探索太阳系的边界

叶飞

太阳是离我们最近的一颗恒星，也是被我们研究得最多的天体。以太阳为中心的恒星系统被称为太阳系，我们人类赖以生存的地球便存在其中。从地球上看，太阳高悬于空十分明亮，人类从睁眼看到这个世界开始，就和这颗古老的恒星日日相伴，它对于我们来说既熟悉又陌生。为了揭开这颗明亮天体的神秘面纱，人类对其展开了持续的探索。从“地心说”到“日心说”，再到测定太阳的大小以及与我们之间的距离，人们对太阳系的认识不断深入，太阳系的疆界在人类的探索中也逐渐清晰起来。航天技术发展起来后，人类甚至开始探索起系外行星，这也使我们对太阳系甚至整个宇宙有了更加深刻的认识。今天，我们看到更多的是关于太阳系一些简单的结论，但其实，得出这些结论的探索过程漫长而艰辛，是很多科学家智慧的累积。

早期，人类认为夜空中每颗星星的位置都是固定的.只有少数几颗不安定的星星会在夜空中穿行，而它们的行进轨迹并不像太阳、月亮或其他恒星样有迹可循， 即每24小时在头顶循环一圈。这些自由散漫的夜空行者被称为“行星”，在希腊语中的意思就是漫游者 ”。以“漫游者”这个名字来称呼行星真是十分贴切，因为它们在天空中有时由东向西移动，有时又会反方向运行（行星做反向运动被称为“逆行”）。

几千年前，人们在天空中发现五位“漫游者”，它们分别是：水星、金星、火星、木星土星。在托勒密以地球为中心设想的宇宙体系中，从地球上看，五位“漫游者”的排序依次是水星、金星、火星、木星和土星。在这之后的故事大家可能都已经很熟悉，就是哥白尼提出的日心说最终战胜了地心说，从此人们认识到太阳才是太阳系的中心。在哥白尼的日心说中，地球也成了一颗围绕太阳旋转的行星，因此行星的数量从之前的5颗变成了6颗。在那个时期，土星就是人们能够认识到的最远的行星，他们认为土星就是太阳系的边界了。

是什么使人们认识到太阳系并不止于土星呢？那就是第七颗行星的发现1 1781年，天文学家威廉·赫歇尔在妹妹卡罗琳的协助下，发现了一颗新行星——天王星。捕获新星看似是一个偶然事件，但其实这源于他们不断的观测和记录，赫歇尔对天文观测充满热情，而卡罗琳则是他在天文观测上不可或缺的优秀助手。他们不仅坚持观测、记录每颗星星的位置，还为了观测更多更暗的星星、捕捉来自宇宙的光线，不断改造升级望远镜。正因怀有这样的热忱，赫歇尔兄妹才能将人类的宇宙视野向前延伸一寸，使人类对太阳系的疆域有了新的认识。

天王星的发现不仅使太阳系的行星数量发生变化，更为重要的是，人们开始关注太阳系的疆域，产生了开疆拓土一般的兴奋。人们忍不住想太阳系到底有多大？它里面究竟还有多少未被发现的行星？天文学家们跃跃欲试，一场声势浩大的寻找新行星的活动拉开序幕。很快，一位名为皮亚齐的天文学家有了新发现，其他天文学家便围绕这个发现努力探寻着新的天体，著名的数学家高斯用数学方法计算出了这个新天体的轨道，确认这颗位于火星与木星之间的天体的确是一颗行星，并将其命名为“谷神星”。当人们还沉浸在发现新行星的喜悦中时，三个月后又有天文学家发现了一颗与谷神星相似的新行星——智神星。这样的发现速度突然令人们疑惑了：一下子就冒出两颗新行星，这是不是也来得太过容易了？！而且像谷神星这样离地球如此近的行星，它的亮度为什么比遥远的天王星还要暗？此时，赫歇尔站出来声称：新发现的这两颗星体因为太小，并不具备行星资格，顶多称其为“小行星”。不仅如此，赫歇尔还给出证据证明这两颗小行星的直径只有200多千米，还不到月球的十分之一！ （当然现在我们知道这两颗小行星的大小远比赫歇尔估计得要大，可是仍比月球小很多。） 尽管赫歇尔拿出了证据证明谷神星和智神星没有资格成为行星，但是天文学家们都不愿意放弃已经发现的新行星，直到后来在火星与木星之间的区域再次捕获一颗新行星——婚神星，人们才开始接受赫歇尔的提议，统一将它们称作小行星。其实，在火星与木星之间存在着成千上万颗像谷神星这样的小行星，它们同样环绕着太阳运行.这块区域就是小行星带。 小行星带的发现并未带来疆域的扩张，直到第八颗行星一海 王星的发现，太阳系的疆域才在人类视野中再次拓宽。如果说天王星靠“眼”观测所得，那么海王星则是靠”脑”计算所得。为什么这么说呢？因为1821年法国天文学家布瓦尔发表了《天王星星表》，其中描述了他根据牛顿定律计算出的天王星轨道。但这个计算结论与实际观测的结果相差巨大。天王星轨道的不规则性表明，它受到了另外一颗星的引力作用，这颗星就是更远的太阳系第八大行星——海王星。直到1845年，法国天文学家勒威耶和英国天文学家约翰·库奇·亚当斯分别利用布瓦尔的数据计算出第八颗行星的位置。1846年9月23日，他们用望远镜对准预测地点，如期发现了海王星的踪迹。海王星的发现不仅证实了布瓦尔的理论，还成为牛顿定律具有普适性的有力证据。自海王星被发现后，天文学家和数学家纷纷陷入狂热，他们都想通过计算的手段再次寻获新行星。无数的预言涌现，太阳系的边界在人们的想象中无限扩大。

