探索太陽(yáng)系的邊界

葉飛

太陽(yáng)是離我們最近的一顆恒星，也是被我們研究得最多的天體。以太陽(yáng)為中心的恒星系統(tǒng)被稱為太陽(yáng)系，我們?nèi)祟愘囈陨娴牡厍虮愦嬖谄渲?。從地球上看，太?yáng)高懸于空十分明亮，人類從睜眼看到這個(gè)世界開始，就和這顆古老的恒星日日相伴，它對(duì)于我們來說既熟悉又陌生。為了揭開這顆明亮天體的神秘面紗，人類對(duì)其展開了持續(xù)的探索。從“地心說”到“日心說”，再到測(cè)定太陽(yáng)的大小以及與我們之間的距離，人們對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)不斷深入，太陽(yáng)系的疆界在人類的探索中也逐漸清晰起來。航天技術(shù)發(fā)展起來后，人類甚至開始探索起系外行星，這也使我們對(duì)太陽(yáng)系甚至整個(gè)宇宙有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。今天，我們看到更多的是關(guān)于太陽(yáng)系一些簡(jiǎn)單的結(jié)論，但其實(shí)，得出這些結(jié)論的探索過程漫長(zhǎng)而艱辛，是很多科學(xué)家智慧的累積。

早期，人類認(rèn)為夜空中每顆星星的位置都是固定的.只有少數(shù)幾顆不安定的星星會(huì)在夜空中穿行，而它們的行進(jìn)軌跡并不像太陽(yáng)、月亮或其他恒星樣有跡可循， 即每24小時(shí)在頭頂循環(huán)一圈。這些自由散漫的夜空行者被稱為“行星”，在希臘語中的意思就是漫游者 ”。以“漫游者”這個(gè)名字來稱呼行星真是十分貼切，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔炜罩杏袝r(shí)由東向西移動(dòng)，有時(shí)又會(huì)反方向運(yùn)行（行星做反向運(yùn)動(dòng)被稱為“逆行”）。

幾千年前，人們?cè)谔炜罩邪l(fā)現(xiàn)五位“漫游者”，它們分別是：水星、金星、火星、木星土星。在托勒密以地球?yàn)橹行脑O(shè)想的宇宙體系中，從地球上看，五位“漫游者”的排序依次是水星、金星、火星、木星和土星。在這之后的故事大家可能都已經(jīng)很熟悉，就是哥白尼提出的日心說最終戰(zhàn)勝了地心說，從此人們認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)才是太陽(yáng)系的中心。在哥白尼的日心說中，地球也成了一顆圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的行星，因此行星的數(shù)量從之前的5顆變成了6顆。在那個(gè)時(shí)期，土星就是人們能夠認(rèn)識(shí)到的最遠(yuǎn)的行星，他們認(rèn)為土星就是太陽(yáng)系的邊界了。

是什么使人們認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)系并不止于土星呢？那就是第七顆行星的發(fā)現(xiàn)1 1781年，天文學(xué)家威廉·赫歇爾在妹妹卡羅琳的協(xié)助下，發(fā)現(xiàn)了一顆新行星——天王星。捕獲新星看似是一個(gè)偶然事件，但其實(shí)這源于他們不斷的觀測(cè)和記錄，赫歇爾對(duì)天文觀測(cè)充滿熱情，而卡羅琳則是他在天文觀測(cè)上不可或缺的優(yōu)秀助手。他們不僅堅(jiān)持觀測(cè)、記錄每顆星星的位置，還為了觀測(cè)更多更暗的星星、捕捉來自宇宙的光線，不斷改造升級(jí)望遠(yuǎn)鏡。正因懷有這樣的熱忱，赫歇爾兄妹才能將人類的宇宙視野向前延伸一寸，使人類對(duì)太陽(yáng)系的疆域有了新的認(rèn)識(shí)。

