太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
2022-03-13 12:53:20  作者:sillybird 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

【柯伊伯带】

我们的生活在地球上,地球是太阳系从里到外的第三颗行星。自从人类有了文明以来,人类一直在观察着宇宙,观察着这个星空。

进入现代文明以来,科技突飞猛进,尤其是近30年以来,天文科学的发展达到了新的高度。

我们对宇宙的认知发生了爆炸性的增长,我们在银河系中发现了数十亿颗恒星,在宇宙中发现了数十亿个新的星系,我们也见识了黑洞喷射出宇宙喷流,看到了壮观的超新星……

然而,天文学家们发现,我们对自己的太阳系世界却知之甚少。当我们研究宇宙时,我们就身处于太阳系,所以这是我们最应该了解的。

但事实证明,我们才刚刚开始了解我们的太阳系,而且更让人惊讶的是,我们并不真正了解它的范围,它到底有多大?

以前我们一直说,太阳系有九大行星,冥王星是最远的行星,那个就是太阳的最边缘的地方,然而结果我们发现完全都错了,如果你认为太阳系边缘就在那些海王星和冥王星所在的地方,就大错特错了!

冥王星所在区域,是一个非常广袤的区域。在这个区域的外围,如果你在那边看太阳,你会发现,太阳有可能会被误认为是另一颗恒星。

在太阳系的这个黑暗区域里,有巨大的东西潜伏着,它们的存在只能通过一些误入太阳系内部的星体,才能被证实。

这些星体就是彗星。现在科学家们认为,这些彗星来自海王星轨道之外的一个神秘圆盘——柯伊伯带。

太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
科伊伯带示意图

这个区域的天体,很难被观察到。试想一下,观察的物体可能只有100多公里宽,但它们有几十亿英里远。也许有人会问,我们可以看到几百或几千光年远的恒星,为什么柯伊伯带的彗星却很难发现?

这是因为,那些恒星都是发光体,而我们要观察的这个100多公里宽的彗星,它本身并不会发光,而且更加要命的是,它们还很黑。这就是为什么要找到这些东西是非常困难的原因了。

柯伊伯带的物体大多是由冰制成的,但它们不会像冰山那样闪闪发光,它们比沥青和焦油都黑!

之所以它们会这么黑,是因为,它们的表面被太阳“烤熟”了。

我们现在知道彗星有很多有机分子,也就是说有碳的分子,当这些东西被紫外线和宇宙射线照射时,它们会烧焦变黑,所以就像你吃了一块肉,放在烤肉架上太久后,肉就被烧焦了。

彗星也是这样,彗星和其他柯伊伯带天体,由于它们的黑色涂层,融入了黑暗的太空背景,所以我们很难看到它们。如果要观察那么小的一个东西是非常困难的,甚至没有人认为能做得到。

1986年,来自夏威夷莫纳凯亚天文台的天文学家们证明他们都错了。他们在柯伊伯带发现了山一样大小的黑色冰块。

一夜之间科学家们将太阳系的直径扩大了一倍。柯伊伯带距离太阳的距离,是地球轨道的50倍,就像一个巨大的戒指。

柯伊伯带中的物质实际上是行星的剩余组成部分,这些物质本应该形成更大的行星,比如地球或木星。

但这些物质在成为行星的道路上掉队了,它们就这样被遗留了下来,变成一小块一小块的物质。

【可怜的冥王星】

柯伊伯带的发现立即使我们太阳系的规模发生了膨胀,但却削弱了一个成员的地位,因为柯伊伯带上的一些天体比我们最小的行星还要大,比如“阋神星”。

冥王星行星的地位遭到了挑战,而且柯伊伯带被发现的天体越来越多,如果发现更大的天体,难道都叫太阳系的大行星?

