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太陽系的邊界:奧爾特云

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online_admin 發表于 2015-1-1 23:44:59 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
從遠古時期就已知道的金、木、 水、 火、 土五大行星, 以及腳下的地球,到近代的天王星、海王星,再到現代的柯伊伯帶及離散盤。人類認識的太陽系疆界在過去兩百多年的時間里在線度上擴大了十倍左右。


那么,離散盤是否就是太陽系的疆界呢?答案是否定的。
    太陽系里的彗星按軌道周期的長短可以分為兩類, 其中短周期彗星大都來自柯伊伯帶。 那么, 長周期彗星又來自何方呢?



    1950年,荷蘭天文學家奧爾特 (Jan Oort) 對長周期彗星進行了研究。 他發現, 很多長周期彗星的遠日點位于距太陽 50,000-150,000 天文單位 (約合 0.8-2.4 光年) 的區域內,由此他提出了一個假設,即在那里存在一個長周期彗星的大本營。這一假設與將柯伊伯帶視為短周期彗星補充基地的假設有著異曲同工之妙 (但時間上更早)。那個遙遠的長周期彗星大本營后來被人們用奧爾特的名字命名為奧爾特云 (Oort Cloud)[注六]。由于長周期彗星幾乎來自各個方向,因此奧爾特云被認為大體上是球對稱的。后來的研究者進一步將奧爾特云分為兩部分: 距太陽 20,000 天文單位以內的部分被稱為內奧爾特云, 它呈圓環形分布; 距太陽 20,000 天文單位以外的部分被稱為外奧爾特云,它才是球對稱的。距估計, 奧爾特云中約有幾萬億顆直徑在一公里以上的彗星,其總質量約為地球質量的幾倍到幾十倍。由于數量眾多,在一些科普示意圖中奧爾特云被畫得象一個真正的云團一樣,但事實上,奧爾特云中兩個相鄰小天體之間的平均距離約有幾千萬公里,是太陽系中天體分布最為稀疏的區域之一。




    在距太陽如此遙遠的地方為何會有這樣一個奧爾特云呢? 一些天文學家認為,與離散盤類似,奧爾特云最初是不存在的,如今構成奧爾特云的那些小天體最初與行星一樣, 形成于距太陽近得多的地方,后來是被外行星的引力作用甩了出去,才形成了奧爾特云。奧爾特云中的小天體由于距太陽極其遙遠,很容易受銀河系引力場的潮汐作用及附近恒星引力場的干擾,那些干擾會使得其中一部分小天體進入內太陽系,從而成為長周期彗星。
  






太陽系的邊界:奧爾特云31 / 作者:傷我心太深 / 帖子ID:19053,52238



                                    奧爾特云及太陽系結構示意圖   








太陽系的邊界:奧爾特云76 / 作者:傷我心太深 / 帖子ID:19053,52238             荷蘭天文學家奧爾特(1900 – 1992)



    奧爾特云距我們如此遙遠,而且包含的又大都是小天體,讀者們也許會以為除直接來自那里的長周期彗星外,我們不太可能觀測到任何屬于奧爾特云的天體。其實卻不然。這倒不是因為我們有能力觀測到幾千乃至幾萬天文單位之外的小天體,而是因為奧爾特云并不是一個界限分明的區域。少數奧爾特云天體的軌道離我們相當近,甚至能近到可被直接觀測到的程度。 2003 年,美國帕洛馬天文臺 (Palomar Observatory) 的天文學家布朗 (Michael Brown - 他也是創神星的發現者之一) 發現了一個臨時編號為 2003VB12 (正式編號為 90377) 的海外天體,它的軌道遠日點距離約為 976 天文單位,近日點距離也有 76 天文單位。 這個天體的塊頭很大 (否則就不會被發現了), 直徑約有 1500 公里,曾一度被當成第十大行星的候選者 (當時鬩神星尚未被發現)。天文學家們給它取了一個專門的名稱: 塞德娜 (Sedna - 因紐特神話中的海洋生物之神)。 一般認為,賽德娜是屬于內奧爾特云的天體[注七]。除賽德娜外,還有一個我們非常熟悉, 有些讀者甚至用肉眼都曾看到過的天體 - 哈雷彗星 - 也被認為是有可能來自奧爾特云的。哈雷彗星雖然是一顆短周期彗星,但很多天文學家認為,它是從奧爾特云進入巨行星的引力范圍后受后者的干擾才成為短周期彗星的。


