太阳系图片及太阳系图片简笔画
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太阳系到究竟有多大?旅行者1号需要多长时间能飞出去?
在1781年以前,人类一直以为太阳系只有六颗行星,它的边际就在土星的位置。
直到英国天文学家威廉·赫歇耳发现天王星,人类才意识到自己对于太阳系的认知非常有限,太阳系的边际也从土星轨道的14亿公里扩展到了天王星轨道的29亿公里。1846年,天文学家又发现了海王星,再一次将人类认知的太阳系边界扩大到了45亿公里。
接下来人类对太阳系的认识就越来越深了,从冥王星到柯伊伯带,再到奥尔特云……太阳系到底有多大?我们要多久才能冲出这个“牢笼”呢?
在衡量一个尺度之前,我们必须要规定一个测量单位。对于太阳系来说,用公里来衡量实在有点小材大用,而光年又显得有点杀鸡用牛刀。因此,天文学家们规定了一个适合用于衡量像太阳系这样的系统的长度单位:天文单位。天文单位的定义就是地球到太阳的距离,也就是大约1.496亿公里。
让我们从太阳系的最内侧出发,以水星为例,它与的半长轴约为6980万公里,也就是0.46个天文单位;木星的半长轴是5.2个天文单位,也就是7.8亿公里;而冥王星和太阳的平均距离约为59亿公里,这就是大约39.2个天文单位。这个距离,即使是在高速公路上的速度,也要6000年的时间才能到达。
好在,随着人类科技的发展,航天探测器远远超过了汽车的速度。
2006年,美国国家航空航天局的新地平线号探测器发射升空,经过近10年的飞行,于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。其飞行速度,达到了每小时8.4万公里。
现在我们知道,冥王星仅仅是太阳系柯伊伯带的一颗普通的天体,而且是柯伊伯带内距离太阳最近的一颗。
柯伊伯带是位于海王星轨道以外的一片区域,最早由爱尔兰裔天文学家艾吉沃斯提出,后来杰拉德·柯伊伯将这个观点完善,因此这片区域也以他的名字来命名。他们认为,柯伊伯带充满了微小的冰冷物体,这些都是原始太阳星云残留下来的碎片,没有凝聚成行星,于是散落在这片寒冷的区域。据推测,柯伊伯带的直径大约有500个天文单位,也就是750亿公里,这是刚刚发现海王星时的天文学家所完全不敢想象的范围。在这片区域,分布着大量的小天体,其中最大的也不超过3000公里,连月球都比不上。
最早进入到柯伊伯带的天体,其实并不是新地平线号探测器,而是NASA在20世纪70年代发射的旅行者1号探测器。1977年9月5日发射的旅行者1号是第一个给人类传回近距离拍摄木星、木星照片的探测器,也是目前人类发射最远的探测器。
2012年8月25日,NASA宣布“旅行者1号”成为人类历史上第一个进入星际介质的宇宙飞船。很多人误以为人类探测器终于逃离太阳系了,但其实并非如此。它和后来的旅行者2号,所摆脱的只是太阳的日光层。
我们知道,太阳在进行核聚变的同时,还会向外释放非常强烈的辐射,大量高能粒子以160万公里的时速冲向宇宙空间,这叫做太阳风,并且飞得越远,密度越低,所以能量也越弱。同样的,在宇宙中,还有其他天体释放的辐射,在宇宙中交织起来。在距离我们大约120个天文单位的位置,太阳的辐射和宇宙辐射达到了平衡,这样的位置就叫做日光层,厚度约为0.5天文单位。在这里,等离子体的密度比其他区域高了80倍,而且两股势力来回的拉锯也导致这片区域非常不稳定。
当科学家发现旅行者1号探测器"记录到等离子体(热的、电离的气体)以一定的频率突然出现震荡的峰值时,就知道这艘航天器已经突破了日光层。"不过,日光层远不是太阳系的边界。根据日光层的范围我们就知道,它只是位于柯伊伯带之中的一部分,甚至都不在柯伊伯带的边界。也就是说,目前两只旅行者号探测器只是飞出了日光层,但仍然在柯伊伯带飞行。
根据NASA在2020年3月12日更新的数据,旅行者一号目前距离地球220亿公里,以17公里/秒的速度继续向宇宙深处飞行。按照柯伊伯带500个天文单位的直径,它还需要差不多52年的时间才可能飞出柯伊伯带,进入到太阳系最外层结构——奥尔特云。
1950年,荷兰天文学家简·亨德里克·奥尔特正式描述了这片区域:属于太阳系的最外层,由于受到太阳辐射很弱,所以相对稳定。他认为这里是太阳系中彗星的家园,拥有着上百万个彗星核,并且其中的物质可以不断形成新的彗星。
经过多年的研究,科学家们对奥尔特云的描述也越来越详细:其质量大约在地球的5-100倍之间,虽然拥有着海量的彗星,但只有5%可以进入到太阳系内部,“朝见”至尊的太阳。
不过,由于人类观测能力的限制,目前我们对于奥尔特云的了解还非常有限,或者说得更让大家“寒心”一点——我们还没有真正观测过奥尔特云。据推测,奥尔特云的直径在100000个天文单位左右,或者说是1.87光年的范围,可能达到2光年(甚至有科学家认为奥尔特云直径有3.2光年)。也就是说,从地球出发的探测器,要飞出去差不多1光年的距离,才会到达太阳系的边缘——这个边缘,是太阳引力的极限,也是太阳系真正的边界。
(图片说明:太阳系结构示意图)
2光年的直径是什么概念?相当于1340万颗太阳的宽度。如果地球是一颗小米粒,太阳就有一只香瓜那么大,而太阳系则有北京城那么大!
