太阳系

太阳系延伸到哪里？

旅行者1号和2号已经穿过日球层顶，也就是太阳风主导区域的边界。在边界之外，由带电粒子组成的物质——等离子体——更多地表现出恒星之间物质的性质，而不是太阳风的性质，因此那里被称为星际空间。不过，如果把所有绕太阳运行的天体都算作太阳系的一部分，那么尚未被直接观测到的奥尔特云可能延伸到这道边界之外数百倍远的地方。进入星际空间，并不等于已经越过太阳系里所有天体。

太阳的影响不会在某一点同时消失。阳光会随距离增加而减弱；太阳风遇到星际物质后会改变方向；太阳引力虽然按距离平方反比减小，却仍能影响极其遥远的彗星轨道。因此，在询问太阳系在哪里结束之前，必须先说明要找的是行星分布的边界、太阳释放的等离子体边界，还是能够绕太阳运行的天体边界。

• 约30 AU 最外侧行星海王星到太阳的平均距离
• 约122 AU和119 AU 旅行者1号、2号从不同方向遇到日球层顶的位置
• 约2,000～5,000 AU 模型估算的奥尔特云内边界
• 约10,000～100,000 AU 不同模型给出的奥尔特云外边界，范围差异很大

海王星之外有什么？

如果只看八颗行星，海王星位于最外侧，平均距离约为30 AU。但在它之外约30～50 AU的区域，分布着包括冥王星在内的柯伊伯带天体。过去曾与海王星发生引力作用的离散盘天体，则沿着更长、倾角更大的轨道远至数百AU。“最后一颗行星”只表示行星名单到此结束，并不表示绕太阳运行的物质也到此为止。

这些小天体群体之间也没有清晰的分界线。柯伊伯带共振天体、离散盘天体和内奥尔特云候选天体，是按照轨道形状和运动方式分类的，因此不同类别会有部分重叠。教科书中的示意图常在海王星处结束，只是为了把行星画得更清楚，并不是那里存在一堵包围太阳系的墙。

“旅行者”号穿过了什么边界？

太阳以每秒数百千米的速度向外释放带电粒子，这股粒子流就是太阳风。远离太阳后，太阳风受到星际物质压力的阻挡而突然减速。再往外，是减速后的粒子受到挤压并转向流动的区域。这个区域的外侧，太阳风等离子体与星际等离子体相接之处，就是日球层顶。

2012年，旅行者1号在约121.6 AU处发现，来自太阳的低能粒子急剧减少，而来自银河系的宇宙线粒子增多。不过，它直接测量等离子体的仪器已经不能工作，因此研究人员当时难以立即确认探测器是否越过了边界。后来，他们测量太阳爆发引起的波使周围等离子体振荡的频率，并由此计算粒子密度，最终确认旅行者1号已经进入比日球层内部密得多的星际等离子体。

旅行者2号于2018年在约119 AU处穿过边界。它的等离子体仪器仍在工作，因此直接测到了来自太阳的粒子流停止，并转变为温度更低、密度更高的等离子体。磁场、高能粒子和低能粒子仪器也记录了同一变化。两艘探测器从不同方向确认了同一类边界，但仅凭两个穿越点，还不能说我们已经拍到了日球层顶的完整形状。

旅行者号越过的并不是太阳引力终止的界线，而是太阳释放的等离子体不再主导周围空间的界线。

日球层的边界总在同一个位置吗？

旅行者1号和2号遇到边界的位置相差约3 AU，但这并不能证明某一侧的边界总是离太阳更近。两艘探测器朝不同方向飞行，也在不同时间穿越边界。太阳风的强弱会随大约11年的太阳活动周期和太阳爆发而变化，从外侧施压的星际等离子体和磁场也会因方向不同而变化，所以边界的位置一直在移动。

穿过日球层顶之后，阳光和太阳引力也不会突然消失。那里之所以被称为星际空间，是因为周围物质表现出的星际物质特征比太阳风特征更强。来自外部的星际原子也会进入日球层内部。边界并没有把“内部只有太阳物质”和“外部完全没有太阳影响”这两种环境彻底分开。