    奧爾特云究竟有多大呢?今天的很多天文學家認為它的范圍延伸到距太陽約 50,000 天文單位的地方, 但也有人象奧爾特當年一樣, 認為它延伸得更遠,直到太陽引力控制范圍的最邊緣。 這一邊緣大約在距太陽 100,000-200,000 天文單位處, 在那之外,銀河系引力場的潮汐作用及附近恒星的引力作用將超過太陽的引力 (請讀者想一想,我們為什么在提到銀河系引力場時強調 “潮汐作用”,而在提到附近恒星的引力場時不強調這一點?)。如果那樣的話,奧爾特云的外邊緣應該就是太陽系的疆界了。




    不過,奧爾特云未必是太陽系疆界附近的唯一秘密。 1984 年, 美國芝加哥大學的古生物學家勞普 (David Raup) 和塞普考斯基 (Jack Sepkoski) 在對過去兩億五千萬年間地球上的大規模生物滅絕狀況進行研究后提出, 那種滅絕似乎平均每隔 2,600 萬年發生一次,而且有跡象表明其中至少有兩次似乎與大隕星撞擊地球的時間相吻合 (其中最著名的一次被認為是發生在距今約 6,500 萬年的白堊紀末期,導致包括恐龍在內的大量生物滅絕)。 同年,美國加州大學的物理學家馬勒 (Richard Muller) 等人提出了一個大膽的猜測,認為太陽有可能有一顆游弋在太陽系邊緣的伴星,這顆伴星是一顆褐矮星或紅矮星 (褐矮星的質量約在木星質量的 13-75 倍之間,紅矮星的質量約在木星質量的 75-500 倍之間),它距太陽最遠時約有1.4- 2.4 光年(感興趣的讀者請根據上下文提供的信息,計算一下它離太陽最近時的距離)。這顆伴星每隔 2,600萬年經過奧爾特云的一部分,在它的引力干擾下,大量的奧爾特云天體會脫離原先的軌道而進入內太陽系,其中個別天體會與地球相撞,從而造成大規模的生物滅絕。由于這顆伴星所起的可怕作用,它被稱為內梅西斯 (Nemesis),這是希臘神話中的復仇女神。如果太陽真的有這樣一顆伴星,并且它真的有人們所猜測的那種作用,那它無疑是太陽系疆界附近最可怕的天體。但即便如此,我們也不必害怕,因為按照那些科學家的說法,地球上最近一次大規模生物滅絕大約發生在距今五百萬年以前,那么下一次同類事件 - 如果有的話 - 就該是兩千多萬年之后的事了。那時假如人類還存在,想必該有足夠的智慧來避免災難。
    人類探索太陽系疆界的事業卻遠未結束, 這樣的事業有一個美麗的名字叫科學, 她值得人們去做永生的探索。


    人們認為太陽外其他恒星也會有自己的奧爾特星云存在,又如果兩顆距離近的恒星,其奧爾特云會出現重疊,導致彗星走進另一恒星的太陽系內部。預計在1000萬年以內,最有可能攝動奧爾特云的恒星是Gliese 710。


    該恒星距離地球63光年,它引人注意的地方,是因為透過固有運動,朝著地球方向逐漸移近。根據Hipparcos衛星最新傳回的數據,它可能會于140萬年內進入與地球1.1光年(70,000天文單位)的范圍內。在最近距離時,現在裸視不可見的這顆暗星,將會成為可以和心宿二爭輝的0.6星等亮星。
  Gliese 710 不會和太陽相撞,但它的強大引力將攝動奧特云,使大量的彗星進入內太陽系,增加與地球發生撞擊的機會。
  有趣的是,在過去或未來的1000萬之間,對太陽系的攝動影響力排第二的恒星是大陵5,它是一個三連星系統,擁有太陽5.8倍的質量,在730萬年前,它距離太陽系不到9.8光年。