这就是太阳系的范围。
对于人类现在的探测器来说,这个距离是无法逾越的鸿沟,更不用提4.24光年外的比邻星了。
按照现在的速度,旅行者1号探测器将在大约73600年后才能到达比邻星。和它相比,新地平线号探测器速度要更快一些。不过,想要飞到比邻星,也需要37000年左右。
不过,它们的动力系统都不足以坚持那么久,最终都会失去动力。根据NASA的计算,旅行者1号探测器的电量恐怕在2025年就会耗尽。比它更先进的新地平线号,也会有能源耗尽的一天。最终,它们都会成为宇宙中被人类遗忘的人造天体,独自流浪。
好在它们在惯性的作用下,凭借着现有的巨大速度,从理论上说不会被太阳吸回来,最终还有希望飞出太阳系。不过,由于连传信号的能源都不够,就算它们真的抵达了比邻星,我们也永远不可能知道了。
太阳系到底是什么形状的?这种形状是怎么形成的?
我们存在的地球,并不是一蹴而就的,而是经过很长时间慢慢形成的,而在地球之外的宇宙,同样是一点一滴形成的,在地球的下一个等级就是太阳系,太阳系同样如此,太阳系到底是什么形状的?这种形状是怎么形成的?通过众多的宇宙图片,我们可以看出太阳系是一个扁平的形状,所有星球都是和太阳在一条水平线上,而这种形状的形成是经历几十亿年才形成的,需要星球之间不断的碰撞,挤压。
在与这之中存在的星系并不少,一个星系之中存在的星球也非常之多,众多星系形成宇宙,而宇宙的生命大出我们想象,宇宙存在的时间已有100多亿年,相对于人类100年时间而言,完全可以说是长生不老,而在这100多亿年时间里,宇宙并没有一直闲着,而是不断的产生众多的星球,而这些星球经历各种碰撞和挤压,才慢慢形成了今天所见的形状,想要形成现在的稳定局面,可以想象经历了多大的灾难,我们人类能够有今天的和平时代,也是用血和泪换来的,而我们存在的太阳系,虽然只有几十亿年时间,但也同样遭受过一样的苦难,值得注意的是,所有星球都在一个平面之上围绕太阳旋转,这就像游戏中的设定一样。
我们非常幸运,在这个几乎没有任何危险的太阳系上,拥有地球的舒适环境,太阳每天不断地向我们提供能量,月亮和众多星球控制着很多方面,让地球一直处于稳定条件之下,几千万年前恐龙的灭绝,我们就要加以注意,毕竟地球经历过大大小小几十次生物灭绝,可能下一次也不会遥远。
在和平年代,我们就应该大力发展科学,只有当科学技术达到很高层次的时候,在未来,不管面对什么困难都可以迎刃而解,这是我们古语中一直提到的“居安思危”。
在实验室里,为何永远无法搭建一个真正的太阳系模型?
