太陽(yáng)系是我們的家園，也是我們探索宇宙的第一站,。在認(rèn)識(shí)宇宙的漫長(zhǎng)歷程中,，從史前人類到2000多年前的古希臘先哲，再到17世紀(jì)的開(kāi)普勒,、牛頓等科學(xué)巨匠,，我們對(duì)宇宙的幾乎所有探索都集中在太陽(yáng)系的日月行星等天體上,。直到18世紀(jì)早期,，人們才真正開(kāi)始關(guān)注太陽(yáng)系以外的諸如恒星等天體?？梢哉f(shuō),，探索太陽(yáng)系獨(dú)占了人類文明史95%以上的時(shí)間！并且這種探索直到今天仍在繼續(xù),。
特別值得一提的是,，1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，太空時(shí)代拉開(kāi)序幕,。此后人們發(fā)射了許多無(wú)人探測(cè)器造訪太陽(yáng)系的各類天體,，并且在觀測(cè)和理論上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。今天的我們是很幸運(yùn)的,，普通人對(duì)太陽(yáng)系的了解,，可能比60年前的任何一位科學(xué)家都多,。當(dāng)然，我們知道的也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。
太陽(yáng)系的成員
現(xiàn)在我們知道,，太陽(yáng)系由太陽(yáng)和許多較小的天體組成。太陽(yáng)是太陽(yáng)系的絕對(duì)主宰,，它的質(zhì)量占整個(gè)太陽(yáng)系的99.8%以上,。其他那些天體，根據(jù)物理性質(zhì)和軌道特征,，被天文學(xué)家分成了三類：
第一類是行星,，例如大家都知道的金星、土星等,，行星系統(tǒng)往往還包括它們的衛(wèi)星,、光環(huán)等。第二類是矮行星,，例如我們熟知的冥王星,，有的矮行星系統(tǒng)也有衛(wèi)星、光環(huán)等,。第三類是太陽(yáng)系小天體,，包括小行星、彗星,、流星體以及各種太陽(yáng)風(fēng)粒子,、塵埃等等。
這三類天體最大的不同體現(xiàn)在質(zhì)量上,。
行星的質(zhì)量至少是矮行星的幾十倍以上,，例如最小的行星水星，質(zhì)量是最大的矮行星冥王星的25倍,，地球質(zhì)量則是冥王星的400多倍,。像木衛(wèi)三、月球這樣的大衛(wèi)星,，質(zhì)量也是矮行星的好幾倍,。
矮行星的質(zhì)量至少是太陽(yáng)系小天體的幾倍以上。例如灶神星是已知最大的太陽(yáng)系小天體,，而它的質(zhì)量只有矮行星冥王星的1/50,。
這種大小的比較，能告訴我們一些關(guān)于這些天體形成的信息,。
行星：太陽(yáng)系里的“大佬”
行星,、矮行星、太陽(yáng)系小天體的大小比較示意圖
行星可以說(shuō)是太陽(yáng)系里的大佬。根據(jù)理論研究與觀測(cè)實(shí)際,，天文學(xué)家給行星下了一個(gè)定義,，它需要滿足以下3個(gè)條件：
1.圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。這一點(diǎn)太陽(yáng)系絕大多數(shù)天體都滿足,。
2.形狀是球形,。而且是因?yàn)橘|(zhì)量足夠大而使得自身成為球形，像鵝卵石,、玻璃球這樣的小物體,，是外力把它們塑造成了球形，而不是由于自身引力夠大而形成的球形,，這些物體不滿足這一條,。而像地球這么大的行星，就算把它劈成兩半,，這兩塊仍然會(huì)各自成為一個(gè)球形,，就是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量仍然足夠大。
3.獨(dú)占軌道,。即已經(jīng)清除了其軌道上不圍繞它運(yùn)行的其他天體,。這是行星與矮行星的重要區(qū)別。
按照這三條,，太陽(yáng)系只有8顆行星,離太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)依次為：水星,，金星，地球,，火星,，木星，土星,，天王星,，海王星。它們到太陽(yáng)的距離可參考表1,，其中的距離為天文單位,。為便于記憶，表中第三行給出了取整后的大約數(shù),。