天王星的發(fā)現(xiàn)不僅使太陽(yáng)系的行星數(shù)量發(fā)生變化，更為重要的是，人們開始關(guān)注太陽(yáng)系的疆域，產(chǎn)生了開疆拓土一般的興奮。人們?nèi)滩蛔∠胩?yáng)系到底有多大？它里面究竟還有多少未被發(fā)現(xiàn)的行星？天文學(xué)家們躍躍欲試，一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的尋找新行星的活動(dòng)拉開序幕。很快，一位名為皮亞齊的天文學(xué)家有了新發(fā)現(xiàn)，其他天文學(xué)家便圍繞這個(gè)發(fā)現(xiàn)努力探尋著新的天體，著名的數(shù)學(xué)家高斯用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出了這個(gè)新天體的軌道，確認(rèn)這顆位于火星與木星之間的天體的確是一顆行星，并將其命名為“谷神星”。當(dāng)人們還沉浸在發(fā)現(xiàn)新行星的喜悅中時(shí)，三個(gè)月后又有天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆與谷神星相似的新行星——智神星。這樣的發(fā)現(xiàn)速度突然令人們疑惑了：一下子就冒出兩顆新行星，這是不是也來得太過容易了？！而且像谷神星這樣離地球如此近的行星，它的亮度為什么比遙遠(yuǎn)的天王星還要暗？此時(shí)，赫歇爾站出來聲稱：新發(fā)現(xiàn)的這兩顆星體因?yàn)樘。⒉痪邆湫行琴Y格，頂多稱其為“小行星”。不僅如此，赫歇爾還給出證據(jù)證明這兩顆小行星的直徑只有200多千米，還不到月球的十分之一！ （當(dāng)然現(xiàn)在我們知道這兩顆小行星的大小遠(yuǎn)比赫歇爾估計(jì)得要大，可是仍比月球小很多。） 盡管赫歇爾拿出了證據(jù)證明谷神星和智神星沒有資格成為行星，但是天文學(xué)家們都不愿意放棄已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的新行星，直到后來在火星與木星之間的區(qū)域再次捕獲一顆新行星——婚神星，人們才開始接受赫歇爾的提議，統(tǒng)一將它們稱作小行星。其實(shí)，在火星與木星之間存在著成千上萬顆像谷神星這樣的小行星，它們同樣環(huán)繞著太陽(yáng)運(yùn)行.這塊區(qū)域就是小行星帶。 小行星帶的發(fā)現(xiàn)并未帶來疆域的擴(kuò)張，直到第八顆行星一海 王星的發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)系的疆域才在人類視野中再次拓寬。如果說天王星靠“眼”觀測(cè)所得，那么海王星則是靠”腦”計(jì)算所得。為什么這么說呢？因?yàn)?821年法國(guó)天文學(xué)家布瓦爾發(fā)表了《天王星星表》，其中描述了他根據(jù)牛頓定律計(jì)算出的天王星軌道。但這個(gè)計(jì)算結(jié)論與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果相差巨大。天王星軌道的不規(guī)則性表明，它受到了另外一顆星的引力作用，這顆星就是更遠(yuǎn)的太陽(yáng)系第八大行星——海王星。直到1845年，法國(guó)天文學(xué)家勒威耶和英國(guó)天文學(xué)家約翰·庫(kù)奇·亞當(dāng)斯分別利用布瓦爾的數(shù)據(jù)計(jì)算出第八顆行星的位置。1846年9月23日，他們用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)預(yù)測(cè)地點(diǎn)，如期發(fā)現(xiàn)了海王星的蹤跡。海王星的發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了布瓦爾的理論，還成為牛頓定律具有普適性的有力證據(jù)。自海王星被發(fā)現(xiàn)后，天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家紛紛陷入狂熱，他們都想通過計(jì)算的手段再次尋獲新行星。無數(shù)的預(yù)言涌現(xiàn)，太陽(yáng)系的邊界在人們的想象中無限擴(kuò)大。

美國(guó)天文學(xué)家、羅威爾天文臺(tái)的創(chuàng)辦者羅威爾畢生都在尋找第九大行星，他把要找尋的新行星稱作“X行星”，但遺憾的是羅威爾直至去世也沒有實(shí)現(xiàn)找到X行星的心愿。羅威爾手里所有的資料都交由外甥管理，而他的外甥招募了一位農(nóng)家少年湯博來協(xié)助自己找尋新行星。年輕的湯博乘坐火車來到羅威爾天文臺(tái)，正式成為天文臺(tái)的一名觀測(cè)助手，在這里開始了他的尋星之路。

湯博一邊拍攝星空的不同天區(qū)，一邊做對(duì)比，功夫不負(fù)有心人，他終于在一張照片上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)暗淡的天體，他對(duì)這一天體做了仔細(xì)的驗(yàn)證，在最終確定自己發(fā)現(xiàn)的就是X行星之后，湯博興奮不已。此消息一出，很快便有天文學(xué)家找上門來，與他一起進(jìn)行查驗(yàn)。最終在1930年3月13日，羅威爾天文臺(tái)正式發(fā)布了發(fā)現(xiàn)X行星的消息。巧合的是，赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星的日子正是149年前的這一天。發(fā)現(xiàn)第九大行星的消息轟動(dòng)了世界，羅威爾天文臺(tái)陸續(xù)收到來自世界各地1 000多條關(guān)于X行星的命名建議，最后天文臺(tái)采用了英國(guó)一位11歲女孩的建議，以古羅馬神話中的冥王普路托命名此行星。

就這樣，“太陽(yáng)系九大行星”的說法從此家喻戶曉，誰都沒有想到，幾十年后，冥王星會(huì)遭遇被開除大行星行列的尷尬。至于開除的原因，首先，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)冥王星的軌道與其他行星十分不同，它的軌道更為橢圓，并且軌道有傾斜，傾角還很大。其次，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)冥王星十分暗淡，它的視星等只有15等左右，即使在望遠(yuǎn)鏡中也無法顯示一顆行星該有的一個(gè)圓面。與此同時(shí)，它的個(gè)頭兒也比其他8顆行星小得多，它的質(zhì)量只有地球質(zhì)量的0.21%。而且自2000年以來，天文學(xué)家在太陽(yáng)系邊緣、海王星外側(cè)的柯伊伯帶中不斷發(fā)現(xiàn)新天體，其個(gè)頭兒越來越大，特別是2005年發(fā)現(xiàn)的鬩神星.當(dāng)時(shí)被認(rèn)為比冥王星更大?；谶@些原因 ，冥王星成了一個(gè)美麗的誤會(huì)，2006年8月24日，在第26屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)上通過決議，由天文學(xué)家以投票方式，正式將冥王星劃為矮行星（介于大行星和小行星之間），從九大行星之中除名。

