宇宙中的家——太阳系

宇宙中的家——太阳系
我们活在银河系里的一个宁静的角落，我们的家是太阳系。

一个四十五亿年的构造, 绕着银河系中心。

以二十万公里/时公转，每2.5亿年公转银河系一周。

我们的恒星是太阳, 位于太阳系中心。

有八个行星, 上万亿个小行星, 彗星和矮行星在绕着它公转。

这八个行星, 其中分类四个类似地球的水星, 金星, 地球, 火星和4个气态行星, 木星, 土星, 天王星, 海王星。

水星是所有行星里质量最轻及最小的。

水星的一年短过它的一天，造成它整体温度上有着巨大的波动，水星不具大气层和天然卫星。

金星是太阳系里最明亮的物体其中的一个，也是所有行星里最热的。

它的大气压强是地球上的九十二倍，失控的效应造成它的温度重未低于437°C，金星不具天然卫星。

地球是我们的家，也是唯一拥有适当的温度以支持大量的液态水的行星。

此外, 它也是我们所知唯一有生命的地方，地球有一个天然卫星。

火星是太阳系里第二小的行星，因此只能有着一层很薄的大气层。

它的奥林帕斯山, 太阳系里最高的山峰，高度是珠穆朗玛峰的三倍，火星有两个天然卫星。

木星是太阳系里最大的行星，它主要是由氢气和氦气组成。

也是我们所知有着最强大的风暴的地方，它最强大的风暴, 大红班, 比地球大三倍，木星有六十七个天然卫星。

土星是第二大也是密度最小的行星，如果你有个足够大的浴缸,。

土星将会在浴缸里浮着，土星已知有着广大及可见的星环系统，它有
六十二个天然卫星。

天王星是第三大也是最冷的行星之一，它是最小的气态行星。

天王星的特别之处在于它的自转轴，和另外七个行星比起来的倾斜的，它有二十七个天然卫星。

海王星是太阳系最后一个行星并与天王星相似，它离太阳很远, 使海王星上一年是地球的一百六十四年。

在海王星上我们测得有史以来最高的风速，也就是稍微低于两千一百公里/时，它有十四个天然卫星。

如果我们比较行星的大小，它们之间的差别将变得更清晰。

木星是所有行星里最大及最重的
另一方面水星和木星的一个天然卫星, 木卫三比起来还小。

木星之大使它本身拥有所有行星70%的质量，它也对周围的物体产生巨大的影响。

这也是对地球的一大保护, 因为它的引力吸走了许多体型大且会消灭掉地球上所有生命的小行星。

不过和太阳比起来木星也只不过是个小矮人，形容木星很大对太阳很不公平。

它构成太阳系99.86%的质量，它大多是由氢和氦组成。

只有少于2%是较重的元素, 如氧和铁。

在核心里, 太阳每秒核聚变消耗6.2亿吨的氢。

所产生的能源足够人类多年需求，绕着太阳公转的不止八大行星。

有上万亿个小行星和彗星也在绕太阳公转，它们大多集中在两个带子: 火星和木星之间的小行星带
和位于太阳系边缘的柯伊伯带
这些带子是无数个物体的家, 有些只有尘埃那么大，有些像矮行星那么大。