相關(guān)鏈接:天文單位:
在太陽(yáng)系這個(gè)尺度上,，我們?nèi)粘Ｉ钪械拿?、公里等單位就顯得太小了,。例如，地球到月球的距離是38萬(wàn)公里,，地球到土星的距離最近差不多是12.75億公里,。這樣用起來(lái)就顯得比較啰嗦，計(jì)算也不方便。
因此天文學(xué)家用日地的平均距離作為基數(shù),，規(guī)定了一個(gè)距離單位,，稱為“天文單位”。天文單位的大小,，就等于日地平均距離,，也就是差不多1.5億公里。這樣土星離地球最近的距離是8.5個(gè)天文單位,，比起12.75億公里這個(gè)數(shù)字,，就要簡(jiǎn)潔多了。
天文單位是描述太陽(yáng)系天體距離最常用的單位,。我們以后會(huì)經(jīng)常碰到,。
表1：太陽(yáng)系典型天體到太陽(yáng)的軌道半長(zhǎng)徑，單位為天文單位
用身體類比太陽(yáng)系行星的位置
更進(jìn)一步,，我們可以用自己的身體類比行星的位置,。把手臂張開(kāi)伸平，用右手中指的指尖代表太陽(yáng)的位置,，左為太陽(yáng)系的起點(diǎn),，如果用中指第一個(gè)指關(guān)節(jié)代表水星的位置，那么金星差不多就正好在第二個(gè)指關(guān)節(jié)處,，地球在中指指根處,。整個(gè)中指的長(zhǎng)度就代表了一個(gè)天文單位。按照這個(gè)比例,，對(duì)照一下表格,，我們發(fā)現(xiàn)火星正好位于手掌心，木星在肘窩,，土星在喉嚨,，天王星差不多在左手指尖。再伸長(zhǎng)一個(gè)胳膊的距離,，就是海王星,，這張圖里沒(méi)有畫(huà)出。如果我們把左胳膊下垂,，那么從指尖到腳底的距離差不多正好等于胳膊的長(zhǎng)度,，這時(shí)海王星差不多就在腳掌處。
行星之間差別極大,。最大的是木星,，它的直徑是最小的水星的30多倍。水星,、金星,、地球,、火星相對(duì)較小，都是巖質(zhì)行星,，稱為類地行星,。木星、土星,、天王星,、海王星都比較大，屬于氣態(tài)巨行星,，也稱為類木行星,。
(相關(guān)鏈接:宜居帶)
特別值得一提的是我們地球所處的位置。如圖所示,，圖中橫坐標(biāo)是行星的位置,，越往右距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，溫度也就越低,?？v坐標(biāo)是中央恒星的大小，太陽(yáng)為1,。圖中這條藍(lán)色的曲線,，稱為“宜居帶”，也就是恒星周?chē)軌虮３忠簯B(tài)水存在的區(qū)域,。
圖中的太陽(yáng)和8顆行星,，只有我們地球位于太陽(yáng)的宜居帶里，溫度不冷不熱,。金星更近,，接收到的太陽(yáng)熱量是地球的1.9倍。加上它的大氣濃密而且充滿了溫室氣體,，平均溫度竟然高達(dá)460度,！火星比地球遠(yuǎn)50%，接收到的太陽(yáng)熱量只有地球的43％,，表面平均溫度大約只有-20攝氏度,。整個(gè)太陽(yáng)系中只有地球的表面可以維持液態(tài)水的存在，讓生命的誕生和棲息成為可能,。這也是我們地球最得天獨(dú)厚之處,。
表2列出了行星的尺寸，取整后的大概數(shù)也是很容易記憶的
用手掌類比行星的大小,。如果以大拇指指甲蓋表示地球的大小,，水星差不多只有小拇指指甲蓋的一半
巧合的是，我們身體和手掌也幾乎可以分毫不差地來(lái)類比行星的相對(duì)大小,。
用大拇指指甲蓋代表地球和金星的大小,，那么火星的大小就和小拇指指甲蓋相當(dāng)，略小一點(diǎn)兒,。水星的大小只有小拇指指甲蓋的一半,。天王星與海王星的直徑，大概等于中指的長(zhǎng)度,。土星的直徑大約為1手掌長(zhǎng),，木星和它相當(dāng)，只略大一點(diǎn)兒,。太陽(yáng)的直徑是地球的110倍,，按照這個(gè)比例，它差不多與我們的身高相當(dāng),。
