跟著世界上最大的太陽系模型來一次宇宙旅行。
太陽系是一個受太陽引力約束在一起，由若干行星、小行星和彗星等組成的運(yùn)動系統(tǒng)，包括太陽 (Sun ☉) 以及直接或間接圍繞太陽運(yùn)動的天體。太陽系內(nèi)肉眼可見的五顆行星 —— 水星 (Mercury)、金星 (Venus)、火星 (Mars)、木星 (Jupiter)和土星 (Saturn) 早在史前就已被人類發(fā)現(xiàn)。古希臘先哲亞里士多德 (Aristotle) 等基于當(dāng)時的天象觀測提出了“地心說”，希臘裔學(xué)者托勒密 (Claudius Ptolemaeus) 又將其發(fā)展完善，他設(shè)想所有天體以圓形軌道或圓軌的復(fù)合繞地球旋轉(zhuǎn)。公元二世紀(jì)時，“地心說”被體系化，后來成為中世紀(jì)歐洲正式的宇宙觀。
16世紀(jì)的波蘭天文學(xué)家哥白尼 (Nicolaus Copernicus)，試圖用“日心說”來取代“地心說”，盡管他依然沿用和相信托勒密圓形軌道之說。丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫 (Tycho Brahe) 是在（光學(xué)）望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前，用肉眼進(jìn)行行星和其它天象觀測的傳奇人物。年輕的德國天文學(xué)家開普勒 (Johannes Kepler) 從第谷的行星觀測數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)出了著名的“開普勒三大定律”，毫無疑義地支持了哥白尼的“日心說”。更為重要的是，他深刻意識到應(yīng)當(dāng)用橢圓軌道而不是圓軌道來描述若干已知行星環(huán)繞太陽的運(yùn)動，從而使得人類了解到地球自身也是繞太陽做橢圓軌道運(yùn)動的一顆行星。
1687年，牛頓 (Sir Isaac Newton) 的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（簡稱“《原理》”）拉丁文首版問世，基于開普勒三大定律，牛頓在書中以優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式提出了著名的萬有引力定律，并將其成功地應(yīng)用于若干已知行星的觀測數(shù)據(jù)上。他指出太陽系所有成員都圍繞整個系統(tǒng)的公共重心以橢圓軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，而這個重心必然處于質(zhì)量最大的太陽附近，因而第一次從物理學(xué)上完成了對“日心說”的理論升華，后來人類又基于牛頓的萬有引力理論以及難以解釋的已知行星軌道運(yùn)動的觀測數(shù)據(jù)偏差，陸續(xù)尋找并發(fā)現(xiàn)了天王星 (Uranus) 、海王星 (Neptune)、冥王星 (Pluto) 及其它天體。這是自然科學(xué)發(fā)展史上的偉大豐碑，同時建立了人類認(rèn)識自然規(guī)律的范式。
瑞典太陽系模型 | imgur.com (左)，SSS官網(wǎng) (右)
瑞典太陽系模型 (Sweden Solar System，縮寫SSS) 是世界上最大的永久性太陽系模型，這項令人耳目一新、腦洞大開的獨(dú)特設(shè)想，是1990年代由斯德哥爾摩大學(xué)等離子體物理學(xué)家Nils Brenning和天文學(xué)家G?sta Gahm在一次研討會上提出來的，1998年開始創(chuàng)建。在這個模型中，太陽系中主要天體的大小和它們之間的距離按照一比兩千萬的比例，分布在從南到北長達(dá)1400公里的瑞典國土上。迄今為止，該模型已包括了20多個行星、衛(wèi)星、小行星、矮行星、彗星等太陽系天體，每個天體模型都有一個托管機(jī)構(gòu)，并且在繼續(xù)增加擴(kuò)展中。
瑞典太陽系模型向大眾形象地展示了各個系內(nèi)天體與太陽的大小及距離之比，并將藝術(shù)、神話、科學(xué)以及瑞典各地的建筑和文化活動緊密聯(lián)系在一起。代表太陽的模型是當(dāng)今世界上最大的半球形建筑物，即位于瑞典首都斯德哥爾摩城南的Globen體育館，建于1989年，直徑110米，總體積60萬5千立方米。2021年5月19日，體育館以2018年離世的瑞典著名電子音樂人Tim Bergling的藝名，正式定名為Avicii Arena體育館。下圖上方是2009年聯(lián)合國國際天文年時，該體育館外表的光影秀，紀(jì)念意大利天文學(xué)家伽利略 (Galileo Galilei) 首次使用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測400周年。
