“旅行者2號”走了41年，太陽系究竟有多大？

作者：SHAO科學傳播團隊（中國科學院上海天文臺）

文章來源于科學大院公眾號（ID：kexuedayuan）

——

11月4日，在NASA“旅行者2號”探測器飛出太陽系一年之后，《自然·天文學》雜志公開了5項研究論文，發(fā)布“旅行者2號”進入星際空間的首批測量數(shù)據(jù)。從1977年發(fā)射升空，到2018年飛出太陽系，這段路“旅行者2號”整整走了41年。

如果說地球是人類的搖籃，那么太陽系就是人類的家園。那么，我們所知的太陽系究竟有多大？

到底誰是宇宙中心？

2013年4月11日太陽的紫外波段圖像（圖片來源：NASA SDO）

人類依靠肉眼只能看到幾千顆星星，它們幾乎都是“一動不動”的恒星。不過，有幾顆星星位置經(jīng)常發(fā)生變化，在其中穿梭，它們就是行星。以古希臘為代表的西方文明把地球及日月行星聯(lián)系在一起構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，漸漸地，由集大成者托勒密發(fā)展出了“地心說”?！暗匦恼f”統(tǒng)治了1200年，直到16世紀，波蘭天文學家哥白尼發(fā)表《天體運行論》，“日心說”登上歷史舞臺，太陽取代了地球，成為了宇宙的中心。這時候才有了“太陽系”這個概念。

“小雪球”越滾越大，于是行星產(chǎn)生了

太陽系形成（圖片來源：Bill Saxton%NSF%AUI%NRAO）

現(xiàn)在理論認為，早期恒星質(zhì)量巨大，很快會以超新星爆炸的形式結(jié)束自己的生命，向周圍拋出大量物質(zhì)，成為太陽系的原材料。大約50億年前，在距離銀河系中心2.7萬光年的獵戶旋臂上，密度較大的原始星云在引力作用下坍塌收縮。當密度大到一定程度，原始星云瓦解成多個小星云，它們還會進一步收縮，核心的壓力和密度越來越大、溫度越來越高，外圍的溫度則不斷下降。當核心溫度升高到1000萬開時，核聚變反應(yīng)突然開始了，太陽就此誕生。在太陽外圍，許多細小的氣體塵埃同樣也在引力的作用下凝聚成團，像雪球一樣越滾越大，最終形成行星。

彗星的“尾巴”啥時候會出現(xiàn)？

太陽系是個龐大的家族，有許多形形色色的天體。

太陽系天體（來源：Tracher Created Resources）

1、太陽。整個太陽系99.9%的質(zhì)量都集中在太陽身上，它所控制的范圍至少有1光年。

2、八大行星——水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，它們可以被分成固態(tài)行星和氣態(tài)行星。

太陽系行星（中英文）（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

3、衛(wèi)星。大部分行星擁有衛(wèi)星，總數(shù)達到了205個。

4、矮行星。冥王星、谷神星、鬩神星、妊神星、鳥神星等被認定為矮行星。

5、小行星。在火星與木星的軌道之間，有著一條“小行星帶”，那里分布著幾十萬顆小行星，絕大多數(shù)都是直徑只有幾十米至幾百米。

6、柯伊伯天體。在海王星以外一片廣袤的空間里，也分布著許多小行星，它們被稱為“柯伊伯天體”。

7、彗星。太陽系擁有為數(shù)眾多的彗星，它們分布范圍極廣，個頭很小，只有接近太陽時才會“長”出彗尾。

假如制作一個縮小10億倍的太陽系模型……

假如制作一個縮小10億倍的太陽系模型，太陽和行星的距離和大小會是這樣：

從這些數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，行星與行星之間有著巨大的空間，幾乎什么都沒有，并不像我們教科書上畫得那樣擁擠。太陽系最遙遠的神秘的奧爾特云在1:10億的太陽系模型中是一個半徑為150公里的球面，足以蓋住整個長三角；而離我們最近的恒星比鄰星，遠在4萬公里之外！

說來說去，對于人類而言，還是地球最好!

水星沒有大氣，表面布滿了撞擊坑，與月球非常相似。水星的密度與地球很接近，但質(zhì)量只有地球的6.6%，因此推測其內(nèi)核質(zhì)量可能占據(jù)總質(zhì)量的2/3甚至更多，相比之下地球內(nèi)核只占1/3。水星距離太陽最近，白天地表溫度可以達到420℃；到了晚上，由于沒有大氣的保暖，溫度又會跌落到-170℃。

金星繞太陽轉(zhuǎn)一圈需要225天，而自轉(zhuǎn)周期更是長達243天。金星表面有著濃密的大氣，壓強可以達到地球的90倍以上，相當于900米深的海底。大氣中多達97%是二氧化碳，剩下的是二氧化硫和水，因此表面被酸霧、酸雨籠罩著。大量的溫室氣體導(dǎo)致其表面溫度達到470多攝氏度，連晚上的溫度也能達到450℃，這讓它一舉摘得太陽系最熱行星桂冠！

相比水星和金星，地球氣候宜人，生機盎然，海水面積占表面71%。大氣層和磁場保護生命免受宇宙高能射線和帶電粒子的危害。

火星或許是除地球以外對生命最友好的星球了。不過它的環(huán)境其實也很惡劣?；鹦堑拇髿鉂舛戎挥械厍虻?%，大部分是二氧化碳，氧氣只有0.15%，水汽只有0.3%。火星沒有一個全球性的磁場，因此無法抵擋太陽風的侵襲。大概三四十億年前火星上曾經(jīng)有過全球性的海洋，但由于種種原因，這些水最終被蒸發(fā)。

古今火星對比（圖片來源：NASA）

火星視運動軌跡（圖片來源：APOD；攝影：Tun__ Tezel）

木星是太陽系最大的行星，其質(zhì)量是其它七大行星總和的2.5倍。木星由70%氫和25%氦組成，其他較重的元素可能主要存在于一個我們目前尚不了解的巖核中。根據(jù)“朱諾”號探測器最新研究，木星大氣至少深3000千米，是地球的100倍。木星上著名的大紅斑了是個巨大的氣旋，至少可以容納1個地球。

木星（圖片來源：NASA）

土星也是一個氣態(tài)行星，成分與木星接近。它是八大行星中唯一一個密度比水還要小的行星。它的標志性特征是一個漂亮的光環(huán)，由無數(shù)冰粒和石塊組成。

天王星的體積比海王星大，質(zhì)量卻比海王星小，它還是大氣溫度最低的行星，只有-224℃。由于低溫造成大氣結(jié)構(gòu)與木星、土星不同，因此也有人稱呼它為冰巨星。

海王星的大氣中除了氫和氦，還有甲烷和氨氣，因此呈現(xiàn)藍色。30年前“旅行者”2號離開后還沒有探測器到達過，因此我們對它還缺乏很深的了解。