我们所了解的太阳系

　　摘要：1957 年苏联发射第一颗人造卫星，太空时代拉开序幕。此后人们发射了许多无人探测器造访太阳系的各类天体，并且在观测和理论上取得了长足的进步。今天的我们是很幸运的，普通人对太阳系的了解，可能比 60 年前的任何一位科学家都多。当然，我们知道的也还远远不够。
　　关键词： 天体 太阳系 宇宙 日月行星
　　太阳系是我们的家园，也是我们探索宇宙的第一站。在认识宇宙的漫长历程中，从史前人类到2000多年前的古希腊先哲，再到17世纪的开普勒、牛顿等科学巨匠，我们对宇宙的几乎所有探索都集中在太阳系的日月行星等天体上。直到18世纪早期，人们才真正开始关注太阳系以外的诸如恒星等天体。可以说，探索太阳系独占了人类文明史95%以上的时间！并且这种探索直到今天仍在继续。
　　特别值得一提的是，1957年苏联发射第一颗人造卫星，太空时代拉开序幕。此后人们发射了许多无人探测器造访太阳系的各类天体，并且在观测和理论上取得了长足的进步。今天的我们是很幸运的，普通人对太阳系的了解，可能比60年前的任何一位科学家都多。当然，我们知道的也还远远不够。
　　太阳系的成员
　　现在我们知道，太阳系由太阳和许多较小的天体组成。太阳是太阳系的绝对主宰，它的质量占整个太阳系的99.8%以上。其他那些天体，根据物理性质和轨道特征，被天文学家分成了三类：
　　第一类是行星，例如大家都知道的金星、土星等，行星系统往往还包括它们的卫星、光环等。第二类是矮行星，例如我们熟知的冥王星，有的矮行星系统也有卫星、光环等。第三类是太阳系小天体，包括小行星、彗星、流星体以及各种太阳风粒子、尘埃等等。
　　这三类天体最大的不同体现在质量上。行星的质量至少是矮行星的几十倍以上，例如最小的行星水星，质量是最大的矮行星冥王星的25倍，地球质量则是冥王星的400多倍。像木卫三、月球这样的大卫星，质量也是矮行星的好几倍。
　　矮行星的质量至少是太阳系小天体的几倍以上。例如灶神星是已知最大的太阳系小天体，而它的质量只有矮行星冥王星的1/50。
　　这种大小的比较，能告诉我们一些关于这些天体形成的信息。
　　行星：太阳系里的＂大佬＂
　　行星可以说是太阳系里的大佬。根据理论研究与观测实际，天文学家给行星下了一个定义，它需要满足以下3个条件：
　　1. 围绕太阳公转。这一点太阳系绝大多数天体都满足。
　　2. 形状是球形。而且是因为质量足够大而使得自身成为球形，像鹅卵石、玻璃球这样的小物体，是外力把它们塑造成了球形，而不是由于自身引力够大而形成的球形，这些物体不满足这一条。而像地球这么大的行星，就算把它劈成两半，这两块仍然会各自成为一个球形，就是因为它们的质量仍然足够大。
　　3. 独占轨道。即已经清除了其轨道上不围绕它运行的其他天体。这是行星与矮行星的重要区别。
　　按照这三条，太阳系只有8颗行星,离太阳由近及远依次为：水星，金星，地球，火星，木星，土星，天王星，海王星。它们到太阳的距离可参考表1，其中的距离为天文单位。为便于记忆，表中第三行给出了取整后的大约数。
　　更进一步，我们可以用自己的身体类比行星的位置。把手臂张开伸平，用右手中指的指尖代表太阳的位置，左为太阳系的起点，如果用中指第一个指关节代表水星的位置，那么金星差不多就正好在第二个指关节处，地球在中指指根处。整个中指的长度就代表了一个天文单位。按照这个比例，对照一下表格，我们发现火星正好位于手掌心，木星在肘窝，土星在喉咙，天王星差不多在左手指尖。再伸长一个胳膊的距离，就是海王星，这张图里没有画出。如果我们把左胳膊下垂，那么从指尖到脚底的距离差不多正好等于胳膊的长度，这时海王星差不多就在脚掌处。
　　行星之间差别极大。最大的是木星，它的直径是最小的水星的30多倍。水星、金星、地球、火星相对较小，都是岩质行星，称为类地行星。木星、土星、天王星、海王星都比较大，属于气态巨行星，也称为类木行星。
　　巧合的是，我们身体和手掌也几乎可以分毫不差地来类比行星的相对大小。
　　用大拇指指甲盖代表地球和金星的大小，那么火星的大小就和小拇指指甲盖相当，略小一点儿。水星的大小只有小拇指指甲盖的一半。天王星与海王星的直径，大概等于中指的长度。土星的直径大约为1手掌长，木星和它相当，只略大一点儿。太阳的直径是地球的110倍，按照这个比例，它差不多与我们的身高相当。根据这个类比，大家可以很容易地发现，地球比木星的大红斑还小，也不如稍微大一点儿的太阳黑子大。行星的质量顺序，基本上和大小顺序相同。个头越大的，质量也越大。只有天王星和海王星有点例外，不过这俩差别很小，大小和质量基本上都一样。个头最大的木星质量也最大，而且是碾压其他行星，它是另外7颗行星总质量的两倍还多。所以人们常称它为＂行星之王＂。