在斯德哥爾摩地區(qū)，有四座新老天文館所與這一太陽系模型密切相關(guān)。斯德哥爾摩老天文臺位于市中心的一個小山頂，是瑞典皇家科學(xué)院（KVA）的第一座天文臺建筑，始建于18世紀(jì)中葉，天文臺穹頂建于1875年。從前這里曾是瑞典的國家零度子午線，現(xiàn)在是格林尼治東經(jīng)18度3分29.8秒。1930年代，天文臺遷到斯德哥爾摩東南沿海半島Saltsj?baden的新址。Saltsj?baden天文臺從德國等國著名制造商處訂購了大量光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，例如當(dāng)年全球最大的40英寸天文反射望遠(yuǎn)鏡，因此在北歐的地位獨(dú)一無二，提出太陽系模型的研討會也是在這個天文臺舉辦的。
1991年，Saltsj?baden天文臺再次搬家回到市區(qū)，落戶城北的斯德哥爾摩物理、天文和生物技術(shù)中心Albanova，其中安置了瑞典最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，其鏡面直徑1米，焦距11米。斯德哥爾摩自然博物館（NRM）的附屬建筑Cosmonova 是位于NRM穹頂內(nèi)的IMAX 3D影院，也是歐洲主要的天象儀之一。Albanova和Cosmonova均以Nova結(jié)尾，意為“新星”，特指吸積在白矮星表面的氫被白矮星高溫加熱造成劇烈的核子爆炸現(xiàn)象，幾乎所有的新星爆發(fā)都發(fā)生在包含白矮星的雙星系統(tǒng)之內(nèi)。1572年，第谷發(fā)現(xiàn)了超新星SN 1572（注：SN是英文Supernova的縮寫），在他的著作《關(guān)于新星》(De nova stella) 中最先使用這個名稱。(注：新星和超新星實際上是兩類完全不同的現(xiàn)象。)
左上：斯德哥爾摩老天文臺，右上：Saltsj?baden天文臺
左下：Albanova，右下：Cosmonova | 作者供圖
英文中“行星”一詞planet源于古希臘文πλαν?τη?，意為“游走者”，對應(yīng)于羅馬或希臘神祗，中國古代則以五行學(xué)說“木青、金白、火赤、水黑、土黃”為五顆古典行星命名。1859年，英國漢學(xué)家、倫敦傳道會傳教士偉烈亞力 (Alexander Wylie) 與中國數(shù)學(xué)家李善蘭合譯英國著名天文學(xué)家赫歇耳 (Sir John Frederick William Herschel) 的通俗名著《談天》(Outlines of Astronomy，直譯《天文學(xué)綱要》)，是中文文獻(xiàn)中第一次介紹日心說，也是中文“行星”一詞首次出現(xiàn)。（注：歐洲空間局曾于2009年發(fā)射一顆遠(yuǎn)紅外和亞毫米波段的空間天文衛(wèi)星，以Herschel命名。）
2006年，在捷克首都布拉格舉行的第26屆IAU（國際天文學(xué)聯(lián)合會）上，天文學(xué)家們準(zhǔn)確定義了行星的三個條件：直接繞恒星公轉(zhuǎn)，質(zhì)量足夠大使本身形狀成為球體，有能力清空鄰近軌道的小天體。也是在這次IAU大會上，天文學(xué)家們投票否決了太陽系中的冥王星的行星身份，從這一歷史時刻起，太陽系從原來的九大行星變成了八大行星。這主要是因為人類發(fā)現(xiàn)了太陽系中距離太陽更遠(yuǎn)的柯伊伯帶 (Kuiper Belt) 天體，其中比冥王星更大者甚多，故冥王星被不幸排除在行星行列之外。
根據(jù)行星表面巖質(zhì)，太陽系的八大行星可劃分為表面是巖石固體的“類地行星”，即水星、金星、地球和火星；主要成分是氫和氦的“氣態(tài)巨行星”，即木星和土星；在濃厚的大氣層下具有冰質(zhì)表面的“冰巨行星”，即天王星和海王星。其中水星和金星比地球更靠近太陽，不會在子夜前后出現(xiàn)，相對于地球會呈現(xiàn)一系列完整的相位變化，因此也稱為“內(nèi)側(cè)行星”，其余五顆行星則稱為“外側(cè)行星”。
