太阳系的边界在哪里?

太阳系的边界在哪里?

2022年将近尾声的时候，迄dash;美国航宇局的“旅行者”1号探测器再次带来有关太阳系边疆的最新消息。传回的信号表明，它已经进入了太阳系和星际空间的交会区——太阳风层顶(heliopause)，在那里，从太阳向外流动的带电粒子风变得平静，太阳系的磁场发生堆积，来自太阳系内的高能粒子流开始向星际空间逃逸。科学家预计它将在几个月到几年之内穿过太阳系的边界。

行星之外——不断扩展的边疆

太阳系的边界位于何方?这在天文学上算得上是个冷门的话题。对古人而言答案是显而易见的，因为肉眼能看到的最远的行星是土星，它的位置也就自然而然地被认为是边界之所在。直到1781年3月13日英国天文学家威廉‘赫歇尔在望远镜的助力下发现了天王星(把太阳系的疆域向外扩展了整整一倍)，并因此而一举成名，太阳系的边界问题才开始变得令人感兴趣起来。众多天文学家和爱好者投身这一领域中，展开了大海捞针般的星空大搜捕，希望能找到新的、更远的行星，可惜事与愿违，行星没有找到，倒是发现了不少“副产品”：小行星和小行星带(位于火星和木星轨道之间)。很快这股热潮就平息了下来。

几乎同时，随着牛顿力学和数学的发展，天文学进入定量化8寸代，天体力学理论的重要性越来越凸显，成为与观测几乎同等重要的研究手段，并于1846年达到巅峰：英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒维耶几乎同时在理论上预言了一颗新行星的存在，并且很快就被观测所证实。这就是距离太阳约30天文单位的海王星。这一发现再次极大地刺激了天文学家和数学家的兴趣。但令人沮丧的是，随之而来的众多计算、观测均以失败而告终，研究者的热情再次搁浅。直到近100年后的1930年，美国洛威尔天文台的汤博发现冥王星，太阳系的边界才被再次扩展，直达40天文单位处。这项工作的任务是如此艰巨，除了汤博，已经很少有天文学家在观测上进行搜寻了。汤博又投入了13年的漫长时光，搜索范围超过了整个夜空的三分之二，发现了6个星团、14颗小行星及一颗彗星，但却没能发现任何冥王星以外的新行星。

冥王星所在之处是否就是太阳系的疆界呢?

众望所归——柯伊伯带

既然观测上已经遭遇瓶颈，天文学家们只得拿起理论工具对此进行探讨。当然由于冥王星的发现已属巧合，加上观测数据的缺乏，理论研究已经不太可能重演象亚当斯与勒维耶那样的精密计算了，更多的还是带一些猜测性质。

当时关于太阳系起源的主流观点，是认为太阳系是由一个星云演化而来的。这其中行星的形成，是来自于星云盘上的物质彼此碰撞吸积的过程。按照这种理论，行星形成过程的顺利与否与星云物质的密度有很大的关系。星云物质的密度越低，则引力相互作用越弱，星云盘上物质相互碰撞的几率越小，从而吸积过程就越缓慢，行星的形成也就越困难。当星云物质的密度低到一定程度时，行星的形成过程有可能缓慢到在太阳系迄今50亿年的整个演化过程中部无法完成，而只能造就一些“半成品”：太阳系小天体。

1943年，爱尔兰天文学家埃奇沃斯(Kenneth Edgeworth)指出，海王星以外的情形便是如此。那里的

星云物质分布过于稀疏，行星无法诞生，而只能形成众多质量较小的天体。他预言人们将会在海王星之外不断地发现小天体，其中一些也可能进人内太阳系，成为彗星。

异军突起——奥尔特云

据估计，奥尔特云中约有几万亿颗直径在～千米以上的彗星，其总质量约为地球质量的几倍到几十倍。由于数量众多，在一些科普示意图中奥尔特云被画碍象一个真正的云团一样，但事实上，奥尔特云中两个相邻小天体之间的平均距离约有几千万千米，是太阳系中天体分布最为稀疏的区域之一。

在距太阳如此遥远的地方为何会有这样一个奥尔特云呢?一些天文学家认为，与离散盘类似，奥尔特云最初是不存在的，如今构成奥尔特云的那些小天

体最初与行星一样，形成于距太阳近得多的地方，后来是被外行星的引力作用甩了出去，才形成了奥尔特云。奥尔特云中的小天体由于距太阳极其遥远，很容易受银河系引力场的潮汐作用及附近恒星引力场的干扰，那些干扰会使得其中一dash;太阳风层顶

从这个角度上说，“旅行者”1号所到达的位置，是太阳风的边界，并不能简单地理解成太阳系的边界。但与呼声甚高却遥不可及的“奥尔特云”不同，“太阳风层顶”是我们实实在在观测到了的边界：在过去的1年中，“旅行者”1号还探测到当地磁场的强度翻了一倍。就像汽车堵塞在高速公路的出口处一样，增强的磁场说明来自星际空间向内的压力正在挤压这一区域；此外，“旅行者”1号还探测了向外运动的高能粒子，发现原本数量几乎不变的粒子数出现了下降，说明它们逃离太阳系、进入了星际空间。

行文至此，我们大概可以对“太阳系的边界”作出如下结论：从理论上说，太阳系的边界大有可能是离太阳50000天文单位之外的“奥尔特云”；从观测上讲，120天文单位以外的旅行者1号所在的“太阳风层顶”，是目前人类所了解的太阳系最远边界。大家以为然否?