太阳系的边界在哪里？

太阳系，图片来自NASA

先说结论，太阳系的边界是柯伊伯带和奥尔特云。

一、柯伊伯带的形成与演化

首先，任何一个新恒星的形成都需要一团浓密的星云气体，通过星云的不断运动和在襁褓中心的恒星引力，星云逐渐自我集中，形成中心的主恒星，然后再形成一个原行星盘，经过几十亿年的演化构成了今天类似太阳系的这种稳定结构：主恒星进入蓬勃的生命周期，释放的能量保持稳定，各个环绕的行星系统按照比较稳定的轨道围绕主恒星运转，构成了一个稳定的星盘。

奥尔特星云就属于这片星云的最外围，但如何界定它的定义范围莫衷一是，比如NASA甚至定义到了近两光年外，几乎是我们到比邻星距离的一半了（https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17046）。而柯伊伯带则属于这个原始星盘的外围(距离太阳约45亿公里以上)，相当于太阳系主行星区域与外围残留星云(奥尔特云)的交界地带，跟奥尔特云的规模相比简直是原子核对比整个原子。

这里太阳引力和土星、木星、天王星、海王星这些巨型行星的影响力互相作用。不同行星轨道周期各不相同，因此对于柯伊伯带而言，受到不同周期的引力，比如土星每绕太阳旋转一周的时间，木星则旋转了两周，使得柯伊伯带不断被这种周期性变化的引力(共振)作用。它的效果使得太阳系内某些区域产生一个巨型行星的可能性变得非常低。经年累月的作用下来，柯伊伯带就形成了一个由许多微星和原始星盘碎片构成的区域，冥王星也处于这个区域。

柯伊伯带大致位置，图中英文分别是(Jupiter-木星，Saturn-土星，Uranus-天王星，Neptune-海王星，Pluto-冥王星，Kuiper Belt-柯伊伯带)，来自NASA

更外围的奥尔特云距离太阳引力更远，无疑受着更复杂的摄动力，保持着极其稀疏甚至混乱的状态，不过那里太远了，人类并不能探测到什么有效的东西，只是理论逻辑上的推演而已。

二、人类对柯伊伯带的认识与研究

人类目前对柯伊伯带的了解还非常有限，过去天文学家一直认为此处空无一物，是太阳系的尽头。但随着天文观测技术的发展及人类计算能力的提高，柯伊伯带和奥尔特云的概念逐渐成型并被证实。成熟的柯伊伯带理论最早始于上世纪50年代，是由爱尔兰裔科学家艾吉沃斯提出、荷兰美籍科学家柯伊伯研究并深入的一套天文研究体系。

天文学家 杰吉拉德 · 柯伊伯,图片来自维基百科

但当时的观测条件依然不够直接发现这么遥远的实际证据，第一个柯伊伯带天体的发现已经是1992年了。目前人类的深空探测能力大大增强，在这里发现了更多的小型天体。天文学家按照目前的估计甚至认为发现的柯伊伯带天体恐怕只是小小冰山一角，那里的天体数量很有可能超过10亿颗，而直径超过100千米小行星可能高达35000颗，着实是个庞大的系统。

三、我们对柯伊伯带观测的“新视野“

新视野号，图片来自NASA

近期刚刚抵达的新视野号为我们开拓了“新视野“，它从不到1万公里的距离详细观测了冥王星，并拍出了人类第一张冥王星彩图。目前的观测结果表明，冥王星要比原先估计的体积大一些(直径为2370±20千米)，超越了另一颗著名的柯伊伯带矮行星阋神星成为太阳系内最大矮行星。但后者质量要比冥王星大约27%，冥王星的大气也比想象中更稀薄一些。在飞离冥王星后，新视野号会继续前行，在有效控制下(如今的技术已经比它之前旅行者/先锋几个探测器高太多了)，搜索柯伊伯带的相对大型天体(直径50-100千米左右，未最终确定)，继续探秘。

7月13日新视野号拍到的冥王星彩图，图片来自NASA

新视野观测冥王星的最新结论让人对柯伊伯带的兴趣顿时达到了顶点，由于柯伊伯带附近一直没有形成一颗大型行星，受太阳影响极其微弱，也没有经历各种复杂的天文现象，因此它的大部分构成基本上代表了太阳系形成初期的原始成分，这对我们了解太阳系的起源非常有意义。天文学家根据这些观测普遍认为，这个区域充满了微小冰封的物体，是太阳系最为宝贵的活化石，我们应该时刻期待新视野号的未来发现。

四、柯伊伯带-彗星和生命的家园

柯伊伯带另一个很大的秘密是太阳系那些短周期(轨道周期小于200年)彗星族群，比如最典型的哈雷彗星，都来源于这个区域，目前发现的会访问太阳的彗星已有约600颗！一个解释地球生命起源的经典理论是彗星说，也许曾经的某颗彗星撞击地球，为地球带来了最基本的有机物。而地球所处的太阳系位置又非常完美，最终孕育了地球上的所有生命。也因此，彗星尤其是来自柯伊伯带的彗星研究，成为一个热点。

最著名的就是欧洲宇航局的罗塞塔任务，在经过10年的漫长太空旅行后，罗塞塔于2014年年底抵达了一颗叫做67P/丘留莫夫－格拉西缅科的短周期(6.45年)彗星。这颗彗星目前位于太阳系内部，每周期运动都受到很多天体摄动，天文学家推算很有可能它很早之前源于柯伊伯带。罗塞塔释放了菲莱登录器最终登上了这颗彗星，目前的研究结果表明，这颗彗星上在不断蒸发水蒸气，而且探索到了可能的有机物存在证据。

罗塞塔登陆彗星效果图，图片来自ESA

罗塞塔的发现意义非凡，关于生命起源的理论与推想越来越多和太阳系内的其他天体尤其是彗星联系起来，而柯伊伯带则是孕育这个伟大起源的最大可能。目前，对其他彗星和小行星的探测任务也在论证中，或许未来会有更多的探测器访问甚至登陆彗星，为我们带来更多的生命起源证据。

但我们还要记得，太阳系的外围还有一团巨大的星云包裹着整个太阳系，它远远超过柯伊伯带的距离，那是我们真正的襁褓，奥尔特云。这个星云是由水冰、氨和甲烷等固体挥发物构成的庞大结构，天文学家认为它是太阳系的根源。目前唯一能有所探寻的是长周期彗星，有时它们会被引力捕获成为短周期彗星，正如柯伊伯带彗星，可是这种观测机会实在罕见。奥尔特云的宽度最远已经距离太阳达到两个光年，几百年内的人类，恐怕现有的技术还无法让我们走出这个我们诞生的地方。

因此，人类对柯伊伯带乃至奥尔特云的探索，真的可以用一句经典的诗句来形容：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！这个世界的尽头，或许就是我们起源的地方…