類地行星擁有致密的巖石成分，表面都有因隕石沖砸而形成的大小不一的撞擊坑和地質(zhì)構(gòu)造的特征，外部沒有繞行星運(yùn)動的環(huán)系統(tǒng)，水星和金星沒有衛(wèi)星，地球有一顆即月亮，火星有兩顆；除水星外類地行星均有大氣層，會產(chǎn)生實質(zhì)的天氣變化。其余四顆巨行星沒有可以明確界定的固體表面，囊括已知軌道運(yùn)動環(huán)繞太陽天體的99%質(zhì)量，都有繞各自行星運(yùn)動的環(huán)系統(tǒng)。代表四個類地行星的物體均位于斯德哥爾摩市內(nèi)或近郊，而四個巨行星則分別位于斯德哥爾摩以北瀕臨波羅的海 (Baltic Sea) 的不同城市。
太陽系 | es.blastingnews.com
水星是最小和最靠近太陽的行星，軌道周期為87.969 地球日，具有八大行星中最大的離心率（取值在0和1之間，離心率越大橢圓越扁），其公轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過太陽系其它行星。水星的快速運(yùn)動使它得名于羅馬神話中快速飛行為眾神傳遞信息的使者墨丘利，對應(yīng)于希臘神話中的赫耳墨斯，水星符號 ? 表示墨丘利插有雙翅的頭盔和他的神杖。五行中以黑色配水星，古代中國又稱水星為“辰星”。水星模型位于斯德哥爾摩城南Slussen的市立博物館，直徑25厘米，距離太陽模型2.9公里。模型上描繪了水星的隕石坑，以及軌道漂移等符號，后者是對愛因斯坦相對論的重要證實。
水星模型 | 作者供圖
金星是太陽系中從內(nèi)向外的第二顆行星，軌道公轉(zhuǎn)周期為224.7天，在夜空中的亮度僅次于月球。金星得名于羅馬神話中愛與美的女神維納斯，對應(yīng)于希臘神話中的阿佛洛狄忒，金星符號 ♀ 表示維納斯手中的梳妝鏡，亦為女性標(biāo)志。五行中以白色配金星，古稱“太白”，早晨出現(xiàn)在東方時稱“啟明”，晚上出現(xiàn)在西方時稱“長庚”。金星的大小、質(zhì)量、體積以及到太陽的距離均與地球相似，因此經(jīng)常被稱為地球的姐妹星。然而金星在其它方面與地球完全不同，雖然金星具有類地行星中最濃厚的大氣層，但其主要成份是二氧化碳。
四百多年前，伽利略也是用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)太陽系諸多天體運(yùn)動細(xì)節(jié)的第一人，他于1610年觀察到金星會顯示像月球一樣的相位變化，而在地心說理論框架下，金星應(yīng)始終呈現(xiàn)單一相位，因此成為證明哥白尼日心說的有力證據(jù)。兩位英國天文學(xué)家霍羅克斯 (Jeremiah Horrocks) 與克拉布特里 (William Crabtree) 于1639年12月4日史上首次分別獨(dú)立地觀察和記錄了金星凌日現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)了其循環(huán)模式，被后世公認(rèn)為英國現(xiàn)代天文學(xué)的開端。2020年9月15日，天文學(xué)家在金星大氣層中偵測到磷化氫，可能是地外生命存在的跡象。金星模型位于前述AlbaNova中心外，直徑62厘米，距離斯德哥爾摩的太陽模型5.5公里。
金星模型 | 作者供圖
地球是太陽系中從內(nèi)向外的第三顆行星，是質(zhì)量和密度最大的類地行星。地球是宇宙中人類已知唯一存在生命的天體，是人類生存的家園。地球同時進(jìn)行自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動（自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軸有23.5度的夾角），產(chǎn)生了晝夜及四季的變化更替。地球的英文名稱Earth源自中古英語，在許多文化中，地球是主管生育的地母神，地球符號 ⊕ 表示帶有赤道和一條經(jīng)線的球體。中文“地球”一詞最早出現(xiàn)于明朝萬歷年間的西學(xué)東漸時期，意大利耶穌會傳教士利瑪竇 (Mateo Ricci) 在中國傳教時編制刊刻的經(jīng)緯世界地圖《坤輿萬國全圖》中首先使用該詞，他曾與徐光啟合譯出歐幾里得的《幾何原本》前六卷。
原生地球大約形成于45.4億年前，生物圈從35億年前開始進(jìn)化，27億年前光合作用開始產(chǎn)生氧氣，從而形成了含有21%自由氧氣的大氣層。地球具有類地行星中獨(dú)一無二的水圈，71%的表面積被海洋覆蓋，遠(yuǎn)觀呈蔚藍(lán)色，因此有“藍(lán)色星球”的別稱。地球僅有一顆天然衛(wèi)星月球，距地球38萬公里，也是太陽系類地行星擁有的唯一大衛(wèi)星，月球的起源至今依然是個謎。地球模型位于前述Cosmonova入口處，直徑65厘米，月球模型固定在20米遠(yuǎn)處的一根柱子上，直徑18厘米。地球模型距離太陽模型7.5公里，地球與太陽之間的實際平均距離約為一億五千萬公里，被定義為一個天文單位 (Astronomic Unit，縮寫AU) ，常用作太陽系中天體之間的距離單位。