一直有行星被发现,行星队伍难道一直增加,这显然是不行的。

因此在2006年,行星被重新定义,就这样冥王星降级了,成为了矮行星。

现在行星的定义是:环绕太阳(恒星)运行的天体,它们有足够大的质量使自身因为引力而成为圆球体,并且能清除邻近的小天体。

未能清除轨道内小天体的则被纳入一个新创的分类,称做矮行星。事实上,我们已经在柯伊伯带发现了好几颗矮行星了。关于矮行星,笔者会专门对其进行讲述。

有趣的是,因为冥王星降级为矮行星,当时有些人进行游行抗议,说不能歧视“冥王星”。

太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
美国时间9月1日,新墨西哥州大学的“为冥王星抗议”的游行队伍,最前排是冥王星发现者的儿子及其儿媳。

其实,这真的不是歧视冥王星,而是把它放在了合适的位置。好吧,无论怎么说,现在我们的太阳系只有“八大行星”了。

【日光层】

柯伊伯带的发现打开了太阳系的大门,但它只是一个开始。在更远的地方发现的东西更为引人注目。

虽然柯伊伯带距离太阳的距离非常遥远,也非常巨大,但如果你认为柯伊伯带的边缘就是太阳系的边缘,那你就太小看太阳系了。

在远远超出柯伊伯带的地方,围绕着太阳系的区域,太阳部属了一个太阳风“盾牌”。你可知道,我们的太阳正在和银河系中最大的枪支进行着一场宇宙战争,而且我们的生命取决于它的胜利。

宇宙中到处充满着叫宇宙射线的致命辐射。宇宙射线本质上是亚原子粒子,如氦原子核、质子和电子。

它们以几乎光速在太空中飞驰,它们可以穿越很长的距离,哪怕是几十万光年。最后它们会来到地球上,并击中我们。

宇宙射线是从银河系深处爆炸的恒星中射出来的,它们都是生命杀手。它们能撕裂电子,事实上它们可以改变细胞的化学结构,引起突变,它们最终会杀死我们。

如果地球在没有任何保护的情况下,不断地被宇宙射线击中,那么高等生命形式是否能够生存还是个未知数。

但现在几乎没有什么宇宙射线真正射向我们,因为1400万公里外,一个防护罩正在保护我们免受这种致命辐射的全面攻击。

这个防护罩是由太阳提供的,太阳通过发射太阳风来对抗宇宙射线。它是一种超高速粒子流,我们很形象地称它为“太阳风”。它的主要成份是氢,而且数量惊人,每秒数十亿吨。

某些太阳风以每小时300多万公里的速度高速传播。它能产生相当大的冲击力,我们在地球上没有受到的冲击,是因为地球的磁场使它偏转。

太阳风不仅仅吹向地球,它不断地向外太空传播,吹过太阳系内所有的行星,它飞过木星、土星、天王星、海王星——并继续前进穿过柯伊伯带(55亿公里),携带着太阳磁场在太阳系周围形成了一个巨大的防御屏障。我们称之为日光层。

日光层可以形象地看作是太阳风在我们的太阳系周围吹出一个气泡。当宇宙射线射过来后,撞击这个气泡,大部分有害射线都被偏转到了外太空中。没有这个盾牌,高等生命恐怕就没有机会在地球上进化了。

当然和自然界中的其他事物一样,太阳风是也一把双刃剑,它即会危害我们的地球,但也会保护我们免受来自银河系物质的伤害。在宇宙中有太多的例子,你认为非常危险和有破坏性的东西,其实也在保护着你。

而太阳风就是这样一种东西,这些来自太阳的高能粒子,最大的作用就是保护我们整个太阳系免受更危险的粒子的伤害。

当太阳系缓慢绕银河系中心运行时,这些具有保护性的气泡在尘埃和气体中翻滚,就像是一艘划过水面的船一样在水面上翻滚。

太阳风猛烈地撞击着太阳系外的物质,当这些物质进入到太阳系内时,它已经减速并停止了,成为了静止的波浪。

【太阳风层顶】

当美国宇航局在1977年发射旅行者1号时,他们认为它可以工作5年。然而37年后,这个小小的太空探测器,仍在向我们发送令人难以置信的信息。

2012年8月,在距地球180亿公里的地方,它离开了日光层,进入了完全神秘的太阳风层顶。这是太阳风能到达的最远的地方,也是和星际空间的交界处。某种程度上,从这里开始将接触星际邻居。

