太阳系究竟有多大？

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原作：Gareth Dorrian

翻译：刘海牧

校对：尹天任王茸

审阅：牧夫校对组

美编：徐玖坤

后台：胡永葳

太阳系的大小是宇宙空间中太阳影响力超过其他附近恒星的范围。这种影响力来自大自然的两种基本力：引力和电磁力。

我们先来讨论引力问题。太阳系中的每个物体都会受到来自太阳的引力，离太阳越远，引力就越弱。然而，只要太阳的引力在你所处的空间位置仍然比其他恒星的引力大，那么你在空间中的运动就会受到一个加速度的影响，这个加速度会把你拉向太阳。

在此，有必要介绍一个更方便的距离单位：天文单位（AU）。1 AU的距离是太阳和地球之间的距离，约为1.5亿千米。太阳系中所有已知的行星、小行星和几乎所有已知的彗星都与太阳有引力关系，并围绕太阳运行。较远的天体受到的引力较弱，需要更长的时间才能完成一个轨道周期。

位于1AU的地球绕太阳一周需要1年。木星在5AU处绕太阳运行一周，只需要不到12年。遥远的冥王星（约40AU）绕太阳一周需要248年——事实上，自从1930年发现冥王星以来，它甚至还没有绕太阳运行一圈。然而，冥王星远不是太阳系的边缘，还有许多更遥远的天体。

距离太阳最遥远的引力约束天体是非周期彗星。非周期性彗星或长周期彗星需要数千年才能运行完成一个太阳轨道。在有记载的历史中，所有这些彗星都只曾经穿过太阳系内部一次。

太阳系结构示意图

据信，这些彗星来自奥尔特云；奥尔特云是一个由数十亿颗小型冰冻星球组成的球形云。这些彗星漂流在太阳系寒冷的最外层，距离可达20万AU（约3光年）。

奥尔特云天体在如此遥远的距离绕太阳运行一周，可能需要数百万年的时间。偏离太阳更远的天体很可能会受到来自其他恒星的更强引力，并开始加速飞向这些恒星。

奥尔特云天体距离我们非常遥远，即使是我们最强大的望远镜也无法看到它们。我们唯一能看到它们的时候，是当其中一颗碰巧以彗星的形式落向太阳系内部时。

我们听说过引力，但另一种力——电磁力又是什么呢？除了强大的引力场，太阳还拥有一个非常强大的电磁场，它划出了一个叫做日光层的空间，在日光层中包含所有的行星和太阳的扩展大气层，即太阳风。太阳风是太阳射向行星际空间的连续超音速等离子体流。

哈勃太空望远镜拍摄到的一颗恒星穿过猎户座星云，在其日光层周围形成气体“尾流”的图像。

太阳风

太阳风具有很强的动态性，当它与地球等行星的大气相互作用时，会产生五彩缤纷的极光，比如我们最近看到的极光。太阳风从太阳向外流动，经过所有已知的行星，最后在到达日光层顶时速度减慢，变成亚音速。

与奥尔特云相比，日光层的顶部距离太阳更近。尽管如此，这仍然是一个巨大的距离。美国国家航空航天局的旅行者1号宇宙飞船于1977年发射升空，2012年穿越了距离121 AU的日光层边界，成为人类建造的第一个到达星际空间的物体。

然而，如果旅行者1号是由我们进化的祖先在几百万年前发射的，那么前往日光层顶的旅程可能就不会如此漫长。因为恒星之间的空间并不是完全真空的，而是充满了稀薄的气体和尘埃云，称为星际介质。有时，恒星围绕银河系中心运行的轨道可能会带它穿过异常密集的物质区域。

在最近的一项研究中，科学家们证明了一个很大的可能性，那就是在大约200万到300万年前，太阳系穿过了一团相对浓密的冷星际气体云，这团气体云可能把日光层压缩到只有0.2 AU大小，而这个大小完全在水星——离太阳最近的行星，也可以说是地球——的轨道之内。这使所有行星直接暴露在星际空间的环境中。

这个现象对地球的潜在影响包括：到达我们星球的宇宙射线大幅增加，没有极光（因为太阳风无法到达地球），气候更加多变，甚至可能影响了我们物种的进化。

https://phys.org/news/2024-07-astronomers-size-solar.html

『天文湿刻』 牧夫出品

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旅行者一号向外太空飞行的轨迹

来源：NASA

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