地球和月球模型 | 作者供圖
火星是太陽系中從內(nèi)向外的第四顆行星，是僅次于水星的第二小行星，有兩顆天然衛(wèi)星火衛(wèi)一（Phobos）與火衛(wèi)二 (Deimos）?；鹦堑妹诹_馬神話中的戰(zhàn)神瑪爾斯，兩顆衛(wèi)星得名于希臘神話中的戰(zhàn)神阿瑞斯之子福波斯及得摩斯?；鹦欠?nbsp;♂ 表示瑪爾斯的盾牌和長矛，也是男性標(biāo)志。由于火星土壤中含有氧化鐵 (Fe?O?)，因此表面呈橘紅或深紅色，通常被稱為“紅色星球”。五行中以紅色配火星，中國古代稱之為“熒惑星”，因其熒熒如火，并且位置和亮度時常變動讓人無法捉摸。大約40億年前，火星與地球的氣候相似，也有河流、湖泊甚至海洋，火星具有稀薄的大氣層，主要由二氧化碳構(gòu)成，其表面有大量隕石坑、火山、高峰和裂谷。
火星曾經(jīng)被認(rèn)為是太陽系中最有可能存在地外生命的行星，也是人類可以探索的距離較近的行星之一，迄今已被不同國家的數(shù)十艘無人航天器探索。2020年7月23日中國從海南文昌發(fā)射場首次發(fā)射火星探測器“天問一號”，目標(biāo)為繞、落、巡三位一體，開啟了中國的深空探測計劃。這次發(fā)射的前后幾天，阿聯(lián)酋和美國也分別發(fā)射了火星探測器。2021年5月15日，“天問一號”和祝融號火星車在火星烏托邦平原南部成功著陸?；鹦悄Ｐ臀挥谒沟赂鐮柲|北近郊Danderyd區(qū)M?rby購物中心，直徑35厘米，距離太陽模型11.6公里。模型通過一條“臍帶”連接到具有地球影像的鋼質(zhì)底板上，象征人類通過探測器的頻繁訪問與火星的緊密聯(lián)系，模型表面還標(biāo)出了火星上發(fā)現(xiàn)的主要化學(xué)元素及含量。
火星模型 | 作者供圖
木星是太陽系中從內(nèi)向外的第五顆行星，木星在八大行星中最大，自轉(zhuǎn)速度最快 (周期約10小時)，擁有巨大的磁層和極強(qiáng)的輻射帶，堪稱太陽系中的“巨無霸”。木星質(zhì)量約為太陽的千分之一，卻是太陽系其它行星質(zhì)量總和的2.5倍。其主要成分是氫（中心核甚至可能有高壓下形成的金屬氫），而只占十分之一原子數(shù)量的氦卻占了總質(zhì)量的四分之一。木星是繼月球和金星之后，夜空平均第三亮的天體。木星得名于羅馬神話中的主神朱庇特，對應(yīng)于希臘神話中的宙斯，木星符號 ? 表示朱庇特的閃電或神鷹。在五行中以青色配木星，古代中國稱其為“歲星”，取其繞行天球一周為12年，與地支相同之故。
木星是太陽系內(nèi)擁有最大衛(wèi)星系統(tǒng)的行星，目前已知有79顆之多，它有一個黯淡的行星環(huán)系統(tǒng)，由大量塵埃和黑色碎石組成。伽利略是最先發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星的人，他于1610年用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了其中最大的四顆并因此得名“伽利略衛(wèi)星”，為推翻認(rèn)為所有天體都圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的地心說提供了重要證據(jù)。木星最著名的特征大紅斑，是比地球大的一個持久性反氣旋風(fēng)暴（自發(fā)現(xiàn)起已經(jīng)存在400多年）。木星模型位于斯德哥爾摩的阿蘭達(dá)國際機(jī)場（Arlanda Airport）的Clarion酒店大堂，是一個發(fā)光的環(huán)，直徑7.1米，距離太陽模型40公里，酒店走廊里還陳列了伽利略衛(wèi)星圖片。
土星是太陽系中從內(nèi)向外的第六顆行星，主要由氫組成，還有少量的氦與其它元素，體積僅次于木星，是太陽系內(nèi)唯一密度低于水星的行星。土星的行星磁場強(qiáng)度介于地球和更強(qiáng)的木星之間，南北磁極有極光環(huán)。土星得名于羅馬神話中的農(nóng)神薩圖爾努斯 (Saturnus)，其符號 ? 象征薩圖爾努斯的鐮刀。在五行中以黃色配土星，古代中國稱其為“鎮(zhèn)星”。土星的最大特征是由小冰塊和巖石顆粒組成的寬闊環(huán)系統(tǒng)，因此是太陽系的“指環(huán)王”。17世紀(jì)荷蘭物理學(xué)家惠更斯（Christian Huygens）用自己研制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了土星第二大衛(wèi)星 —— 土衛(wèi)六，即“惠更斯衛(wèi)星”，又名“泰坦” (Titan)，是太陽系內(nèi)第一顆被發(fā)現(xiàn)的擁有濃厚大氣層的衛(wèi)星，隨后意大利天文學(xué)家卡西尼 (Giovanni D. Cassini) 又發(fā)現(xiàn)了四顆土星衛(wèi)星以及土星環(huán)中的卡西尼縫 。
