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太阳系的疆域到底有多大

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发表于 2017-1-11 22:14:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
  在乘坐飞船离开地球之前,让我们先考察一下宇宙空间的尺度。首先,我们来看看太阳系的疆域。太阳最显赫的臣民是大行星。金、木、水、火、土五颗大行星在夜空中明亮可见;尤其金星,是夜空中仅次于月亮的明亮天体。在人类历史上,不同文明都曾试图根据这5颗行星相对恒星背景的运动来揭示自然和人类社会的关系,甚至希望通过这5颗星来占卜人类或者国家的未来。


  然而第6颗大行星——天王星的发现要晚得多。1781年,英国天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)用自制的望远镜第一次观察到了这颗行星。
  最初,它被看做一颗新的彗星。但是,没有人能发现它的彗发和彗尾,这时天文学家们才意识到,这是一颗新的大行星。为了获得皇家天文学家的职位,赫歇尔将新行星命名为他未来的赞助人——英王乔治三世。


  然而,乔治星的名字最终没能在其他国家得以沿用。几经博弈后,天文学家们赞同用Uranus——希腊神话中的天空之神为其命名。有趣的是,占星学界也很快接受了这一颗新行星,将其纳入到自己的理论体系中,并采用作为它的符号——仿佛是圆形的球体上托起赫歇尔的首字母H。

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  海王星的发现稍晚于天王星。如果说前者的发现归功于威廉·赫歇尔精湛的望远镜制造技艺,海王星的发现则要归功于法国天文学家勒维耶(Urbain Jean Joseph Le Ver-rier)杰出的数学能力。在发现天王星后,一些数学家和天文学家意识到天王星的轨道似乎受到了另一颗大行星的扰动。勒维耶通过计算得出了这个可能存在的天体的大小、轨道和应该出现的位置。经过再三请求,柏林天文台在他预测的位置发现了这个大行星。勒维耶根据其他行星命名的惯例,用海洋之神Neptune的名字将其命名为海王星。


  水星、金星、地球和火星一般被称为类地行星。顾名思义,这类行星像地球一样,有坚实的表面和以铁构成的核心。而木星、土星、海王星和天王星体积巨大富含气体,在过去,人们曾笼统地将这四颗行星称作类木行星。然而现在我们已知这些行星可以分为两类:木星和土星这样主要成分是氢氦元素的「气态巨行星」;海王星、天王星这样主要由冰冻的水、氨与甲烷构成的「冰巨星」。


  这八大行星是太阳系成员中的巨头。而太阳的全体臣民远不止这些。太阳系最多的天体大概就是小行星(aster-oid),大多分布在火星和木星之间,数量以百万计。
  为什么众多的小行星分布在小行星带?威廉·赫歇尔和其后的一些科学家曾猜测是太阳系内的一次撞击事件击碎了原本在那里的太阳系第五行星。但近年来,研究发现小行星带所有的质量加起来也只有月球的百分之几。计算机模拟显示,木星和土星的存在使得这里无法形成一颗大行星。


  小行星在人类社会的知名度很高,它是唯一可以由发现者享有命名权的自然天体,所以也就出现了姚贝娜星、徐克星以及南京大学星等。但更重要的是,小行星的存在对地球上生命的演化起了决定性的作用:如果不是6500万年前的小行星撞击事件,地球可能仍然是恐龙的天下。一般认为,灭绝级小行星撞击地球的频率小于1亿年。在未来,小行星可能再次扮演杀手角色导致人类灭绝。


  要知道,造成当年大灭绝事件的小行星直径可能只有10公里。而即使一个直径几十米的小天体撞击地球,也足以让一座现代化城市毁于一旦。虽然现在各国宇航局已经致力于监测轨道可能和地球相遇的小行星,但考虑到小行星的存在数目,目前的监测还远远没有达到令人放心的地步。


  彗星同样是太阳系内声名远扬的天体,在历史上却向来是坏运气的代名词。在中国,彗星的出现被认为伴随着战乱。甚至到二十世纪初,人类还是会因为哈雷彗星的彗尾扫过地球而感到恐慌。在电影《彗星到来的那一夜》中,彗星甚至扮演了连接平行世界的角色。但其实彗星本身并不神秘,其主要成分为冰(包括水冰和冻结的气体)和尘埃,天文学家往往用「脏雪球」形容它们。当地球运行过彗星的轨道,从彗星主体上解离下来的碎片穿过大气层便形成了流星雨。


  矮行星是另一类有趣的天体。这与冥王星被踢出太阳系颇有渊源。1930年,人们发现了冥王星,并长期认为它是太阳系外围疆域的守卫者。但从上世纪九十年代起,天文学家就不断地发现冥王星外的天体。直到2005年Eris的出现,成了压倒冥王星地位的最后一根稻草。2006年的天文学年会上,天文学家们通过投票的方式为行星颁布了新的定义,规定一个绕太阳运动的天体必须质量大到可以清除轨道上的其他天体才能被称作行星,而冥王星只比它的卫星稍大一点点。天文学家为冥王星这样的天体开辟了一个新的小众分类——矮行星。


  那么,太阳系的疆域到底有多大呢?


  为了更好地理解,我们可以将太阳系的物理尺度缩小10亿倍。在这个缩小的太阳系版图里,人的大小和一个原子差不多,地球比一颗葡萄略小一些,大概有1.3厘米;月亮像葡萄籽一样悬挂在30厘米之外;太阳是一个直径1.5米的火球,离地球150米远,步行只需一分钟。从地球步行前往太阳,途中你会经过和地球差不多大小的金星,以及比月球略大一些的水星。坐一站公交车(约800米距离)你会看到像柚子大小的木星,再坐一站就到了土星(和苹果差不多大)。


  天王星和海王星,分别距离太阳4站和6站公共汽车车程,其大小和柠檬差不多。海王星外是由小天体构成的柯伊伯带,更往外是奥尔特云。抵达奥尔特云的边界需要航行10000公里,差不多需要坐飞机飞行10小时。而距离太阳最近的比邻星,需要乘飞机40小时才能到达(40000公里外)。

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