根據(jù)這個(gè)類比,，大家可以很容易地發(fā)現(xiàn)，地球比木星的大紅斑還小,，也不如稍微大一點(diǎn)兒的太陽(yáng)黑子大,。
行星的質(zhì)量順序，基本上和大小順序相同,。個(gè)頭越大的,，質(zhì)量也越大。只有天王星和海王星有點(diǎn)例外,，不過(guò)這倆差別很小,，大小和質(zhì)量基本上都一樣。個(gè)頭最大的木星質(zhì)量也最大,，而且是碾壓其他行星,，它是另外7顆行星總質(zhì)量的兩倍還多。所以人們常稱它為“行星之王”,。
已確認(rèn)的5顆矮行星中,，鳥(niǎo)神星、妊神星,、鬩神星,、冥王星都位于柯伊伯帶，只有谷神星位于小行星帶,。左邊4顆是尚未完全確定大小和尺寸的矮行星候選體
“郊區(qū)”冰世界：矮行星與柯伊伯帶
介紹完行星的基本情況,，我們接著來(lái)看看矮行星。
矮行星的定義有3條,，前面兩條和行星一樣：也是圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),，質(zhì)量足夠大而呈近似的球形，但是第三點(diǎn)不同,，它不像行星那樣獨(dú)占軌道,，而是在公轉(zhuǎn)軌道范圍內(nèi)有和它大小相當(dāng)?shù)泥従?。矮行星最著名的代表，就是冥王星?/span>
它們的特點(diǎn),，首先是質(zhì)量比行星小,，差距有幾十倍到幾百倍；其次是位置遠(yuǎn),，矮行星的軌道在海王星之外,，屬于太陽(yáng)系的“郊區(qū)”了；第三,，它們的成分和行星不同,，既不是巖石也不是氣態(tài)，它們是冰質(zhì)天體,，主要成分為水冰,、二氧化碳冰、一氧化碳冰,、甲烷冰以及硅酸鹽等,。它們的密度比巖質(zhì)行星小,，比氣態(tài)行星略大一些,。
柯伊伯帶示意圖,。這是以一位名叫柯伊伯的天文學(xué)家的名字命名的，他曾在1951年推測(cè)存在這樣的區(qū)域
小行星帶和特洛伊型小行星的位置示意圖,。按照本文介紹的行星距離類比法,，它的范圍差不多從手腕到再往外一個(gè)中指的距離處
因?yàn)樗鼈兙嚯x太遠(yuǎn)，很難觀測(cè),，目前為止,，人們確認(rèn)的矮行星只有5顆。就是圖片中間的4顆,，再加上谷神星,。谷神星位于小行星帶，是一顆小行星,，不過(guò)它的冰物質(zhì)含量比一般的小行星高不少,。它也滿足矮行星的定義，按照定義屬于矮行星,。
順便說(shuō)一句,，矮行星這個(gè)定義是2006年將冥王星降級(jí)時(shí)提出的，到現(xiàn)在還有些爭(zhēng)議,，有天文學(xué)家認(rèn)為定義的第三條比較含糊,。隨著研究的深入，今后說(shuō)不定還會(huì)修正或補(bǔ)充,。
矮行星的聚集地,，主要是30個(gè)天文單位以外一個(gè)名叫“柯伊伯帶”的地方,。柯伊伯帶的形狀像一個(gè)以太陽(yáng)為中心的甜甜圈,，包括的范圍主要是離太陽(yáng)30AU?50AU之間,，也有一部分延伸至上千個(gè)天文單位。
柯伊伯帶里的天體,，主要有兩類：一是矮行星與類冥天體（即和冥王星類似的矮行星）,，雖然現(xiàn)在只確認(rèn)了5顆矮行星,，不過(guò)天文學(xué)家估計(jì),，這里的矮行星數(shù)目可能高達(dá)上萬(wàn)顆。二是冰質(zhì)的太陽(yáng)系小天體,，它們質(zhì)量更小,，也不再是球形，已發(fā)現(xiàn)近2000個(gè),。天文學(xué)家粗略估計(jì)直徑大于100公里的這類天體可能超過(guò)35000個(gè),。
太陽(yáng)系小天體：太陽(yáng)系里的“邊角料”
太陽(yáng)系“全家福”,。從內(nèi)往外,，依次是行星、柯伊伯帶（矮行星和冰物質(zhì)聚集地）,、奧爾特云（彗星“倉(cāng)庫(kù)”）,。天體的個(gè)頭從大到小，但是數(shù)量則是從少到多,。行星只有8顆,，矮行星可能有成千上萬(wàn)顆，彗星則可能有幾萬(wàn)億顆
第三類天體：太陽(yáng)系小天體,，主要包括小行星,、彗星、流星體,、星際塵埃等等,。它們有幾個(gè)共同的特點(diǎn)。