瑞典著名物理學(xué)家、天文學(xué)家攝爾修斯 (Anders Celsius) 于1741年創(chuàng)建了瑞典第一個天文觀測站，1742年提出了攝氏溫標(biāo)來度量溫度。歷史文化名城烏普薩拉（Uppsala）市中心的攝爾修斯觀測站是該城最古老的建筑之一，土星模型位于觀測站，直徑6.1米，距離太陽模型73公里。左圖中的小球即為惠更斯衛(wèi)星，右圖是觀測站附近的攝爾修斯天文學(xué)雕塑。當(dāng)兩個天體在天球上具有相同的黃經(jīng)時稱為“相合”，2020年底出現(xiàn)了“土木相合”的天象奇觀，據(jù)稱是1623年以來兩顆行星距離最近的一次。
攝爾修斯觀測站（左）和雕塑（右）| 作者供圖
天王星是太陽系中從內(nèi)向外的第七顆行星，距太陽18.37-20.08天文單位。1781年被赫歇爾發(fā)現(xiàn)，是第一顆使用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的行星。天王星得名于古希臘神話的天空之神、宙斯的祖父烏拉諾斯，是太陽系中唯一以希臘神祇命名的行星，中國、日本、韓國等漢字文化圈國家的寫法都是“天王星”。天王星符號為?或?，后者綜合了火星和太陽的符號，因為烏拉諾斯被認(rèn)為是由二者聯(lián)合的力量所控制。天王星是太陽系內(nèi)大氣層最冷的行星，最低溫度只有49K (-224℃)，其外部大氣層具有復(fù)雜的云層結(jié)構(gòu)。
海王星在八大行星中距離太陽最遠(yuǎn)，大約30個天文單位，公轉(zhuǎn)周期約為165年，質(zhì)量為17倍地球質(zhì)量，半徑為3.86倍地球半徑，1846年被發(fā)現(xiàn)。海王星得名于羅馬神話中的海神王、朱庇特的弟弟尼普頓，對應(yīng)于希臘神話中的波塞冬，因此漢字寫法是“海王星”，其符號 ? 表示尼普頓的三叉戟。1613年元旦前后，伽利略兩度觀測并描繪出海王星，但他誤認(rèn)為那是一顆恒星。兩百多年后，法國天文學(xué)教師宇赫班·勒維里耶（Urbain Le Verrier）在研究天王星運(yùn)行軌道的偏攝動問題時，用物理模型和數(shù)學(xué)計算預(yù)測了海王星，并于1846年被望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn)，這是牛頓萬有引力理論最成功的一個應(yīng)用案例。而在勒維里耶預(yù)言不久前，英國天文學(xué)家約翰·庫奇·亞當(dāng)斯（John Couch Adams）也同樣在解決天王星軌道問題時計算出了海王星的存在，但位置誤差較大，也未引起收到其預(yù)言結(jié)果的天文臺的重視。
海王星和天王星是一對姐妹星，其大氣成分基本是由氫氣、氦氣和少許甲烷構(gòu)成，因此二者在太空中都顯示出美麗的藍(lán)色，但前者深藍(lán)、后者蔚藍(lán)。天王星在太陽系中體積排名第三、質(zhì)量排名第四，有27顆衛(wèi)星；海王星則體積排名第四、質(zhì)量排名第三，只有14顆衛(wèi)星。天王星模型 (左圖) 位于烏普蘭 (Uppland) 平原北部的工業(yè)小城L?vstabruk，直徑2.6米，距離太陽模型146公里。海王星模型 (右圖) 位于波羅的海邊的小城S?derhamn，是一個直徑2.5米的丙烯酸球體，夜間發(fā)出藍(lán)光，距離太陽模型229公里。
天王星模型和海王星模型 | flickr.com 、SSS官網(wǎng)
小行星是太陽系內(nèi)類似行星、環(huán)繞太陽運(yùn)動、體積和質(zhì)量比行星小得多的天體，是早期太陽系生成后的遺留物質(zhì)，直徑超過一公里的小行星多達(dá)幾百萬顆。主小行星帶分布在火星軌道和木星軌道之間。在斯德哥爾摩和烏普蘭地區(qū)有四個小行星模型，愛神星 (Eros) 是空間探測器登陸的第一顆小行星。2001年情人節(jié)前，美國宇航局 (NASA) 的太空探測器登陸其表面，因而用希臘神話中的愛神厄洛斯來命名。愛神星上還有兩座隕石坑，分別以中國古典小說《紅樓夢》里一對愛侶賈寶玉和林黛玉的名字命名。灶神星 (Vesta) 是太陽系最大的、也是從地球上可見的最亮的小行星，以羅馬神話中爐灶和家庭的保護(hù)女神維斯塔命名，相當(dāng)于希臘神話中的赫斯提亞。