太陽系的邊界:


太陽系既沒有法定的邊界,也沒有一致公認的范圍。如果以離太陽最遠的冥王星軌道作為太陽系邊界,那么,邊界線離太陽約39.4天文單位,約合59億千米。格里格·梅利什彗星曾于1907年回歸,它的周期是164.3年。如果以它的軌道的遠日點作為太陽系的邊界,則半徑是58天文單位。奧爾特云的距離為3萬~10萬天文單位,也有定為15萬天文單位的。如果以奧爾特云為太陽系的終端,太陽系邊界也就可以定在這里。利用牛頓萬有引力定律,可以算得太陽系的穩定邊界在8萬~10萬天文單位處,超出這個范圍的天體和物質,太陽引力對它將不起作用。

太陽系的邊界:奧爾特云0 / 作者:傷我心太深 / 帖子ID:19053,52238






     美“旅行者”1號飛船揭示太陽系邊界新特征
    太陽系的邊界:奧爾特云11 / 作者:傷我心太深 / 帖子ID:19053,52238


即將飛出太陽系的美國“旅行者”1號飛船,已經發回了有關太陽系邊界的大量數據。科學家22日報告說,這些數據既證實“旅行者”1號已進入太陽系最邊遠的地帶,也揭示了太陽系邊界一些新特點。
1977年9月5日發射的“旅行者”1號飛船,現在已距地球140億公里,是飛得最遠的人造航天器。它在2004年12月16日左右探測到的一些跡象,使科學家們判斷它已首次穿越太陽系最外層的標志——激波邊界。
   根據“旅行者”1號這次穿越激波邊界時搜集的數據,科學家們在將于23日出版的新一期《科學》雜志上發表4篇文章,從不同角度分析了它在太陽系“遠郊”的所見所得。
   “旅行者”項目科學家、加州理工學院的愛德華·斯通等人指出,“旅行者”1號穿越激波邊界的最大收獲是更清楚地描述了激波邊界。激波邊界是太陽風在恒星間氣體壓力下減速的地帶,在這里本來以超音速運動的太陽風粒子驟然減速到亞音速,產生了激波。
    早先科學家曾推測激波邊界可能距太陽幾十個天文單位(1天文單位是太陽到地球的距離,約1.5億公里),甚至比一些外圍行星離太陽的距離還近,現在則認為它的位置會隨太陽風的強弱而不斷變化,可能距太陽90至100個天文單位。而“旅行者”穿越激波邊界時距太陽94個天文單位,證實了科學家們的后一推測。
    早先科學家還預測,在激波邊界處因為太陽風和恒星間氣體的相互作用,低能量粒子的比例會大幅度增加,而高能量粒子會加速運動。“旅行者”1號發回的數據則表明,激波邊界的低能量粒子確實大量增加了,但高能量粒子卻沒有加速,這被科學家稱為“最讓人驚訝的發現”。
    科學家們還在論文中指出,“旅行者”1號在2004年12月中旬左右探測到等離子體的振蕩,但是此后這一現象卻沒有再出現;在同一時間,這艘飛船還探測到其周圍的磁場突然增強,并一直延續到現在。這兩項證據都表明“旅行者”1號確實穿越了激波邊界。
   “旅行者”的使命是探測太陽系外圍和更遠的恒星系,并尋找可能的外星智慧生命線索。著名科學家卡爾·薩根等人讓它攜帶了“地球名片”,這是一個刻著各種幾何圖案的鍍金銅片,飛船上還有地球上各種聲音的記錄,讓可能存在的外星智慧生命知道地球生命。
    在穿越激波邊界后,“旅行者”1號現在已進入太陽系最遙遠的外圍——太陽風鞘,然后就要飛入太陽系外的宇宙。密歇根大學空間科學教授倫納德·菲斯克將“旅行者”1號比作19世紀尋找尼羅河源頭的探險家,“當我們來到一個未知之地,就有意料之外的新發現,這就是‘旅行者’最讓人激動的地方”
    目前在太空中走得最遠的人類文明“使者”——美國“旅行者1號”探測器,正在向太陽系邊界逼近。甚至有科學家認為,它一度可能已突破了太陽系與外部星際空間的第一道交界線。