通常我们搜索太阳系图片时,给出的搜索结果大同小异,而且很多人都会觉得真实的太阳系就是这个样子的,其实这也不能怪制作图片的人,因为如果按真实比例来绘制太阳系的话,估计没人可以做的出来。
那么真实的太阳系模型是怎么样的呢,让我们来看看真实的太阳系的比例,看看是否能打开你的脑洞
下面是一副图片,是太阳系的模型图,你看了以后,估计会认为这时按照真实的太阳系缩小而来的,其实不然,下面我带你来看看真实的太阳系等比例缩小后,太阳系的模型该怎么画。
首先我们来看看太阳系中太阳和各大行星的直径、距离等数据
太阳:直径140万公里
水星:直径4878公里,日距(距离太阳)5791万公里
金星:直径12103公里,日距1.082亿公里
地球:直径12756公里,日距1.496亿公里
火星:直径6794公里,日距2.28亿公里
木星:直径142984公里,日距7.783亿公里
土星:直径120536公里,日距14.294亿公里
天王星:直径51120公里,日距28.7099亿公里
海王星:直径49528公里,日距45.0400亿公里
柯伊伯带:矮行星直径大约1000-2000公里,日距大约80亿公里
奥尔特星云:太阳系边缘外的云团,日距约5000亿公里
现在,大家跟我一起,将这个太阳系模型等比例缩小。
首先是太阳,我们先把太阳缩小成一个直径一米的圆球,那么它与真实太阳的比例是一比十四亿,下来我们按照等比例缩小其他行星的直径和距离。
先来看水星:直径0. 348厘米,日距41.36米
金星;直径0.8厘米,日距77.29米
地球:直径0.9厘米,日距106.86米
火星;直径0.48厘米,日距162.86米
木星:直径10.21厘米,日距555.93米
土星:直径8.61厘米,日距1021米
天王星;直径3.65厘米,日距2050米
海王星;直径3.54厘米,日距3217米
柯伊伯带(冥王星所在的地方)矮行星直径约0.1-0.2厘米,日距约8000米
奥尔特星云:距离太阳约500-1000公里。(可怕!)
银河系中,距离太阳最近的恒星是半人马座α星,距离太阳4.3光年,如果将太阳缩小成一米的圆球,那么这颗恒星距离太阳有三万公里。
可能你觉得将太阳缩小成1米的圆球,还是不过瘾,那咱再开开脑洞,将太阳缩小成1厘米的圆球,这可以将太阳画在一张A4纸的中心,大家可以拿出一张A4纸,试着画一下,这个时候距离太阳最近的水星就成了直径0.0348毫米,日距41.36厘米,对不起A4纸画不下了。地球在哪里呢?地球成了直径为0.09毫米,距离纸上的太阳1.06米的一个小点,木星最大直径为1毫米,距离纸上的太阳5.56米,距离太阳最远的行星海王星就成了直径0.365毫米,距离纸上的太阳32.17米的一个小点,太阳的边界奥尔特星云距离这个纸面的太阳约为10公里,而银河系中距离这张A4纸上的太阳距离最近的恒星的距离有300公里之遥。
大家现在闭上眼睛,充分打开你的脑洞,假设一下,你的手中有一个一厘米直径的圆球,想象距离它40厘米处……1.06米处……32米处的几乎看不见的小点。相像一下,和这个一厘米的圆球相类似的圆球距离它还在300公里之外,你现在能感受到太阳系的空旷与浩渺了吗?感受到宇宙空间的空旷与浩渺了吗?
太阳系长什么样子呢?太阳系真正的样子是什么样的?
在广袤无边的宇宙之中,我们最为熟悉的区域就是太阳系了,因为太阳系就是我们的家园。
太阳系是一个单恒星系统,在太阳系之中有着唯一的恒星太阳,在太阳的引力作用之下,八大行星以及它们的卫星、小行星以及其它的宇宙天体都在有序的运行。我们所在的地球是太阳系八大行星之中的一员,是距离太阳第三近的行星,在地球的内侧还有着金星和水星两颗岩质行星,而在地球的外侧则有着火星一颗岩质行星以及四颗气态行星,它们分别为木星、土星、天王星和海王星。
而在火星与木星之间还存在着一条小行星带,小行星带是小行星的密集区域,迄今为止在这里已经被编号的小行星就多达12万颗以上。除了行星与小行星以外,太阳系中还有着大量的天然卫星。
在太阳系中距离太阳最近的水星和金星是没有天然卫星的,而地球则拥有唯一的天然卫星,也就是月球。
地球外侧的火星拥有两颗天然卫星,而木星的卫星数量则多达79颗,土星有62颗卫星,天王星和海王星的卫星数量分别为27颗和14颗。其实,对于太阳系的大致样子并不需要赘述,因为每个人都或多或少有所了解,毕竟我们经常会看到描绘太阳系的图片。
可事实上问题就出在这些图片之上,请注意,我们所看到的太阳系大致样子是基于图片,而并不是照片,而图片是认为绘制的,而绘制这些图片的目的是为了能够让人们对太阳系的样子有一个大致的了解,但实际上这些图片是失真的,而且是严重失真的,真正的太阳系样貌与图片上所描绘的可以说是大相径庭。