塞爾提斯 (Saltis) 是2000年在前述斯德哥爾摩Saltsj?baden天文臺發(fā)現(xiàn)的小行星，以該地的昵稱命名，其直徑大約在二至四公里之間，表面積比Saltsj?baden地區(qū)略大。帕洛馬-萊頓 (5025 P-L) 曾經(jīng)是一顆迷蹤小行星，以美國洛杉磯的帕洛馬山天文臺 (Palomar Observatory）與荷蘭萊頓 (Leiden) 天文臺的名字命名。除了橢球形的灶神星模型的直徑為3厘米之外，其余三個小行星模型的大小都不超過毫米級，它們距離太陽模型分別為11、17 (北)、17 (東)、60公里。下圖依次為愛神星、灶神星、塞爾提斯的模型，前兩個位于斯德哥爾摩東北郊的兩所中學(xué)校園。帕洛馬-萊頓是本文首圖左浮雕上的一個小點(diǎn)，位于烏普薩拉以南小城Knivsta的一個公園內(nèi)。
矮行星又稱中行星、準(zhǔn)行星、侏儒行星，是具有行星級質(zhì)量，但既不是行星、也不是衛(wèi)星的天體。與行星類似，矮行星直接環(huán)繞恒星公轉(zhuǎn)，并且質(zhì)量足夠大到使本身形狀成為球體，卻沒有能力清空鄰近軌道的小天體。目前被IAU承認(rèn)的矮行星共有五顆，太陽系內(nèi)已知體積最大、質(zhì)量第二大的矮行星是冥王星。冥王星于1930年被美國天文學(xué)家克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）發(fā)現(xiàn)，得名于羅馬神話中的冥界之神普路托，其天文符號 ? 是由PL構(gòu)成的花押字。與太陽系內(nèi)其它行星軌道接近圓形、靠近黃道面不同，冥王星的軌道是高度傾斜、高度偏心的橢圓形。
冥王星在被發(fā)現(xiàn)后長達(dá)76年的時間里一直被認(rèn)為是太陽系的第九顆行星，直到2006年IAU正式定義了行星概念，才將冥王星劃為矮行星。盡管冥王星不再算作太陽系的第九大行星，但它的發(fā)現(xiàn)是基于天文學(xué)家對海王星的觀測，從而推測天王星的軌道可能還受到海王星以外的另一個行星的干擾，這同樣是牛頓萬有引力理論的傳奇。冥王星模型位于瑞典北部的Dellensj?arna湖畔，這組湖泊是9000萬年前一次大型隕石撞擊形成的，模型直徑12厘米，距離太陽模型300公里。其基座具有死亡王國墳?zāi)拱愕耐庑?，昭顯了冥王星的神話意義，隕石撞擊必定會消滅該地區(qū)的所有生命。
冥王星模型 | flickr.com
妊神星 (Haumea) 是太陽系內(nèi)已知第三大矮行星，于2004年被發(fā)現(xiàn)，得名于夏威夷神話中的保育女神、大地之母哈烏美亞。妊神星呈橢球形，具有罕見的高速自轉(zhuǎn)、高密度和高反照率。其模型于2019年9月27日在瑞典中部城市Borl?nge設(shè)立，距離太陽模型200公里，是迄今最新加入的成員。鳥神星 (Makemake) 是太陽系內(nèi)已知第四大矮行星，于2005年復(fù)活節(jié)后不久被發(fā)現(xiàn)，得名于復(fù)活節(jié)島原住民神話中的創(chuàng)造和生殖之神馬奇馬奇。鳥神星模型位于瑞典西海岸城市哥德堡 (G?teborg)，距離太陽模型400公里，冥王星、妊神星和鳥神星都是海王星軌道外黃道面附近的天體密集的圓盤狀區(qū)域柯伊伯帶中的天體。
太陽系內(nèi)已知最大的矮行星鬩神星 (Eris) 于2005年被發(fā)現(xiàn)，最初鬩神星被認(rèn)作太陽系的第十大行星，但由于其它類似大小天體的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，符合行星原來定義的太陽系天體數(shù)量驟增，促使國際天文聯(lián)合會次年重新定義。這一矮行星也因此得名于希臘神話中的不和女神厄里斯，中文名稱來自《詩經(jīng)·小雅·常棣》：“兄弟鬩于墻，外御其務(wù) (侮) ”。鬩神星模型位于北部城市于默奧 (Ume?)，直徑13厘米，距離太陽模型510公里，下圖依次為妊神星、鳥神星和鬩神星模型。另一顆矮行星是谷神星，但不知為何沒有它的模型。
妊神星模型（左）、鳥神星模型（中）和鬩神星模型（右）| SSS官網(wǎng)
太陽系中還有大約幾十甚至幾百顆幾乎可以認(rèn)定或候選的矮行星，在瑞典各地分布著其中四個的模型。創(chuàng)神星 (Quaoar) 于2002年在帕洛瑪山天文臺被發(fā)現(xiàn)，得名于當(dāng)?shù)卦∶裢ㄍ呷松裨捴械膭?chuàng)造神夸爾。其模型位于瑞典南部小城Gislaved，距離太陽模型340公里。伊克西翁 (Ixion) 位于太陽系的邊緣，于2001年被發(fā)現(xiàn)，是烏普薩拉大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)的最大的小行星之一。伊克西翁是希臘神話中一位狂妄的拉皮斯人國王，被宙斯施以火輪之刑。其模型位于瑞典北部小城H?rn?sand，距離太陽模型360公里。