火星和木星之间的小行星带里最知名的物体是谷神星，柯伊伯带里最知名的是冥王星, 鸟神星及妊神星。

我们通常把小行星带形容成一个经常碰撞又密集的物体组合。

但实际上, 小行星是分布在一个极其广大的空间，而且是很难在同一时间看到两个小行星的。

尽管他们之间有着数十万个物体，但小行星带其实是个相当空旷
的地方。

尽管如此, 还是有小行星反覆的碰撞。

两个小行星带的质量也是不起眼的，火星和木星之间的小行星带的质量只是月亮的4%。

柯伊伯带的质量是地球的二十五之一至十分之一。

有一天, 太阳系将会不复存在。

太阳将会死去, 水星, 金星和地球或许会因此被毁灭。

在五亿年里, 太阳将变得越来越热直到在某个时候。

地球的地壳将会熔掉，太阳将会变得越来越大, 吞噬地球。

或最多只是把地球变成一个遍布岩浆的海洋，当它用尽燃料, 丧失了它大多数的质量时，它将缩成一个白矮星并燃烧数十亿年，才会完全熄灭。

于是, 太阳系里将不可能有生命的存在了。

银河系甚至不会注意到它，只不过是它其中一臂的一小部分暗了一点而已。

所有人类将不复存在，或离开太阳系寻找一个新的家。

我们的太阳系
一个行星系由恒星和所有围绕它旋转的天体组成—行星，卫星，小行星，彗星和流星体。

大多数恒星拥有自己的行星，因而可能仅仅在银河系内就存在数百亿个行星系。

一个行星系也可能拥有多个恒星。

如果有两个恒星则这样的系统被称为双恒星系统，拥有多于两个恒星则被称为多恒星系统。

而被我们称为家的行星系统—太阳系，位于银河系一个距离银心较远的悬臂上。

它由太阳和所有围绕其旋转的天体组成。

这些天体包括八个行星和它们的天然卫星、矮行星、矮行星的卫星，以及小行星、彗星和大量的天体残骸。

太阳系的尺寸
太阳系的边缘延伸到比八颗行星轨道更远的地方。

太阳系还包括位于海王星轨道以外的柯伊伯带。

这是一个由稀疏的冰封天体所占据的区域，而几乎所有这些都比柯伊伯带最有名的天体——矮行星冥王星要小。

2015年7月13日，当航天器距冥王星表面476,000英里
（768,000公里）时，冥王星几乎填满了NASA新视野号航天器上远程勘测成像仪（LORRI）拍摄的图像。