1.個(gè)頭小,。以小行星為例,，已發(fā)現(xiàn)的100多萬(wàn)顆小行星里，只有15顆直徑超過(guò)300公里,。質(zhì)量最大的也不超過(guò)地球質(zhì)量的萬(wàn)分之一,。
2.資格老。小行星,、彗星等等,，它們都是太陽(yáng)系形成早期殘留下來(lái)的“邊角料”,，它們的大部分同類都形成了行星、矮行星,，而它們幸存了下來(lái),。所以它們的形成還早在行星形成之前，是太陽(yáng)系里的老資格,。
3.數(shù)量多,。這些太陽(yáng)系小碎片的數(shù)量十分驚人。小行星已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了100多萬(wàn)顆,，而彗星據(jù)估計(jì)可能多達(dá)上萬(wàn)億顆,，太陽(yáng)風(fēng)粒子、星際塵埃那就更加不計(jì)其數(shù)了,。從數(shù)量上看,，它們絕對(duì)是太陽(yáng)系里的主角。不過(guò)就算把它們的總質(zhì)量全部加起來(lái),，也還不如土星這一顆行星大,。所以它們數(shù)量雖然多，但也只能唱唱配角,。
幾乎所有的小行星都位于火星與木星軌道之間的一片區(qū)域,，稱為“小行星帶”。小行星帶距離太陽(yáng)2.1AU?3.3AU,。其中充滿沒(méi)有能凝聚成為一顆真正行星的原始巖石,，人們?cè)谶@里已發(fā)現(xiàn)了100多萬(wàn)顆小行星。不過(guò)小行星帶里所有碎石頭的總質(zhì)量加起來(lái),，也還比月球質(zhì)量小得多,。從現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)，它們的總質(zhì)量可能只有月球的百分之幾,。
另外,，在木星軌道上也發(fā)現(xiàn)了上千顆小行星，稱為“特洛伊型小行星”,。它們聚集在木星的前面和后面,，分別與木星、太陽(yáng)形成一個(gè)近似的等邊三角形,。在天體力學(xué)上,，這樣的軌道能恰好在太陽(yáng)和木星的引力之間保持穩(wěn)定，所以這些小行星能長(zhǎng)期存在,，沒(méi)有被木星的引力吸引過(guò)去,。最早在這里發(fā)現(xiàn)的一顆小行星是以《荷馬史詩(shī)》里特洛伊戰(zhàn)爭(zhēng)的英雄名字命名。隨著發(fā)現(xiàn)得越來(lái)越多，人們就把它們統(tǒng)稱為特洛伊型小行星,。特洛伊型小行星的數(shù)量遠(yuǎn)沒(méi)有主帶小行星多,，目前只發(fā)現(xiàn)了上千顆。
邊陲上的“彗星倉(cāng)庫(kù)”
奧爾特云
從柯伊伯帶再往外推幾千倍的距離,，就來(lái)到了太陽(yáng)系的邊疆,。而且和我們的想象相反，這里并不是空無(wú)一物,，而是聚集了數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的彗星,。這些彗星物質(zhì)組成了一個(gè)龐大的球形暈，稱為“奧爾特云”,。1950年,，荷蘭天文學(xué)家?jiàn)W爾特正是從對(duì)彗星的研究，提出了太陽(yáng)系的邊疆地區(qū)存在這樣的“彗星倉(cāng)庫(kù)”,，后來(lái)就被叫做奧爾特云,。
奧爾特云距離太陽(yáng)20000AU-100000AU,，主要部分在44000AU處,，最遠(yuǎn)處可以延伸到比鄰星的一半距離。這里的太陽(yáng)引力已十分微弱,，這里的冰質(zhì)小天體很容易受到過(guò)路恒星的引力或銀河系施加的潮汐力影響,，或飛向內(nèi)太陽(yáng)系，或飛出太陽(yáng)系,。飛向內(nèi)太陽(yáng)系的,，就成為了彗星。
奧爾特云的彗星數(shù)目多達(dá)幾萬(wàn)億顆,，總質(zhì)量約為40倍地球質(zhì)量,。但是因?yàn)檎紦?jù)的空間大，這里是極其稀薄的,。如果我們抓起一把沙子扔在教室里,，那么它們已經(jīng)比奧爾特云稠密得多了！另外,，由于太過(guò)遙遠(yuǎn),，我們并不能直接看到這里的天體。只有當(dāng)它們闖進(jìn)了內(nèi)太陽(yáng)系成為彗星時(shí),，才可能被我們看見(jiàn),。
