系的邊界。

到了1781年,英國天文學家威廉·赫歇爾利用望遠鏡發現了天王星,太陽系的邊界也被推到了天王星的軌道。再到1846年,海王星被發現,它的軌道也被看作是太陽系的新邊界。

但是,從那個時候開始,人類就已經意識到海王星外還有其他的太陽系天體了,甚至還推測有第九大行星的存在。可是直到今天,我們也沒有發現第九大行星,難道太陽系的邊界就懸而未決了嗎?

好在,我們還有其他的定義方法。

以太陽輻射為邊界

太陽之所以能夠發光發熱,就在于其內部進行著極其劇烈的核聚變反應。除此之外,太陽還向宇宙空間釋放出巨大的輻射,包括各種電磁波以及帶電粒子。其中的帶電粒子就形成了所謂的太陽風,吹散到宇宙空間。

與此同時,宇宙空間也存在著其他天體釋放出來的帶電粒子,具有很強的能量。它們和太陽風在宇宙空間進行著博弈,形成了「拉鋸戰」。

距離太陽越近的地方,太陽風就越強,可以抵禦宇宙輻射。在距離太陽比較遠的地方,太陽風逐漸減弱,並在某一個區域內和宇宙輻射達到基本平衡。在更遠的地方,太陽風就弱得可以忽略不計了。

因此,天文學家借此來定義太陽系的邊界:太陽風能夠主宰的區域,被稱為日球層;太陽風和宇宙輻射基本平衡的區域叫做日球層頂;太陽風無法控制的區域,就算作太陽系以外,我們稱之為星際空間。

根據目前的研究,地球層頂距離我們大約120個天文單位,也就是差不多180億公里,其厚度大約為0.5個天文單位。隨著太陽活動的變化、太陽系在銀河系內所處位置的變化以及方向的不同,日球層頂的距離不盡相同並且會發生變化。根據前年的一項研究,天文學家發現日球層竟然呈現出詭異的羊角包形狀。

根據最新的資料,旅行者1號目前距離我們約156個天文單位,即大約234億公里;旅行者2號距離我們約130個天文單位,即大約195億公里,都超出了日球層的范圍。美國宇航局所說的它們沖出太陽系,指的就是穿越了日球層頂,進入了星際空間。

可是,它們真的完全脫離太陽系了嗎?

那可未必。因為目前天文學家發現的最遙遠的小天體中,已經有好多都比這兩個探測器更遠了,它們仍然是太陽系天體,圍繞著太陽公轉。從這個角度來講,它們仍然處于太陽系的另一個邊界之內。

以太陽引力范圍為邊界

即使遠在日球層以外的區域,也有大量的天體圍繞著太陽公轉。在這片廣袤的區域內,有一個名叫奧爾特雲的結構,這是太陽系最外層的結構。

奧爾特雲是一個理論上存在的區域,天文學家相信它的存在,但因為過于遙遠,目前沒有任何天體被確認是奧爾特雲的天體,只有小行星塞德娜有可能來自于這裡。天文學家認為,太陽系的長週期彗星的家園就是奧爾特雲,這裡隱藏著數以億計的小天體,其總質量大約是地球的5-100倍,甚至有人認為太陽系第九大行星就隱藏在這裡。

奧爾特雲最內側距離太陽也有2000-5000個天文單位,遠遠超出了人類已經觀測到的所有太陽系天體的距離。其最外側的邊緣,就應該是太陽的引力邊界。

這個邊界,目前還沒有定論。有人認為是50000個天文單位,有人認為是100000個天文單位,也有人近似地以光年為單位來估算,認為在1-2光年以外。也就是說,按照引力范圍來算,太陽系的半徑可能延伸到了2光年以外。

總結

太陽系如此之大,我們對它的了解實在太少了,連這個「家園」有多大我們都不清楚。如果將整個太陽系比喻成一個蘋果的話,人類的探測器連一個蘋果核的距離都沒有飛出去。

太陽系週邊到底隱藏著什麼樣的天體?太陽系的邊界到底在哪裡?在人類突破太陽系之前,這些問題恐怕都是個謎了……

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