而在柯伊伯带边缘之外则是奥尔特云。

这个巨大的球形外壳环绕着我们的太阳系。

它从未被直接观察到，但它的存在是基于数学模型和对可能源自那里的彗星的观测来预测的。

奥尔特云由冰冷的天体残骸组成，这些残骸的大小相当于一座山脉，有时更大。

它们环绕太阳旋转，距离我们1.6光年。

奥尔特云很厚，厚度大约从5,000个天文单位到100,000个天文单位。

一个天文单位（或AU）是从太阳到地球的距离，大约9300万英里（约150000000km）。

奥尔特云是太阳引力影响范围的边界，在这个边界以内的物体可以围绕太阳旋转并逐渐靠近太阳。

而太阳风层并没有延伸到那么远。

太阳风是太阳向各个方向发射出的带电气体流，太阳风层如同一个太阳风吹出的气泡。

太阳风因星际气体的压力突然减速的边界被称为终端激波。

这个边缘距我们80-100个天文单位。

两个1977年发射的NASA航天器，旅行者1号和旅行者2号，已经分别在2004年和2007年越过了终端激波，但这两位旅行者要穿越奥尔特云还需要几千年。

太阳系的形成过程
太阳系大约在45亿年前由一团稠密的星际气体和尘埃形成。

可能由于附近一颗爆炸的超新星产生的冲击波导致了尘云的坍缩。

当尘云坍缩时，它形成了太阳星云——一个旋转的物质螺盘。

在中心区域，引力聚集了越来越多的物质。

最后，核心区域的压力足够大而使氢原子开始聚变生成氦，释放出巨大的能量。

我们的太阳因此诞生，它最终聚集了初始太阳星云中超过99％的可用物质。

星云中较外的物质也聚集成团块。

这些团块相互撞击，形成越来越大的物体。

它们中的一些变得足够大，以至于被自身的引力塑造成球形，成为行星、矮行星和大卫星。

而在其他情况下，行星并没有形成。

小行星带是由早期太阳系中未能融合成一颗行星的碎片组成的，
其他较小的剩余碎片变成了小行星，彗星，流星体和小的不规则卫星。

太阳系的结构
太阳系中行星和其他天体的排列顺序是基于太阳系形成的方式的。

在太阳附近，只有岩石物质能够承受住太阳系初期的热量。

因此，前四个行星-水星，金星，地球和火星-都是类地行星。

它们很小，拥有固态的岩石表面。

而与此同时，我们很容易在初期太阳系的外围发现冰，液体或是气体。

引力将这些物质聚集起来，形成了我们在那里发现的气态巨星木星和土星以及冰封巨星天王星和海王星。

形成生命的潜质
太阳系是我们所知的唯一拥有生命的地方，但我们探索得越远，我们就越能在其他地方发现生命形成的潜质。

在木卫二和土卫二厚厚的冰层下都有全球范围的盐水海洋。

太阳系中的卫星
太阳系拥有超过150个已知的卫星，以及几个待发现确认的卫星。

在八个行星中，水星和金星是唯一两个没有卫星的行星。

巨行星捕获了最多数量的卫星。

木星和土星长期在太阳系中的卫星计数中占据前列。

在某些方面，这些星球周围的卫星群就好像太阳系的一个迷你版本。

冥王星的尺寸比月球还小，却有五颗卫星，包括卡戎。

这颗卫星太大，使得冥王星不停摇晃。

即使是微小的小行星也可能拥有卫星。

在2017年，科学家发现小行星3122佛罗伦萨有两颗小卫星。

这六幅长焦彩色图像是由旅行者1号首次拍摄的太阳系“肖像”拼成的，当时旅行者1号距离地球超过40亿英里，位于黄道以上约32度。

太阳系是如何形成的？
宇宙是从一次“大爆炸”中诞生的，那我们所在的太阳系又是怎
样出现的呢？
按照主流理论来讲，宇宙诞生于一场138亿年前的“大爆炸”，时间空间以及物质能量都是在爆炸后出现的，或许宇宙的起源对于我们来讲，有些过于遥远，并且考虑到宇宙的大小，仅仅是可观测宇宙直径都达到了920亿光年，而我们人类的平均身高才一米多不到两米，顿时有种莫名的无力感涌上心头。

因此暂时就不要提宇宙了，将眼光放近一些，看看我们的太阳系，虽然相比于广阔无垠的宇宙，太阳系的直径不过两个光年（以奥尔特云为边缘），但这个空间依旧非常庞大，因此在了解宇宙前，十分有必要先了解咱们的太阳系。

我们的太阳系主要是由太阳、行星、矮行星、太阳系小天体（比如小行星、彗星）等构成，而核心和重要组成部分为太阳和八大行星，因此太阳和八大行星的形成是我们讲解的重点，但我们也知道，科学理论是建立在一定基础之上的，因此不论是哪种形成理论，都必须符合太阳系当前的现状，关于现状，我们有如下几点共识：
①太阳系的核心是太阳，它的质量占据着整个太阳系总质量的
99.86%，因此在引力方面占据着主导地位，众多天体都绕其运动，同时太阳因为内部核聚变反应，向周围释放了大量光和热，照亮了四周天体，也为地球诞生生命创造了前提条件。

②八大行星都拥有独立且分辨清晰的轨道，大家公转的方向都是自西向东（北极上空视角），轨道形状非常接近圆形（除了水星轨道的偏心率相对高一些），轨道平面基本重合（还是除了水星，它的轨道倾角稍微大些）
③行星系统高度分化，四颗内行星——水星、金星、地球、火星，属于类地行星，体格小、密度高，拥有固态表面，而四颗外行星——木星、土星、天王星、海王星，属于类木行星，体格大、密度小，气态表面主要由氢元素氦元素气体构成。

④海王星外边有着一圈被称为柯伊伯带的天体系统，里面包含了大量小行星般大小的冰天体，2006年被废除行星称号的冥王星就属于这个柯伊伯带。

与柯伊伯带的形成具有相同原因的还有太阳系的边缘——奥尔特云。

关于太阳系形成的各种理论都必须符合以上四个大点，为此我们接下来将介绍关于太阳系形成的多种理论，其中将主要涉及太阳的形成、类地行星和类木行星的形成，在这些过程中也将介绍太阳系其它的一些零碎小知识。

太阳系究竟在什么位置？
我们究竟处于银河系的什么位置，下面会给你一个确切的答案。

其实太阳系位于银河系一个叫做猎户臂的悬臂上，距离银河系中心约有2.6万光年，值得注意的是，太阳星系自转轴轨道平面与公转轴有一个约为66度的斜角。

这个问题是复杂的，一部分是因为银河系并没有像地球这样的宇宙坐标系，在地球上，很容易实现用经度和纬度精准定位一个地点，因为有明显的边界和参照物（或像北极、南极、赤道这样的标志位置）。

在说到整个宇宙的时候，关键点是要怎么去选参照物，因为没有确切的边界和中心，只能用一个物体的相对关系去描述另一个物体的位置。

有时参照物的选取是非常重要的，对于太阳系来说，太阳的位置是固定的，木星体积巨大，在引力的作用下，慢慢地在向太阳靠近。

银河系的中心位置明确，可以起到参照作用，但对于其他行星来说，我们的位置又是哪里呢？
曾经有一项研究表明，每一个星系都是与其他星系有关联的。

地球的宇宙新地址位于：银河系的太阳系，拉尼亚凯亚超星系团
开普勒模型相比哥白尼模型有以下改进的方面：太阳相对于地球
在一个垂直的水平面上；所有太阳系的行星，相对于地球都在同一个水平面上；太阳的位置高于地球，以及其他所有太阳系行星；太阳距离地球的直线是太阳系群星的主线；所有行星并不是围绕太阳公转，而是以这条直线为中心公转，即所有行星围绕着太阳至地球的中心直线公转，这意味着当行星围绕太阳公转的时候，其实也在围绕着地球公转，因为太阳和地球的中心在同一条直线上。