有些图把日球层画成水滴或带长尾的形状，但我们并没有从太空中一次拍下它的全貌。这些形状是根据旅行者号穿越的两个位置、IBEX等任务的遥感观测和等离子体计算共同推测出来的。

我们如何知道看不见的奥尔特云存在？

有些长周期彗星绕太阳一周需要数十万年甚至更久。它们并不集中在行星运行的平面，而是从许多方向进入内太阳系。把这些彗星的轨道向过去回推，结果表明太阳之外数千至数万AU处应该存在大量冰质天体。最常用的解释是：太阳系形成早期，巨行星把小型冰质天体抛向远方；随后，银河系引力和路过恒星改变它们的轨道，使其大致呈球状分布在太阳周围。

NASA给出的代表性范围，是内边界约2,000～5,000 AU，外边界约10,000～100,000 AU。范围如此宽，是因为人们从未直接拍摄并编目过这些距离上的奥尔特云天体。它的分布是根据已知彗星的轨道和太阳系形成模拟推测的，内云和外云之间的分界在不同模型中也不相同。

在极远处，太阳的引力已经很弱，因此银河系和路过恒星很小的引力，也能在漫长时间里造成显著影响。有些彗星会因此被推向太阳，有些天体则会完全摆脱太阳引力。绕太阳运行天体的最外范围不能用一个固定半径准确切开；它会随天体自身的轨道以及附近曾经掠过的恒星而变化。

1. 约30 AU 如果只计算行星，名单到海王星为止。
2. 约30～50 AU 柯伊伯带主要区域仍分布着许多绕太阳运行的冰质天体。
3. 约119～122 AU 两艘旅行者号越过日球层顶，测量星际等离子体。
4. 约2,000～5,000 AU 尚未被直接看见的奥尔特云内边界可能从这里开始。
5. 最远约100,000 AU 模型认为，运行极其缓慢的彗星储库可能延伸至此。

“旅行者”号已经完全离开太阳系了吗？

两艘旅行者号都不在绕太阳一周后返回的轨道上。它们借助近距离飞越行星获得了足够速度，正沿着逃逸轨道飞向太阳系之外。但探测器目前所在的位置并不会因此成为整个太阳系的边界。一个物体是否受太阳引力束缚，与这片空间里是否还有其他绕太阳运行的天体，是两个不同的问题。

旅行者号在约120 AU处进入了星际等离子体。不过，要到达奥尔特云可能开始的距离，仍需约300年；要穿过其最远的估计范围，可能要约3万年。这些时间并不表示探测器在此期间仍绕太阳运行，而是用来说明太阳风的边界与遥远天体分布范围之间有多么巨大的差距。

太阳系的范围该如何界定？

如果问行星的范围，答案是海王星；如果问聚集大量冰质天体的盘状区域，答案是柯伊伯带；如果问太阳风的范围，答案是日球层顶。如果把最遥远的绕日天体也包括在内，就需要考虑估计延伸到数万AU之外的奥尔特云。这些答案不是只有一个正确，而是取决于所问的是“什么的边缘”。

旅行者号进入星际空间，并不是发现了太阳系终止的一个固定点。它们从两个方向直接穿过了太阳与星际环境相接的等离子体边界。要准确描述太阳系的边缘，必须在数字旁同时说明“什么在这里结束”。

资料来源

• NASA — Voyager 2 Instruments at the Heliopause
• Nature Astronomy — Voyager 2 Plasma Observations of the Heliopause
• Nature Astronomy — Plasma Densities Near and Beyond the Heliopause
• NASA Science — Oort Cloud Facts and Distance Ranges
• NASA Science — Kuiper Belt Facts
• NASA Science — Criteria for the Edge of the Solar System
• Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy — Stellar and Galactic Perturbations of Oort-Cloud Comets