  兩個美國研究小組5日在華盛頓美國宇航局總部舉行新聞發布會,就“旅行者1號”是否曾首次實現從太陽系突圍發表了不同看法。兩個小組的相關論文同時發表在6日正式出版的英國《自然》雜志上。

  太陽與其它恒星間并非虛空一片,而是充斥著氣體和塵埃組成的稀薄等離子體,天文學上稱作星際介質。由帶電粒子等組成的太陽風在向宇宙擴張的過程中會形成日光層。日光層猶如宇宙中的一個巨大氣泡,太陽和太陽系9大行星處于“氣泡”內,而“氣泡”又包含在星際介質中。這個“氣泡”與星際介質的交界區域被視為太陽系的邊界。

  早先研究認為,太陽系邊界實際上是多層次的。最里面的是所謂“終止激波”層,太陽風與星際介質會在該區域撞擊產生沖擊波,太陽風在撞擊后速度將由超音速急劇下降至亞音速。“終止激波”與太陽的距離據估計為85至120個天文單位,一個天文單位相當于地球到太陽的距離(約1.5億公里)。

  “終止激波”層是太陽系邊界開始的標志。美國約翰斯·霍普金斯大學的克里米吉斯說,他和同事們對“旅行者1號”上的低能帶電粒子探測器的數據進行分析發現,2002年8月該探測器與太陽距離達到85天文單位,在隨后6個多月內,其周圍的太陽風速度急劇下降,帶電粒子數量則大幅度上升,意味著“旅行者1號”在這段時間內可能穿過了“終止激波”層。分析還顯示,2003年初,“終止激波”層似乎又從太陽系向外運動,超到了“旅行者1號”前面,該探測器再次落入超音速太陽風中。克里米吉斯等推測,其中原因可能在于日光層會隨太陽活動周期的變化而相應地向外膨脹或向內收縮。

  但美國馬里蘭大學的麥克唐納博士領導的另一個小組得出了與克里米吉斯等人不同的結論。他們稱,對“旅行者1號”磁場觀測數據的分析顯示,該探測器沒有抵達過“終止激波”層。

  美國密歇根大學的菲斯克在同期《自然》上撰文評論說,上述兩項研究結論都不能說是確定的,“旅行者1號”未來發回的數據,將有助于回答它是否真的穿過了“終止激波”層。

  “旅行者1號”于1977年9月升空,多年來,與比它早些時候發射的“旅行者2號”聯合對太陽系外圍行星及其衛星展開了大量有價值的觀測。兩個探測器上都帶有鍍金唱盤,記載著地球人用55種語言對可能遭遇的外星文明發出的問候。1998年,“旅行者1號”超越“先驅者10號”,成為在宇宙中飛行得最遠的人類探測器。今年11月5日,“旅行者1號”與太陽之間的距離達到了90天文單位,或者說135億公里。

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沙發
online_member 發表于 2015-1-1 23:57:25 | 只看該作者
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板凳
online_member 發表于 2015-1-1 23:59:21 | 只看該作者
這個奧爾特云是不是就是某些人說的那個太陽系的罩?因為沒穿過這個星云所以他們覺得我們出不去太陽系?

點評

其實這個 奧爾良烤雞翅,我是第一次聽說。。。哈哈  發表于 2015-1-2 00:01
地板
online_moderator 發表于 2015-1-2 00:13:33 | 只看該作者
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5#
online_member 發表于 2015-1-2 22:45:41 | 只看該作者
最少現在人類還沒去過那地方
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