这是托勒密模型存在了这么久的原因，它的正确性证实了这一点。

行星围绕太阳或者地球公转的结果都是一样，因为他们都在围绕太阳系的这条主线公转。

因为太阳的位置高于地球，所以我们会看到太阳每年以63.7度的倾斜角向前和向后移动，像一个圆周运动，其实这种运动并不存在，是由于我们视觉上的错觉所造成的。

地球与冥王星之间的行星是向着太阳移动，但水星和金星向相反方向移动；地球每天向太阳方向移动约1公里。

这些天文学上的改进可以帮助我们解释一些现象，例如埃及天文奇迹，每隔2737年，水星，金星和土星就会垂直于地球，准确对位埃及金字塔的三个塔尖。

而且，行星除了围绕太阳公转，还围绕地球公转，也说明了这一点。

再一起来看看乔治弗朗西斯的理论，如果你仔细审视我们银河系图像的上半部分，会发现有一些像章鱼的头部，伴随着螺旋状的手臂。

这些螺旋臂照亮了星际尘埃和气体，每一条螺旋臂都被命名为例如英仙臂，人马臂，半人马臂和天鹅臂，我们的太阳处于猎户支臂内，是一个较小的螺旋臂，距离银河系中心约有2.6万光年的距离。

太阳系是一个由太阳的巨大引力维持着其他行星直接或间接绕其运转的天体系统，直接绕太阳运行的天体，体积最大的是八大行星，其他都是一些小型天体，如矮行星和其他小天体；间接围绕太阳运行的天体，比如月球，体积比水星的两倍还要大。