雖然冥王星遭遇了這個(gè)誤會(huì)，但它的發(fā)現(xiàn)拓展了人們對(duì)太陽(yáng)系邊界的認(rèn)識(shí)，而且自冥王星被發(fā)現(xiàn)后， 人們?yōu)榱伺逄?yáng)系邊界的問題 ，開始從太陽(yáng)系的誕生進(jìn)行思考，并且得出結(jié)論一太陽(yáng)在誕生之初， 周圍的氣體和塵埃開始形成盤狀結(jié)構(gòu)，在這些塵埃盤中存有大量的碎石和冰塊 ，行星也就是從這些碎石和冰塊的碰撞 中誕生的。既然是塵埃盤，那太陽(yáng)系的邊界不會(huì)自行消 散嗎？海王星所在的軌道之外是否也存在著一個(gè)像火星與木星之間那樣的小天體帶呢？天文學(xué)家柯伊伯也認(rèn)為在外太陽(yáng)系應(yīng)該存在一一個(gè)特殊的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域是一條圍繞著太陽(yáng)系由小碎冰和石塊構(gòu)成的環(huán)帶，而這些碎冰因?yàn)檫^于分散，并不能形成大行星，冥王星就正好在這一個(gè)環(huán)帶中運(yùn)行。后來，這條由冰塊和碎石構(gòu)成的環(huán)帶就被稱為柯伊伯節(jié)。現(xiàn)在柯伊伯帶可熱鬧了，人們已經(jīng)在柯伊伯帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了近1000顆冰封天體，如創(chuàng)神星、妊神星、鳥神星等。所以，身處柯伊伯帶的冥王星也只是一顆由冰封巖石構(gòu)成的柯伊伯天體。

自赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星，太陽(yáng)系的疆界被重新定義后，人們對(duì)尋找太陽(yáng)系邊界的熱情從未間斷。因?yàn)橥粋€(gè)問題解決了 緊接著又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新問題?？乱敛畮墙K點(diǎn)嗎？現(xiàn)在看來也不是，因?yàn)樵诳乱敛畮П活A(yù)測(cè)并證實(shí)后，人們又產(chǎn)生了新的疑問一彗星從哪里來？準(zhǔn)確地說是長(zhǎng)周期彗星來自哪里？因?yàn)殄缧怯凶约旱能壍?，并按軌道的長(zhǎng)短分為短周期彗星和長(zhǎng)周期彗星。由于已知短周期彗星都來自柯伊伯帶，所以人們開始把目光投向長(zhǎng)周期彗星。荷蘭天文學(xué)家揚(yáng)：奧爾特認(rèn)為，我們的太陽(yáng)系位于一個(gè)巨大的彗星云團(tuán)之中，那里應(yīng)該就是長(zhǎng)周期彗星的家園。后來.這個(gè)彗星云團(tuán)就被命名為奧爾特云。不同于我們已知的太陽(yáng)系，奧爾特云對(duì)于人類來說十分陌生，它是一個(gè)假設(shè)包圍著太陽(yáng)系的球狀云團(tuán)，如今被認(rèn)為有可能來自?shī)W爾特云的天體是編號(hào)為90377號(hào)的小行星。也許有一天， 人類能夠開展星際旅行，可以自由往來于星際之間時(shí)，我們大概就能見到奧爾特云的真面目了吧！

此時(shí)，讓我們一起來回想一下人類探索太陽(yáng)系邊界的歷程，從人們最早知道的五大行星，再到后來不斷擴(kuò)展的認(rèn)知，短短200多年的時(shí)間里，人類對(duì)于太陽(yáng)系疆界的認(rèn)知遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前人所想的幾十倍。就像之前提到的，會(huì)不斷有新的問題出現(xiàn)在我們面前，這篇文章雖然要結(jié)束了，可是人類探索太陽(yáng)系邊界的事業(yè)還未結(jié)束，也許未來，你也會(huì)成為探索太陽(yáng)系的一員！

知識(shí)鏈接

目前已知太陽(yáng)系的邊界在哪里？

如果以行星作為結(jié)束的地方，那么太陽(yáng)系的邊界是海王星。

如果以太陽(yáng)的磁場(chǎng)作為邊界，那么太陽(yáng)系的邊界是日球?qū)印?/p>

如果以太陽(yáng)的引力影響作為邊界，那么太陽(yáng)系的邊界是奧爾特云。