2007 OR10 曾是太陽系最大的未命名天體，其體積略大于鳥神星和妊神星。2020年二月以中國古代神話中的水神“共工氏” (Gonggong) 正式命名，據(jù)《山海經(jīng)》記載，共工為炎帝之后、祝融之子。共工星的模型位于瑞典南部城市馬爾默 (Malm?)，距離太陽模型500公里。賽德娜 (Sedna) 于2003年被發(fā)現(xiàn)時，是太陽系中最遙遠(yuǎn)、最寒冷的一個天體。傳說它居住在北極海的深處，因此用因努伊特神話中冰凍的海洋女神賽德娜命名。賽德娜模型位于北極圈內(nèi)的城市呂勒奧 (Lule?)，距離太陽模型912公里。
彗星 (Comet) 是亮度和形狀會隨日距變化的太陽系小天體，分為彗核、彗發(fā)、彗尾三部分，天文學(xué)符號是 ?。彗核由冰物質(zhì)構(gòu)成，當(dāng)彗星接近太陽時，在慧核周圍形成朦朧的彗發(fā)，沿著背離太陽的方向形成一條由氣體和塵埃構(gòu)成的彗尾，這一現(xiàn)象是由太陽風(fēng)造成的。東西方古代文化中對于彗星都有記載，漢語中彗的本意為“帚”，古人稱彗星為“星孛”。在長沙出土的馬王堆漢墓帛書上，就有29幅彗星圖，一共描繪了19種彗星。西方語境中的“彗星”一詞，緣自希臘文中的“長發(fā)明星”，亞里士多德最早使用這一詞匯。
牛頓曾對1680年大彗星的觀測記錄進(jìn)行了詳細(xì)分析，還親自觀測了1681年的彗星。他在其巨著《原理》中指出：“彗星是一類行星，在具有極大偏心率的軌道上圍繞太陽運(yùn)行”，并用萬有引力定律證明了彗星的軌道是一條圓錐曲線。軌道為橢圓的彗星能定期回到太陽身邊，稱為周期彗星，哈雷彗星是唯一能用肉眼直接從地球看到的周期彗星，也是史上第一個被觀測到的重復(fù)出現(xiàn)的天體。1705年，英國天文學(xué)家愛德蒙·哈雷（Edmond Halley）使用牛頓萬有引力定律計算出這顆彗星的公轉(zhuǎn)軌道和周期，成功預(yù)測了1758年的回歸，因此被命名為“哈雷彗星”。哈雷彗星的周期在75-76年之間，上一次回歸是在1986年，下一次將在2061年。
在瑞典國土上共有兩顆彗星模型，一顆是哈雷彗星 (1P/Halley)，另一顆是斯威夫特-塔特爾彗星 (109P/Swift-Tuttle)。斯威夫特-塔特爾彗星于1862年被發(fā)現(xiàn)，以兩位獨(dú)立發(fā)現(xiàn)者的名字命名，是北半球三大流星雨之一 —— 英仙座流星雨的母彗星。哈雷彗星的模型位于瑞典西南部城市Sk?vde，形象是根據(jù)六年級小學(xué)生的繪畫制成的三個浮雕 (左上圖) 及激光形成的一條彗尾 (右上圖)，距離太陽模型260公里。斯威夫特-塔特爾彗星的模型位于瑞典南部港口城市Karlshamn，直徑小于1厘米，距離太陽模型390公里，那里是按比例的斯威夫特-塔特爾彗星遠(yuǎn)日點(diǎn)，下圖左側(cè)的紫色橢圓即為它的軌道。
哈雷彗星模型及軌道示意圖 | SSS官網(wǎng) (上方二圖)，The Sky Live (下圖)
周期彗星依據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)周期可分為兩類：短周期彗星和長周期彗星。短周期彗星大部分繞太陽公轉(zhuǎn)，軌道大小不超過10天文單位，周期不超過200年，與黃道面處于同一平面，短周期彗星被認(rèn)為起源于柯伊伯帶。哈雷彗星和斯威夫特-塔特爾彗星都是短周期彗星，后者的周期為133年。長周期彗星的軌道都非常大，可超過數(shù)千天文單位的數(shù)量級，且不局限于黃道面。著名荷蘭天文學(xué)家奧爾特（Jan Hendrik Oort）于1950年猜測，軌道大角度偏離黃道面的長周期彗星起源于太陽系最外端的一個包裹著太陽系的云層或云團(tuán)，后來科學(xué)家們稱之為奧爾特云。奧爾特云在理論上是一個圍繞太陽，主要由冰微行星組成的球體云團(tuán)，但至今仍是一種假說。
