K15·通识·013·探索太阳系

笑对人生153

人类对太阳系的探索起源于古代劳动人民对太阳，月亮，星斗和天空的认识。
抛开盘古开天一类的神话传说不提，较早的，从“科学”角度来阐述日地关系，大约从公元前数百年就开始留有较详尽的记录。
在西方，古希腊的阿里斯塔克斯在公元前3世纪曾经提出行星是以太阳为中心环绕着运转的理论，这个理论在很大程度上仍是哲学上的预测，且未曾得到主流的认可。由此直到16世纪晚期文艺复兴时代，大多数人仍然认为地球是静止不动的，并且处于宇宙的中心，与那些穿过天空的物体是截然不同的。这种说法甚至得到了天主教的官方背书。



托勒密地心说体系

哥白尼提出日心说后的一段时间，人们还无法接受地球不是“天选之球”的观点，直到17世纪的大神伽利略使用望远镜观测到很多的太阳系天体细节之后，日心说才渐渐为人接受。



伽利略向威尼斯大侯爵介绍如何使用望远镜

东方的先贤哲人也不甘落后，同样发展出多种学说，其中以天圆地方，天无形，和天是蛋地是黄三种学说流传最广。


当然，现在我们知道，这两种学说都不是正确的。但是，通过对两种学说的不断论述，西方的天文学家积累了很多的天文知识和观测数据，为后续的探索工作进行了有力的铺垫。



地心说和日心说模型

随着最近一百年来科技的不断进步，大功率火箭终于可以将地球上的物体送出了大气层，送到更远的地方——从而开启了探索太阳系的新篇章。
在1966年，月球10号人造卫星开始围绕月球旋转并进行观测，成为太阳系一个重孙辈的新成员。
1972年发射的先驱者10号探测器，经过了11年的时间飞越冥王星的轨道，最后的讯息是在2003年传送回来的，当时先驱者10号和地球的距离大约是82天文单位。科学家依据传送回来的数据测算，如果先驱者10号仍旧运转正常的话，现在还没有到达太阳系外缘的奥尔特云。



旅行者10号

迄今为止，太阳系内所有的行星都已经被由地球发射的人造天体探访，并进行了不同程度的各种研究。虽然都是无人的任务，人类还是能获得所有行星表面近距离的照片，在有登陆艇的情况下，还对部分行星进行了土壤和大气研究。



NASA发布的木星照片

现今对太阳系的探索成果，已经远不是古代人可以想象的了。从太阳系内部来说，基本上环绕着太阳运转的大天体都处在在地球轨道平面，共同组成了黄道附近行星盘平面。在这个平面上，所有的行星和大多数的太阳系其它天体都以相同的方向（从地球的北极鸟瞰是逆时针方向）围绕着太阳转动。



内行星的公转

如果从银河系的视野来看，太阳系位于银河系外侧，一个称为猎户-天鹅臂的螺旋臂上。太阳系距离银河中心约25000至28000光年。除了自传和绕日公转外，太阳系所有的天体（包括人造天体）以大约每秒钟220公里的速度在银河系中运动，大约2亿2500万年至2亿5000万年可以转银河一圈。太阳系目前正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。



太阳系在银河中的位置

在距离太阳系10光年的范围内，恒星的数量相对较少。最接近的恒星是半人马座的比邻星——一颗较小的红矮星。它到地球的距离大约是399000亿公里，也就是光走4.2年的时间。比邻星在0.2光年的距离外环绕着两颗恒星（南门二A和B）运转。这三颗恒星共同组成了南门二系统（三体？）



从南门二（4.2光年外）观测到的太阳

天狼星是太阳系邻近范围内最大的恒星，质量大约是太阳的两倍，距离太阳8.6光年。天狼星有一颗伴星——天狼星B——是一颗白矮星。



天狼星（左）和太阳体积比较

最靠近太阳系的，和太阳类似的恒星是距离12光年的鲸鱼座天仓五。它的质量大约是太阳的80%，但是光度只有太阳的60%。



太阳（左）和天仓五（右）比较

通过对观测，科学家认为，太阳系在银河系中的位置是地球生命演化历程的一个重要因素。太阳系的运行轨道接近圆形，并且与邻近的螺旋臂有着大致相同的速度。邻近的螺旋臂中聚集了大量的超新星，带来的重力不稳定性和和辐射可能会扰乱臂中的恒星系统。而太阳几乎不会穿越螺旋臂。
同时，太阳系也远离银河系中心拥挤的区域。假如太阳系在银河中心附近，来自邻近恒星的引力拖拽，可能回扰动奥尔特云，发送许多彗星进入内太阳系，与内行星（水金地火）产生碰撞，造成危害地球生命的灾难与影响；银河中心的强烈辐射也会干扰复杂生命的发展。


以上种种，给地球生命很长一段稳定进化的时间，从而形成了现在的文明社会，也让我们有能力对太阳系进行深度的探索。
我们用了七个章节来讨论太阳和太阳系，是因为太阳对我们无比的重要——地球大气的循环，昼夜与四季的轮替，地球冷暖的变化都是太阳作用的结果。接下来，我们将暂时结束对太阳和太阳系的探讨，逐一认识太阳系内多彩多姿的天体。