真实的太阳系与图片上的太阳系的差异主要存在于两个方面,一个是大小,另一个是距离。
先说大小,图片上所见的太阳系天体有大有小,但是基本上相差不大,但实际上太阳系不同天体的个头差异是极为巨大的。先说太阳吧,太阳是太阳系唯一的恒星,它自己就占据了太阳系物质总量的99.86%,也就是说太阳系的八大行星再加上小行星、行星的卫星以及其它宇宙物质,总共才占0.14%,所以太阳之大可想而知。
从一般的太阳系图片上来看,太阳的个头也就比地球大上五六倍而已,但实际上太阳的体积是地球的130万倍,如果我们要在一张图片上画一个太阳,那么最多只能是轻轻的点上一个小点来表示地球,想画出一个能够显示出海洋陆地的地球是绝对不可能的。
除去太阳不说,太阳系中其它天体的个体差异也是非常巨大的。
就拿太阳系中最大的行星木星和地球来进行比较吧,木星的体积是地球的1318倍,这基本上就是西瓜和葡萄的比例,如果我们在一幅图片上画个木星,那么只能画一个小圈圈来表示地球,想要画出一个显示海洋陆地的地球仍然是不可能的。当然地球也不总是小弟,和水星在一起的时候那就成为大哥了,地球的体积可以达到水星的20倍左右。
说完了大小,我们再来说说距离,图片上的太阳系以太阳为中心,八大行星以及小行星带围绕太阳有序运行,每一颗行星轨道之间的距离差异并不明显,甚至在很多图片上基本没有差异,这就与事实极不相符了。真实的太阳系继承了宇宙的基本特点,那就是空旷。
如果我们在一幅图上画一个直径为一厘米的太阳,那么地球真正的位置应该在哪呢?应该画在一米开外的地方,这是因为地球与太阳之间的实际距离是太阳直径的108倍。
太阳的直径约为140万公里,而地球与太阳之间的平均距离约为1.5亿公里,也就是太阳直径的108倍。地球与太阳之间的距离就已经非常惊人了,那么太阳系最外侧的行星海王星距离太阳有多远呢?还是用刚才这个例子来进行说明吧,如果在一幅图上画一个直径为一厘米的太阳,那么海王星的真实位置应该画在距离这个太阳30米以外的位置上。综上所述,如果我们想要画一个真实的太阳系图片,又想在这幅图上展现出所有星体的样貌,那么我们需要一张很大很大的纸,这张纸的大小至少要在10000平方米以上。
太阳系到底有多大
现在还不好说。
从太阳系的结构看,一般把海王星轨道以内的部分称为“内太阳系”,半径大约为30天文单位。主要结构为各大行星和火星与木星之间的小行星带。
半径在30-75天文单位距离上,称为“外太阳系”,主要结构为柯依伯带及其中的天体。柯依伯带中的小天体也是太阳系内周期性彗星的主要来源。
半径在75-110天文单位距离上,称为“黄道离散盘”,其中也有一些离散型小天体,被认为是非周期性彗星的主要来源。在110天文单位距离上,基本上已经是太阳磁场的边界了,一般认为,这已经是太阳系的边缘了。
但后来通过对某些彗星的研究发现,有些彗星只能来自于比黄道离散盘更远的地方,因而设想在更远的距离上太阳引力仍在起作用,还可能存在一些物质结构,可能存在一个包围着太阳系的球体云团,其中可能存在着不少不活跃的彗星体。这个球体云团被称为“奥尔特云”,距离太阳约50,000至100,000个天文单位,最大半径差不多一光年。
虽然奥尔特星云有待人类去发现,但大多数天文学家都认为它确实存在。他们还认为它是由太阳系形成时遗留的残片组成的。
结果到现在,太阳系就成了下面图片中看到的样子。中间的黄色小圆盘是内太阳系,内太阳系以外的黄色圆盘是柯依伯带,淡蓝色的球就是奥尔特云。
太阳系星体大小对比图,来看看地球到底有多
从太阳开始说,太阳的直径大约为140万千米,水星的直径约为0.49万千米,金星直径约1.21万千米,地球直径约1.28万千米,火星直径约0.68万千米,木星直径约14.30万千米,土星直径约12.05万千米,天王星直径约5.11万千米,海王星直径约4.95万千米。按照一定比例排列在纸张上,它们的大小是这样的:
↑从左到右依次为:太阳-水星-金星-地球-火星-小行星带-木星-土星-天王星-海王星-柯伊伯带
如果上面的数据和图片还是没办法足以让你对太阳系中的各大行星有具体认识的话,我们不妨打一个比方。如果把木星看作是西瓜的话,土星就是柚子,天王星是苹果,海王星是柠檬,地球是圣女果,金星是葡萄,火星是蓝莓,而最小的水星只是一颗小胡椒。至于太阳,大概是1000颗西瓜的大小了。
↑用身边的球形物体类比星球
如果你看完这些还是不清楚的话,可以按照我的类比找出对应的东西,排列在一起比比看。
——以上内容参考米莱童书《生命简史》