美国天文学家、罗威尔天文台的创办者罗威尔毕生都在寻找第九大行星，他把要找寻的新行星称作“X行星”，但遗憾的是罗威尔直至去世也没有实现找到X行星的心愿。罗威尔手里所有的资料都交由外甥管理，而他的外甥招募了一位农家少年汤博來协助自己找寻新行星。年轻的汤博乘坐火车来到罗威尔天文台，正式成为天文台的一名观测助手，在这里开始了他的寻星之路。

汤博一边拍摄星空的不同天区，一边做对比，功夫不负有心人，他终于在一张照片上发现了一个暗淡的天体，他对这一天体做了仔细的验证，在最终确定自己发现的就是X行星之后，汤博兴奋不已。此消息一出，很快便有天文学家找上门来，与他一起进行查验。最终在1930年3月13日，罗威尔天文台正式发布了发现X行星的消息。巧合的是，赫歇尔发现天王星的日子正是149年前的这一天。发现第九大行星的消息轰动了世界，罗威尔天文台陆续收到来自世界各地1 000多条关于X行星的命名建议，最后天文台采用了英国一位11岁女孩的建议，以古罗马神话中的冥王普路托命名此行星。

就这样，“太阳系九大行星”的说法从此家喻户晓，谁都没有想到，几十年后，冥王星会遭遇被开除大行星行列的尴尬。至于开除的原因，首先，天文学家们发现冥王星的轨道与其他行星十分不同，它的轨道更为椭圆，并且轨道有倾斜，倾角还很大。其次，天文学家发现冥王星十分暗淡，它的视星等只有15等左右，即使在望远镜中也无法显示一颗行星该有的一个圆面。与此同时，它的个头儿也比其他8颗行星小得多，它的质量只有地球质量的0.21%。而且自2000年以来，天文学家在太阳系边缘、海王星外侧的柯伊伯带中不断发现新天体，其个头儿越来越大，特别是2005年发现的阋神星.当时被认为比冥王星更大。基于这些原因 ，冥王星成了一个美丽的误会，2006年8月24日，在第26届国际天文学联合会上通过决议，由天文学家以投票方式，正式将冥王星划为矮行星（介于大行星和小行星之间），从九大行星之中除名。

虽然冥王星遭遇了这个误会，但它的发现拓展了人们对太阳系边界的认识，而且自冥王星被发现后， 人们为了弄清太阳系边界的问题 ，开始从太阳系的诞生进行思考，并且得出结论一太阳在诞生之初， 周围的气体和尘埃开始形成盘状结构，在这些尘埃盘中存有大量的碎石和冰块 ，行星也就是从这些碎石和冰块的碰撞 中诞生的。既然是尘埃盘，那太阳系的边界不会自行消 散吗？海王星所在的轨道之外是否也存在着一个像火星与木星之间那样的小天体带呢？天文学家柯伊伯也认为在外太阳系应该存在一一个特殊的区域，这个区域是一条围绕着太阳系由小碎冰和石塊构成的环带，而这些碎冰因为过于分散，并不能形成大行星，冥王星就正好在这一个环带中运行。后来，这条由冰块和碎石构成的环带就被称为柯伊伯节。现在柯伊伯带可热闹了，人们已经在柯伊伯带内发现了近1000颗冰封天体，如创神星、妊神星、鸟神星等。所以，身处柯伊伯带的冥王星也只是一颗由冰封岩石构成的柯伊伯天体。

自赫歇尔发现天王星，太阳系的疆界被重新定义后，人们对寻找太阳系边界的热情从未间断。因为往往一个问题解决了 紧接着又会产生一个新问题。柯伊伯带是终点吗？现在看来也不是，因为在柯伊伯带被预测并证实后，人们又产生了新的疑问一彗星从哪里来？准确地说是长周期彗星来自哪里？因为彗星有自己的轨道，并按轨道的长短分为短周期彗星和长周期彗星。由于已知短周期彗星都来自柯伊伯带，所以人们开始把目光投向长周期彗星。荷兰天文学家扬：奥尔特认为，我们的太阳系位于一个巨大的彗星云团之中，那里应该就是长周期彗星的家园。后来.这个彗星云团就被命名为奥尔特云。不同于我们已知的太阳系，奥尔特云对于人类来说十分陌生，它是一个假设包围着太阳系的球状云团，如今被认为有可能来自奥尔特云的天体是编号为90377号的小行星。也许有一天， 人类能够开展星际旅行，可以自由往来于星际之间时，我们大概就能见到奥尔特云的真面目了吧！

此时，让我们一起来回想一下人类探索太阳系边界的历程，从人们最早知道的五大行星，再到后来不断扩展的认知，短短200多年的时间里，人类对于太阳系疆界的认知远远超过前人所想的几十倍。就像之前提到的，会不断有新的问题出现在我们面前，这篇文章虽然要结束了，可是人类探索太阳系边界的事业还未结束，也许未来，你也会成为探索太阳系的一员！

知识链接

目前已知太阳系的边界在哪里？

如果以行星作为结束的地方，那么太阳系的边界是海王星。

如果以太阳的磁场作为边界，那么太阳系的边界是日球层。

如果以太阳的引力影响作为边界，那么太阳系的边界是奥尔特云。