太陽系有邊界嗎?邊界在哪里?這是很重要且不易回答的問題,需要依據(jù)觀測事實來確定。
在1543 年哥白尼發(fā)表《天體運行論》并提出日心說而開始形成太陽系的概念時,土星是已知的最遠行星,它距離太陽約 9.6 AU。隨著天王星、海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn),人類認識到的太陽系范圍更大了,至少在約40 AU之外。1950年,奧爾特從彗星軌道的統(tǒng)計研究,推斷在距離太陽3 萬至10 萬AU之處,存在球殼狀的彗星儲庫—奧爾特云。1951年,柯伊伯提出在海王星軌道外,距離太陽30至50 AU之處,存在有彗星的環(huán)帶—柯伊伯帶。近年來,發(fā)現(xiàn)了很多柯伊伯帶的天體。鄰近恒星的以及銀河系的引力場也會限定太陽的引力范圍。近30多年來,旅行者1號和2號等飛船也得到太陽系外部一些重要的探測資料?,F(xiàn)在可以從幾方面來初步描繪太陽系的范圍了。
離太陽最近的一顆恒星是比鄰星。它是半人馬座α 三合星的第三顆星,也稱為半人馬座α 星C。它距離太陽4.22 光年(約27 萬AU),質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的八分之一,因而太陽比它的引力范圍大,估計太陽的最大引力范圍約23萬AU,這比奧爾特云的外界范圍大。迄今缺乏太陽系最外區(qū)甚至奧爾特云的實際觀測資料,太陽對此區(qū)的引力已相當弱,恒星際介質(zhì)、銀河系的引力場和磁場可能起相當重要的作用。
在恒星際介質(zhì)中,從太陽吹出的太陽風粒子流被限定的區(qū)域,稱為“日球?qū)印被颉疤栵L層”。在日球?qū)禹攦?nèi)有終端激波,是太陽風的粒子從超音速降低到亞音速的區(qū)域。在日球?qū)禹斨?,星際介質(zhì)和日球?qū)禹數(shù)慕换プ饔迷谔柷斑M方向的前方產(chǎn)生弓形激波。因為星際介質(zhì)和日球?qū)禹斶吘壸饔?,在弓形激波和日球?qū)禹斨g形成的炙熱氫氣組成“氫墻”。旅行者1號和2號飛船在2005年5月24日和2006年5月23日先后抵達了終端激波,并飛往日球?qū)禹敗?/p>
2008年10月19日,美國宇航局發(fā)射了“星際邊界探測器( IBEX)”。它的軌道位于地月之間六分之五處。它載有用于觀測太陽系邊界的兩架“望遠鏡”,用來搜集高能中性原子(ENA)。當太陽風中的離子和星際介質(zhì)中的中性原子相互作用的時候,就會發(fā)生電荷交換,由此產(chǎn)生的高能中性原子也會向各個方向運動,它們的軌跡也就不再受到磁場的影響。其中一些高能中性原子會恰好朝著星際邊界探測器運動并且被探測到,通過測定它們來自的方向、到達的時間、粒子的質(zhì)量及能量,可以繪制出一張全天的高能中性原子分布圖。先前的兩
個“旅行者”號探測器只能探測星際邊界上的某個局部區(qū)域。但星際邊界探測器探測到的初步結(jié)果大大地出乎意料,發(fā)現(xiàn)了原先不為人知的驚人結(jié)構(gòu)—在兩個“旅
行者”探測器之間存在一個蛇形的高能中性原子聚集帶。對這一聚集帶的詳細研究顯示,在太陽系邊界的某些局部地區(qū),離子的密度出現(xiàn)了大幅度的升高。目前還不知該如何解釋這一現(xiàn)象,說明我們原先對太陽系邊界的認識還不足。
2003年發(fā)現(xiàn)的塞德娜(Sedna)是直徑為498千米的類冥天體,其軌道半長徑為518.57 AU,近日距為76 AU,遠日距為928 AU,公轉(zhuǎn)周期為12 050年,屬內(nèi)奧爾特云的。同屬于這族群的還有(87269) 2000 OO67,其近日距為21 AU,遠日距為1 000 AU,公轉(zhuǎn)周期為12 705年。
2010年發(fā)現(xiàn)的2010 KZ 39和2010 VZ 98的軌道半長徑分別為164 AU和134 AU。2012年發(fā)現(xiàn)的2012 VP 113比塞德娜還遠,也是內(nèi)奧爾特云的。天文學家相信,未來還會發(fā)現(xiàn)很多更遠的甚至更大的太陽系成員。