　　＂郊区＂冰世界：矮行星与柯伊伯带
　　介绍完行星的基本情况，我们接着来看看矮行星。
　　矮行星的定义有3条，前面两条和行星一样：也是围绕太阳公转，质量足够大而呈近似的球形，但是第三点不同，它不像行星那样独占轨道，而是在公转轨道范围内有和它大小相当的邻居。矮行星最著名的代表，就是冥王星。
　　它们的特点，首先是质量比行星小，差距有几十倍到几百倍；其次是位置远，矮行星的轨道在海王星之外，属于太阳系的＂郊区＂了；第三，它们的成分和行星不同，既不是岩石也不是气态，它们是冰质天体，主要成分为水冰、二氧化碳冰、一氧化碳冰、甲烷冰以及硅酸盐等。它们的密度比岩质行星小，比气态行星略大一些。
　　因为它们距离太远，很难观测，目前为止，人们确认的矮行星只有5颗。就是图片中间的4颗，再加上谷神星。谷神星位于小行星带，是一颗小行星，不过它的冰物质含量比一般的小行星高不少。它也满足矮行星的定义，按照定义属于矮行星。
　　顺便说一句，矮行星这个定义是2006年将冥王星降级时提出的，到现在还有些争议，有天文学家认为定义的第三条比较含糊。随着研究的深入，今后说不定还会修正或补充。
　　矮行星的聚集地，主要是30个天文单位以外一个名叫＂柯伊伯带＂的地方。柯伊伯带的形状像一个以太阳为中心的甜甜圈，包括的范围主要是离太阳30 AU〜50AU之间，也有一部分延伸至上千个天文单位。
　　柯伊伯带里的天体，主要有两类：一是矮行星与类冥天体（即和冥王星类似的矮行星），虽然现在只确认了5颗矮行星，不过天文学家估计，这里的矮行星数目可能高达上万颗。二是冰质的太阳系小天体，它们质量更小，也不再是球形，已发现近2000个。天文学家粗略估计直径大于100公里的这类天体可能超过35000个。
　　太阳系小天体：太阳系里的＂边角料＂
　　第三类天体：太阳系小天体，主要包括小行星、彗星、流星体、星际尘埃等等。它们有几个共同的特点。1.个头小。以小行星为例，已发现的100多万颗小行星里，只有15颗直径超过300公里。质量最大的也不超过地球质量的万分之一。2.资格老。小行星、彗星等等，它们都是太阳系形成早期残留下来的＂边角料＂，它们的大部分同类都形成了行星、矮行星，而它们幸存了下来。所以它们的形成还早在行星形成之前，是太阳系里的老资格。3.数量多。这些太阳系小碎片的数量十分惊人。小行星已经发现了100多万颗，而彗星据估计可能多达上万亿颗，太阳风粒子、星际尘埃那就更加不计其数了。从数量上看，它们绝对是太阳系里的主角。不过就算把它们的总质量全部加起来，也还不如土星这一颗行星大。所以它们数量虽然多，但也只能唱唱配角。
　　几乎所有的小行星都位于火星与木星轨道之间的一片区域，称为＂小行星带＂。小行星带距离太阳2.1AU〜3.3AU。其中充满没有能凝聚成为一颗真正行星的原始岩石，人们在这里已发现了100多万颗小行星。不过小行星带里所有碎石头的总质量加起来，也还比月球质量小得多。从现有观测数据估计，它们的总质量可能只有月球的百分之几。
　　另外，在木星轨道上也发现了上千颗小行星，称为＂特洛伊型小行星＂。它们聚集在木星的前面和后面，分别与木星、太阳形成一个近似的等边三角形。在天体力学上，这样的轨道能恰好在太阳和木星的引力之间保持稳定，所以这些小行星能长期存在，没有被木星的引力吸引过去。最早在这里发现的一颗小行星是以《荷马史诗》里特洛伊战争的英雄名字命名。随着发现得越来越多，人们就把它们统称为特洛伊型小行星。特洛伊型小行星的数量远没有主带小行星多，目前只发现了上千颗。
　　边陲上的＂彗星仓库＂：奥尔特云
　　从柯伊伯带再往外推几千倍的距离，就来到了太阳系的边疆。而且和我们的想象相反，这里并不是空无一物，而是聚集了数以亿万计的彗星。这些彗星物质组成了一个庞大的球形晕，称为＂奥尔特云＂。1950年，荷兰天文学家奥尔特正是从对彗星的研究，提出了太阳系的边疆地区存在这样的＂彗星仓库＂，后来就被叫做奥尔特云。
　　奥尔特云距离太阳20000AU〜100 000 AU，主要部分在44 000 AU处，最远处可以延伸到比邻星的一半距离。这里的太阳引力已十分微弱，这里的冰质小天体很容易受到过路恒星的引力或银河系施加的潮汐力影响，或飞向内太阳系，或飞出太阳系。飞向内太阳系的，就成为了彗星。
　　奥尔特云的彗星数目多达几万亿颗，总质量约为40倍地球质量。但是因为占据的空间大，这里是极其稀薄的。如果我们抓起一把沙子扔在教室里，那么它们已经比奥尔特云稠密得多了！另外，由于太过遥远，我们并不能直接看到这里的天体。只有当它们闯进了内太阳系成为彗星时，才可能被我们看见。