奧陌陌 (Oumuamua) 是人類首次在太陽系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的系外天體，在夏威夷語中意為“偵查兵”或“探路者”，2017年10月19日被NASA（美國宇航局）位于夏威夷的泛星巡天望遠(yuǎn)鏡（Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System，縮寫PANSTARRS）發(fā)現(xiàn)。起初它被誤認(rèn)為是一顆彗星，但經(jīng)過長時間觀測研究后，天文家們推測這位不速之客可能來自太陽系附近的一個恒星團(tuán)，4000萬年前被一顆行星拋出。奧陌陌在以極高的離心率穿越銀河系的途中，碰巧撞擊了太陽系，而且正在離我們而去，永不復(fù)返。奧陌陌模型位于瑞典西南沿海的哈蘭省（Halland），直徑0.3毫米，距離太陽模型440公里。
太陽圈也稱為日球 (Heliosphere)，是持續(xù)的太陽風(fēng)在星際物質(zhì)的空間中造成的等離子體氣泡。太陽圈有終端激波 (Termination shock)，太陽風(fēng)內(nèi)的粒子與由銀河系滲入的氫和氦構(gòu)成的星際介質(zhì)沖擊碰撞，速度由每秒0.33公里迅速降低到亞音速以下。這里是太陽風(fēng)最后的終止之處，也是星際空間的起點(diǎn)，可謂“日止于此，星始于斯”。終端震波模型位于瑞典最北端的城市基律納 (Kiruna) 的國家空間物理研究所，距離太陽模型950公里，而實際距離約為126.7天文單位。
奧陌陌模型（左）、終端震波模型（右） | SSS官網(wǎng)
在浩瀚的宇宙中至少有數(shù)萬億星系，每個星系包括數(shù)以千億的恒星、數(shù)以萬億的行星。2019年諾貝爾物理學(xué)獎表彰了兩項研究，一個是對宇宙結(jié)構(gòu)和歷史的新認(rèn)識，一個是在太陽系外首次發(fā)現(xiàn)一顆圍繞類太陽恒星公轉(zhuǎn)的行星。由于 “在增進(jìn)我們對宇宙演化，以及地球在宇宙中地位的理解方面所做出的貢獻(xiàn)”，當(dāng)時84歲的加拿大裔美國宇宙學(xué)家James Peebles、77歲的瑞士天體物理學(xué)家Michel Mayor和52歲的瑞士天文學(xué)家Didier Queloz共同摘得物理諾獎桂冠，他們的發(fā)現(xiàn)永遠(yuǎn)改變了我們對宇宙的認(rèn)知。
在過去50年里，Peebles對于物理宇宙學(xué)的洞見豐富了整個研究領(lǐng)域，他的理論框架已成為當(dāng)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)，并為宇宙學(xué)從猜想轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵶C科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。利用他的理論和諸多觀測可以推算出，宇宙由68%的暗能量、27%的暗物質(zhì)和5%的物質(zhì)組成。1995年10月，Mayor和Queloz基于恒星光譜的多普勒 (Doppler) 效應(yīng)，利用法國南部上普羅旺斯高地天文臺 (Haute-Provence Observatory) 的望遠(yuǎn)鏡，首次發(fā)現(xiàn)太陽系外的圍繞類似太陽的恒星旋轉(zhuǎn)的一顆行星，這是一個可與太陽系最大的行星木星相媲美的氣態(tài)球體。這一發(fā)現(xiàn)開啟了天文學(xué)的一場革命，自那時起，天文學(xué)家在銀河系已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4000多顆系外行星，從而迫使科學(xué)家們修正關(guān)于行星起源物理過程的理論。
北宋大文人蘇東坡900多年前在登上四川平都山時，留下了千古名句：“抬眸四顧乾坤闊，日月星辰任我攀?！?在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，摘星攬月已不再是古人詩意的想象。2019年也是美國宇航局阿波羅11號宇宙飛船登月50周年，1969年7月20日，宇航員尼爾·阿姆斯特朗 (Neil Armstrong) 與登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林 (Buzz Aldrin) 成為首次踏上地球之外星球的人類，可謂“個人一小步，人類一大步”。迄今為止，人類已將66個航天器成功送往月球。下圖為2019年斯德哥爾摩市中心NK百貨公司一年一度的圣誕櫥窗燈光秀，其主題就是“人類登月50年”。
“人類登月50年”櫥窗燈光秀 | 作者供圖
鳴謝：感謝清華大學(xué)物理系樓宇慶教授提前閱讀了本文，并給予詳細(xì)的修訂意見。
參考資料
瑞典太陽系模型官網(wǎng) http://www.swedensolarsystem.se/en/
聯(lián)系客服