太阳系正处于宇宙中一个巨大的泡泡里
太阳并不是附近星系唯一的恒星，其他恒星也把这片区域称为家园。

但是这片区域的历史呢？是什么触发了这些恒星的诞生？
一组天文学家表示，他们已经将历史碎片拼接了起来，并确定了触发因素：大约1400万年前开始的一系列超新星爆发。

大约1400万年前，我们周围的一系列恒星爆发为超新星。

它们制造了一个直径约为1000光年的巨大气体泡，被称为“本地泡”。

太阳目前就在该气泡的中央。

太阳附近的恒星就在这个气泡的边缘形成的，而之前的超新星爆炸则是它们形成的催化剂。

发表在《自然》杂志上的一项新研究展示了这些发现。

题目是“太阳附近的恒星形成是由本地泡的扩张驱动的。

”主要作者凯瑟琳·朱克，她是一名天文学家和数据可视化专家。

“我们计算出，在数百万年的时间里，大约有15颗超新星消失，形成了我们今天看到的本地泡。

”
恒星是由被称为巨型分子云(GMC)的氢气云形成的。

要形成一颗恒星，必须要有足够的气体聚集在一个点上。

当气体的密度变化时，就会发生这种情况。

由于引力的作用，密度变得越来越大，如果时间足够长，条件合适，足够多的气体聚集在一起引发聚变，一颗恒星就诞生了。

但超新星爆炸也能形成恒星。

超新星爆炸释放出巨大的能量，这些能量以冲击波的形式向外传播。

冲击波将气体挤到一起形成云团，并制造出更大的密度。

这可以带来新的恒星。

这就是我们周围发生的事情，它在本地泡的边缘形成了恒星，这也是超新星冲击波的边缘。

在本地泡的内部，星际介质(ISM)的密度远低于整个银河系中ISM的密度。

这一系列的超新星爆炸将气体推到一边，形成了致密的边缘，并推动了那里的恒星形成。

随着时间的推移，气泡的边缘已经破碎并坍塌成恒星形成的云。

它曾经光滑的边缘消失了。

研究小组报告说，在气泡表面有七个以分
子云形式形成的恒星形成区。

其中包括猎户座A和猎户座B，它们都是猎户座分子云复合体的重要组成部分。

“值得注意的是，我们发现距离太阳200秒差距以内的每个著名的分子云都位于本地泡的表面，”论文说。

英仙座分子云可能是个例外。

恒星的形成并不是一下子发生的。

在他们的论文中，作者指出它发生在四个不同的时代：1000万年前、600万年前、400万年前和现在。

他们不知道究竟有多少颗超新星爆炸形成了这个气泡，但他们将其限制在8到26个之间，确定最可能的数字是15。

“我们已经计算出大约15颗超新星在几百万年的时间里形成了我们今天看到的本地泡，”朱克说，他现在是太空望远镜科学研究所的NASA哈勃研究员。

这张图显示了本地泡的演化过程，以及在它不断膨胀的壳层表面上连续的恒星形成过程。

“这真的是一个关于起源的故事：我们第一次可以解释所有附近恒星的形成是如何开始的，”扎克说，他在CfA做研究员期间完成了这项工作。

扎克是一名数据可视化专家，而可视化在这项研究中尤为突出。

朱克和她的同事们创造了一个互动工具来探索本地泡及其周围环境。

这是扎克和她的同事创建的互动工具的静态截图。

大家可能会认出一些位于本地泡边缘的恒星。

例如，红色超巨星心宿二是天蝎座-半人马座组合中最亮、质量最大的恒星。

心宿二是天空中第15亮的恒星，也是肉眼可见的最大的恒星之一。

本地泡并不是一个静态的物体：它仍然在缓慢增长，就像你松开油门后的汽车一样。

“它正在以每秒4英里的速度滑行，”朱克说。

“不过，它已经失去了大部分的动力，速度上几乎停滞不前。

”
就像其他许多关于我们在银河系附近的发现一样，这项工作很大
程度上依赖于欧洲航天局的盖亚航天器的数据。

盖亚根据大约10亿颗恒星的位置和速度测量，创建了一个宏伟的银河系3D模型。

研究小组通过追踪恒星的运动来描绘出气泡的形成过程。

根据观测到的几何学运动意味着，太阳200秒差距范围内所有著名的恒星形成区域，都是由气体被本地泡的膨胀所吞没而形成的”他们在论文中解释道。

“这是一个令人难以置信的侦探故事，由数据和理论驱动，”哈佛大学教授、天体物理中心天文学家阿丽莎·古德曼说，她是这项研究的合作者，也是使这一发现成为可能的数据可视化软件glue的创始人。

“我们可以利用各种各样的独立线索拼凑出我们周围恒星的形成历史：超新星模型、恒星运动和精致的本地泡周围物质的新3D地图。

”
太阳处于局部泡沫的中心，但并不总是如此。

当太阳在太空中穿梭时，它进入了气泡。

现在我们发现自己身处其中，甚至在人类诞生之初，我们就在里面。

这是一张艺术家画的本地泡图，气泡表面正在形成新的恒星。

“当第一个产生本地泡的超新星爆炸时，我们的太阳离这个活动还很远，”合著者João Alves说，他是维也纳大学的教授。

“但大约500万年前，太阳穿过银河系的路径把它带进了泡泡，现在太阳（运气好）几乎正好位于泡泡的中心。

”
我们发现自己正处于一个气泡的中心，这意味着什么？这在统计学上是不可能的，所以这意味着这样的泡泡并不罕见。

事实上，天文学家50年来一直认为这些气泡是存在的。

“现在，我们有证据了——我们正好处在这些东西中间的可能性有多大？”古德曼问道。

超新星爆炸后发生了什么？当超新星爆炸时，恒星并没有被完全摧毁，他们留下了残余。

在他们的论文中，作者说所有这些超新星的幸存者可能包含在UCL和Crux (LCC)星团中。

“我们发现15-16年前，UCL和Crux (LCC)星团在两者之间的诞生间隔约为15秒差距，而
气泡本身很可能是由这些星团幸存的超新星成员创造的。

”
如果我们放大本地泡表面的著名恒星形成区域，我们会看到什么?
这一发现表明：银河系具有一种瑞士奶酪的形态，在那里，稀薄的ISM气泡无处不在。

现在研究小组已经发现了一个气泡，他们还想发现更多。

我们的本地泡在某种程度上会与众不同还是会很普通？
还有其他问题有待解决。

“这些气泡接触到哪里？”扎克在一份新闻稿中问道。

“它们之间如何互动？”超级气泡是如何推动像我们的太阳这样的恒星在银河系中的诞生的？”
为了回答这些问题，团队将不得不等待盖亚的第三阶段数据发布(Gaia DR3)。

欧洲航天局已经公布了一些数据，但不是全部。

该团队在论文的最后展望了未来：“盖亚DR3中大量的新恒星径向速度数据，不仅可以对本地泡的演化进行了更精确的估计，还可以在更远的地方进行类似的研究，为银河系附近超新星驱动的恒星形成提供进一步的观测约束。

”
太阳系有多大？时速超过6万公里的旅行者1号，还要6万年才到边缘
1977年9月5日，旅行者1号从地球出发，它的速度超过了第三宇宙速度，这使得它有机会离开太阳系。

在飞离地球20年后，它追上先驱者10号，成为距离太阳最远的人造飞船，并一直保持至今——这个称号可能还会继续保持很长、很长时间。

关于旅行者1号有两个最出名的报道：
1990年，它在距离地球60亿公里的地方拍下了最远的地球照片——暗淡蓝点，这个最具艺术价值；
图注：暗淡蓝点
以及2012年铺天盖地的新闻报道它成为第一艘飞离太阳系，进入。