太陽系的邊界到底有多遠(yuǎn)？

太陽是太陽系的主宰，太陽勢(shì)力范圍的邊界在哪？這個(gè)問題在不同的時(shí)代有不同的回答。在伽利略、開普勒時(shí)期人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到肉眼可見的五大行星金木水火土以及地球這6顆星球是繞著太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，最外圈土星的位置就成了太陽系的邊界。開普勒最初還將6顆行星及5種正多面體結(jié)合起來，6顆行星的圓軌道所在的球面和5種正多面體內(nèi)切、外接，正好構(gòu)成一幅美妙的畫面。正多面體只有5種，太陽系的行星自然被認(rèn)為到土星就截止了。

1781年，赫歇爾在望遠(yuǎn)鏡的幫助下發(fā)現(xiàn)了天王星，之后拉普拉斯確認(rèn)了這是一顆繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的行星，太陽系的半徑一下擴(kuò)大到原來的二倍。天王星的發(fā)現(xiàn)激起了探測太陽系未知行星的一個(gè)高潮，有人依靠望遠(yuǎn)鏡，有人依靠牛頓的引力理論。那段時(shí)間里火星和木星間的一些小行星被不斷地發(fā)現(xiàn)，人們期望的第八大行星還是八字沒有一撇。

1846年，一個(gè)振奮人心的消息傳來，德國天文學(xué)家伽勒在勒維耶預(yù)言的位置發(fā)現(xiàn)了太陽系的第八大行星海王星，太陽系的版圖進(jìn)一步向外擴(kuò)張。太陽系第七大行星天王星的軌跡與牛頓理論計(jì)算出的結(jié)果有較大偏差，勒維耶等人相信那是天王星之外行星引力造成的影響，并根據(jù)牛頓理論預(yù)言出第八大行星海王星的位置。海王星的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了巨大的轟動(dòng)，人類居然能夠知道一顆未知行星的軌道。根據(jù)理論去發(fā)現(xiàn)更遠(yuǎn)位置的行星又活躍了起來。可是在之后的幾十年里一直沒有進(jìn)展，直到1930年湯博發(fā)現(xiàn)了冥王星，興奮之下這顆比月球還要小很多的星球被推到了第九大行星的位置，很多人還要進(jìn)一步探尋第十大行星。

按照廣為接受的理論，太陽是由一大團(tuán)星云物質(zhì)在萬有引力作用下聚集在一起形成的。由于太陽風(fēng)能夠?qū)⒁恍┹^輕的元素吹走，故在靠近太陽的區(qū)域可留下一些相對(duì)較重的元素，這些元素聚集在一起會(huì)形成地球、火星等的由巖石構(gòu)成的類地行星。在較遠(yuǎn)的區(qū)域會(huì)形成木星、土星這樣的由較輕元素構(gòu)成的類木行星。而到了更遠(yuǎn)的區(qū)域，由于星云物質(zhì)的分布已非常稀疏，故只能形成一些質(zhì)量比較小的天體。那些小天體可能是彗星，也可能是一些小行星。

近三十年來在海王星軌道以外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆小行星，其中有些小行星的個(gè)頭和冥王星相差不大，甚至有可能還要大，冥王星第九大行星的地位受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。在2006年第26屆國際天文學(xué)聯(lián)會(huì)通過決議，冥王星被降級(jí)為矮行星。冥王星雖被降級(jí)，但它所在的海王星軌道之外那片富產(chǎn)小天體的柯伊伯帶被越來越多的人所熟知，冥王星就是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體。除此之外一些周期在一二百年左右的彗星，它們的遠(yuǎn)日點(diǎn)就是柯伊伯帶。彗星每經(jīng)過一次太陽就會(huì)被太陽風(fēng)吹走一些物質(zhì)，短周期彗星難逃蒸發(fā)或墜入太陽、行星的命運(yùn)，可是太陽已誕生五十億年，至今仍有很多短周期彗星在太陽系運(yùn)行。唯一的解釋就是這些誕生在柯伊伯帶的短周期彗星容易受周圍其他天體的引力影響，使得軌道發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而成為一顆軌道偏心率比較大的彗星。

柯伊伯帶的存在已經(jīng)得到天文觀測的證實(shí)，一般認(rèn)為其到太陽的最遠(yuǎn)位置能夠延伸到日地距離的55倍左右。人類的一些探測器已經(jīng)飛到了距離太陽200億千米之外，NASA在2011年曾宣布旅行者1號(hào)已飛出太陽系。然而太陽系的邊界并非在此。

說旅行者1號(hào)飛出了太陽系，是從另一個(gè)角度定義太陽系大小的。太陽不斷地向外吹出太陽風(fēng)，距離太陽越遠(yuǎn)太陽風(fēng)會(huì)變得越弱。宇宙中存在星際物質(zhì)，在太陽風(fēng)比較強(qiáng)的區(qū)域星際物質(zhì)阻擋不住太陽風(fēng)，而到了遠(yuǎn)離太陽的位置，太陽風(fēng)就會(huì)因星際物質(zhì)的存在而停滯。太陽風(fēng)停滯的位置就是太陽風(fēng)層頂。在對(duì)太陽系的邊界認(rèn)識(shí)不是很足的情況下，太陽風(fēng)層頂被認(rèn)為是太陽系的邊界，其最遠(yuǎn)距離太陽為120個(gè)日地距離，大約是180億千米。

然而太陽的勢(shì)力范圍絕非如此。人類觀測到周期長達(dá)數(shù)百萬年的長周期彗星，這些彗星的遠(yuǎn)日點(diǎn)甚至能夠在2光年以外。這些彗星起源自哪里？天文學(xué)家奧爾特給出了奧爾特云的解釋。

奧爾特認(rèn)為，太陽系的演化過程中，一些物質(zhì)在外行星的引力作用下被甩到太陽系較遠(yuǎn)的區(qū)域，從而形成奧爾特云。奧爾特云中的小天體受到銀河系其他天體的引力作用很容易偏離原來的軌道而到達(dá)靠近太陽的位置，這樣就形成了一顆長周期彗星。

奧爾特云能夠解釋長周期彗星，也得到了很多人的認(rèn)同，然而對(duì)它的認(rèn)識(shí)目前還主要停留在理論階段。根據(jù)目前的理論分析，奧爾特云的邊界能夠在距離太陽2光年以外，超過了太陽到比鄰星距離的一半。盡管奧爾特云的范圍很廣，但總質(zhì)量可能只有地球質(zhì)量的幾十倍甚至幾倍。2003年發(fā)現(xiàn)的塞德娜小行星的遠(yuǎn)日點(diǎn)是日地距離的900多倍，它可能就是奧爾特云內(nèi)的一顆比較大的天體。

如果到了奧爾特云邊界以外，銀河系的引力潮汐及附近其他恒星的引力就會(huì)超過太陽的引力。那樣的位置目前看不屬于太陽的勢(shì)力范圍，故不屬于太陽系。奧爾特云的存在如果能夠通過天文觀測得到有力證實(shí)，奧爾特云的邊界就是太陽系的邊界。