太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
旅行者1号

太阳风层顶,这是我们几乎一无所知的太阳系的区域。人类历史上第一次有一个机器人探测器来到这个地方。

当这个经验丰富的探测器回顾太阳系时,它给我们带来了相当大的惊喜。天文学家曾认为,太阳圈的形状有点像彗星,巨大的尾巴向后延伸数千亿公里。

但是旅行者1号发现了一些新的和不寻常的东西,它绝对不是一个有着巨大尾巴的彗星形状的球形,而是一个有两个短尾巴的新月形状。

太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
太阳风层顶的形状

我们可以从这里开始,向前推进,开始深入了解太阳系周围的区域。

旅行者号还发回了令人震惊的消息,关于太阳在非常边缘区域的影响力,太阳风层顶可能不是一个清晰的屏障,没有清晰边缘,是一个非常不清晰的东西。它实际上是一个模糊的扩展区域,它有几亿英里宽。

就在这片区域中,旅行者号发现了一个真正奇怪的东西:一个巨大的磁气泡球体。

当太阳的磁场在深空荡漾时,它会扭曲和缠绕,这些磁力线纵横交错,重新连接,形成巨大的磁泡。

每个泡沫球/气泡的直径约为1.6亿公里,非常巨大。那是从地球到太阳的距离。

没有人知道这些磁泡的作用,但有可能这个宇宙气泡膜是抵御银河辐射的第一道防线,有助于保护太阳系免受宇宙射线的冲击。

【奥尔特云】

那么这里是太阳系的尽头了吧,然而并不,仍然有一些物质在引力作用下与我们的太阳系相连接。

每隔一段时间,这些物体之中就有一个落向太阳系内部,有时地球会挡住去路。

在太阳系的外围深处,远远超出太阳风的范围的地方,有一个非常巨大的球状云,包裹着整个太阳系,科学家称之为“奥尔特云”。

太阳系的边缘到底在哪儿?答案挺沮丧的
奥尔特云示意图

这个地方,对于科学家而言,科学家们简直就像是个瞎子。即使是最强大的望远镜,也无法分辨黑暗中隐藏的东西。

然而,科学家们之所以确信有这么一个球状云存在,是因为,不时地会有像山一样大小的岩石从远处出现,它们是可能危及生命的流浪者——长周期彗星。

彗星基本上分为两种,一种叫做短周期的彗星;另一种叫做长周期的彗星。

短周期彗星来自柯伊伯带,它们以相对较小的圆圈绕太阳系运行,以200年或更短的时间间隔定期返回。

长周期彗星就很神秘了,可能每了隔一千年,甚至一百万年回来一次,并且不像短周期彗星那样以比较圆的轨道形式出现。

长周期彗星以真正的俯冲轨道出现,并且从各个不同的方向从各个地方出现。这些彗星,可能需要数千年才能从太阳系边缘到达我们这里。

当到太阳系行星内圈时,他们已经加快了很多速度。当这些物体接近太阳时,它们的速度可以达到每秒160公里。可以想象一下,某物下落的时间越长,下落的速度也就越快。

对于这些彗星而言,太阳系就是一个重力井,而太阳就在一个深重力井的底部。如果一个滑冰者从滑道的顶部开始滑,一开始速度很慢,但是当他到达底部时,速度就会变得非常快。

这些长周期彗星也是一样。这些长周期彗星就是从遥远的奥尔特云里飞入太阳系内部的。

计算表明,奥尔特云中有2万亿个冰体,这些冰体远远超出了太阳风层顶。很难知道奥尔特云到底延伸了多远,它的边缘离太阳的距离可能是地球的10000倍,比太阳系的行星范围大得多,如果你把所有的行星都从太阳系移除,奥尔特云甚至都不会注意到。

奥尔特云里的这些物体,其实都是从未被使用过的行星碎片,它们真是残存物。是由那些尝试成为巨大的行星时的气体云形成的,很不幸,它们失败了。它们被抛向了所有不同的方向。

