旅行者2号走了41年太阳系终究有多大

作者：SHAO科学传播团队（中国科学院上海天文台）

11月4日，在NASA“旅行者2号”探测器飞出太阳系一年之后，《自然·天文学》杂志公开了5项研究论文，发布“旅行者2号”进入星际空间的首批测量数据。从1977年发射升空，到2018年飞出太阳系，这段路“旅行者2号”整整走了41年。

如果说地球是人类的摇篮，那么太阳系就是人类的家园。那么，我们所知的太阳系究竟有多大？

到底谁是宇宙中心？

2013年4月11日太阳的紫外波段图像（图片来自：NASA SDO）

人类依靠肉眼只能看到几千颗星星，它们几乎都是“一动不动”的恒星。不过，有几颗星星位置经常发生明显的变化，在其中穿梭，它们就是行星。以古希腊为代表的西方文明把地球及日月行星联系在一起构成一个完整的系统，渐渐地，由集大成者托勒密发展出了“地心说”。“地心说”统治了1200年，直到16世纪，波兰天文学家哥白尼发表《天体运行论》，“日心说”登上历史舞台，太阳取代了地球，成为了宇宙的中心。这时候才有了“太阳系”这个概念。

“小雪球”越滚越大，于是行星产生了

太阳系形成（图片来自：Bill Saxton%NSF%AUI%NRAO）

现在理论认为，早期恒星质量巨大，很快会以超新星爆炸的形式结束自己的生命，向周围抛出大量物质，成为太阳系的原材料。大约50亿年前，在距离银河系中心2.7万光年的猎户旋臂上，密度较大的原始星云在引力作用下坍塌收缩。当密度大到某些特定的程度，原始星云瓦解成多个小星云，它们还会进一步收缩，核心的压力和密度慢慢的变大、温度慢慢的升高，外围的温度则不断下降。当核心温度升高到1000万开时，核聚变反应突然开始了，太阳就此诞生。在太阳外围，许多细小的气体尘埃同样也在引力的作用下凝聚成团，像雪球一样越滚越大，最终形成行星。

彗星的“尾巴”啥时候会出现？

太阳系是个庞大的家族，有许多形形色色的天体。

太阳系天体（来源：Tracher Created Resources）

1、太阳。整个太阳系99.9%的质量都集中在太阳身上，它所控制的范围至少有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，它们可以被分成固态行星和气态行星。

太阳系行星（中英文）（图片来自：网络）

3、卫星。大部分行星拥有卫星，总数达到了205个。

4、矮行星。冥王星、谷神星、阋神星、妊神星、鸟神星等被认定为矮行星。

5、小行星。在火星与木星的轨道之间，有着一条“小行星带”，那里分布着几十万颗小行星，绝大多数都是直径只有几十米至几百米。

6、柯伊伯天体。在海王星以外一片广袤的空间里，也分布着许多小行星，它们被称为“柯伊伯天体”。

7、彗星。太阳系拥有为数众多的彗星，它们分布范围极广，个头很小，只有接近太阳时才会“长”出彗尾。

假如制作一个缩小10亿倍的太阳系模型……

假如制作一个缩小10亿倍的太阳系模型，太阳和行星的距离和大小会是这样：

从这些数据中可以发现，行星与行星之间有着巨大的空间，几乎什么都没有，并不像我们教科书上画得那样拥挤。太阳系最遥远的神秘的奥尔特云在1:10亿的太阳系模型中是一个半径为150公里的球面，足以盖住整个长三角；而离我们最近的恒星比邻星，远在4万公里之外！

说来说去，对于人类而言，还是地球最好!

水星没有大气，表面布满了撞击坑，与月球非常相似。水星的密度与地球很接近，但质量只有地球的6.6%，因此推测其内核质量可能占据总质量的2/3甚至更多，相比之下地球内核只占1/3。水星距离太阳最近，白天地表温度能够达到420℃；到了晚上，由于没有大气的保暖，温度又会跌落到-170℃。

金星绕太阳转一圈需要225天，而自转周期更是长达243天。金星表面有着浓密的大气，压强能够达到地球的90倍以上，相当于900米深的海底。大气中多达97%是二氧化碳，剩下的是二氧化硫和水，因此表面被酸雾、酸雨笼罩着。大量的温室气体导致其表面温度达到470多摄氏度，连晚上的温度也能达到450℃，这让它一举摘得太阳系最热行星桂冠！

相比水星和金星，地球气候宜人，生机盎然，海水面积占表面71%。大气层和磁场保护生命免受宇宙高能射线和带电粒子的危害。

火星或许是除地球以外对生命最友好的星球了。不过它的环境其实也很恶劣。火星的大气浓度只有地球的1%，大部分是二氧化碳，氧气只有0.15%，水汽只有0.3%。火星没有一个全球性的磁场，因此无法抵挡太阳风的侵袭。大概三四十亿年前火星上曾经有过全球性的海洋，但由于种种原因，这些水最终被蒸发。

古今火星对比（图片来自：NASA）

火星视运动轨迹（图片来自：APOD；摄影：Tun__ Tezel）

木星是太阳系最大的行星，其质量是其它七大行星总和的2.5倍。木星由70%氢和25%氦组成，其他较重的元素可能主要存在于一个我们目前尚不了解的岩核中。根据“朱诺”号探测器最新研究，木星大气至少深3000千米，是地球的100倍。木星上著名的大红斑了是个巨大的气旋，至少可以容纳1个地球。

木星（图片来自：NASA）

土星也是一个气态行星，成分与木星接近。它是八大行星中唯一一个密度比水还要小的行星。它的标志性特征是一个漂亮的光环，由无数冰粒和石块组成。

天王星的体积比海王星大，质量却比海王星小，它还是大气温度最低的行星，只有-224℃。由于低温造成大气结构与木星、土星不同，因此也有人称呼它为冰巨星。

海王星的大气中除了氢和氦，还有甲烷和氨气，因此呈现蓝色。30年前“旅行者”2号离开后还没有探测器到达过，因此我们对它还缺乏很深的了解。

“探索天文”系列课是什么？

它是由中国科学院上海天文台佘山科普教育基地出品的一套公益性天文课程。以天文学中大众关注度最高、最有趣的话题为主题，让专业的一线天文科研人员和科普专家从复杂的知识点中选取最有代表性的内容，分别从天文望远镜、月球、太阳系、星系动物园、黑洞、星座这六个方面，多角度地、趣味性和知识性兼有地介绍天文学中的知识和研究方法等。

讲师简介：

施韡，网名水兄，中国天文学会信息化工作委员会委员、上海市天文学会副秘书长、上海天文馆（上海科技馆分馆）建设指挥部展示教育主管、《十万个为什么》（第六版）天文分册编委、上海科技馆天文探秘丛书《天问I》编委、知名天文科普自媒体人，创办天文科普公众号“天文茶餐厅”。喜马拉雅FM上精品课程《天文原来是这样》主播，节目入选“新知榜2018年度知识付费分类排行榜科技榜TOP10”。

（未完待续）

下期预告：星系

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