要解释奥尔特云的形成,我们就要回到太阳系刚形成的时候。

46亿年前太阳点燃了,一团尘埃和气体围绕着这颗新生的恒星。然后,引力开始吸入气体、尘埃、冰和岩石形成新生的行星。那些没有形成行星的岩石和冰块,随着时间的推移而聚集在一起,分布在小行星带和柯伊伯带中。

然后海王星和天王星会把这些碎片撒得更远,其中一些会在行星周围被弹弓效应拉扯,然后被扔进太空。它们中的大多数永远被扔出了太阳系,但是那些没有被扔出的,就进入了长期的,百万年循环的轨道里。

那就是奥尔特云,这里的彗星是太阳系形成的恐龙骨骼,它们包含了构成我们星球的成分。

它们是45亿年前太阳系的时间胶囊。大部分奥尔特云物体将永远停留在这片冰冷的云中,绕着遥远的太阳运行。

但也有一些被推开了,太阳的引力把它们像飞蛾一样拉向火焰。如果这样一颗彗星能悄悄靠近你,你甚至不会知道它在那里。

这些彗星的直径可能有很多英里宽,而且它们的移动速度非常快,这让它们很危险。至于有多危险?可以问问恐龙。6600万年前的那颗让恐龙灭绝的彗星就是从奥尔特云飞来并撞击地球的。

如果一颗直径为30或50英里的彗星撞击地球,那将是一个全球性的灾难事件。所以如果更好地理解奥尔特云,可以帮助我们预测其中一颗彗星是否在途中。

【太阳系的边缘到底在哪里】

由于我们的望远镜基本上看不到奥尔特云,所以奥尔特云到底有多大?以及这个云里到底有多少天体?是否还有行星级别的天体?这些都是未解之谜。

所以我们仍然不知道太阳系的尽头。在找到边缘之前,你怎么知道你拥有整个太阳系?

但也许最大的谜团是,我们的太阳系是以一颗中等大小的恒星为中心,其外围似乎包含了太多的天体。

这就增加了这样一种可能性,即这些冰块中的许多天体可能是来自银河系其他地方。

理论上,我们可以计算太阳系本身形成时应该形成多少彗星。然后再看看从奥尔特云中进入的彗星数量,试着找出到底有多少彗星。结果这两个数字相差很远,与太阳一起形成的数量远小于我们推测的彗星数量。奥尔特云中的物质太多了,根本不是一颗中等大小的恒星所能拥有的。

所以科学家们认为,太阳年轻时候是个“小偷”。50亿年前,一颗超新星爆炸。巨大的尘埃和气体云受到了爆炸的冲击波,压缩了云层,形成了稠密的气体区域。一个恒星托儿所形成了。

数以百计的气团在自身引力作用下崩塌,产生了数以百计的兄弟恒星。所以此时我们的太阳有很多的兄弟姐妹,大约有400-500颗其他兄弟姐妹恒星。

你能想象这些恒星的形成后,它们之间的距离相比非常小。但是它们自己的彗星云又非常大,所以有可能互相偷取彗星。

好吧,太阳很聪明,它早早地走开了,它从其他恒星那里得到了一堆彗星,然后就自己溜走了,于是奥尔特云中就有了很多其他兄弟姐妹恒星的彗星。

由于奥尔特云非常巨大,很有可能它会与半人马座阿尔法星周围的奥尔特云相互作用,所以很难知道我们的太阳系在哪里结束,而其他的恒星是从哪里开始。

我们人类喜欢清晰的边缘,然而太阳系不是那样的。它只是逐渐消失,然后融入了整个星系。太阳并不孤独,我们的奥特云也不孤独,我们不断地相互作用,以这种方式使我们与银河系更大的环境相连。

也许这片人迹罕至的地方可以帮助我们去星际旅行。因为在太阳系的尽头,我们可能会找到踏脚石,作为新的星际旅行的发射台,而且这里有很多资源,当我们经过的时候,也许能补充我们的飞船。

也许像奥尔特云这样遥远而脆弱的东西,将是我们真正探索银河系的下一个起点。

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