太阳系是由太阳及受其引力束缚的天体组成的行星系统,包括八颗行星及其天然卫星、矮行星、小行星、彗星以及更小的粒子。太阳系约形成于46亿年前,位于银河系之中。它的结构远远超出行星所在的区域,还包括遥远的冰质天体群,以及受太阳向外流出的粒子影响的广阔区域。(science.nasa.gov)
太阳与轨道结构
太阳约占太阳系总质量的99.8%。它是一颗主要由氢和氦组成的恒星,通过核心中的核聚变产生能量。太阳的引力主导着行星的运动,而其辐射则为行星表面和大气提供了最主要的外部能量来源。(science.nasa.gov)
太阳系内的距离通常以天文单位(AU)表示。一个天文单位约等于1.5亿千米,相当于太阳与地球之间的典型距离。海王星的轨道距太阳约30天文单位。大多数行星的轨道接近圆形,大致处于同一平面内,且沿同一方向运行,反映出它们起源于一个旋转的盘状结构。彗星和一些较小天体的轨道则可能更加狭长,或具有很大的倾角。(science.nasa.gov)
行星运动近似遵循开普勒定律:轨道为椭圆,太阳位于其中一个焦点;绕行天体与太阳的连线在相等时间内扫过相等面积;公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。天体之间的相互引力作用会使实际轨道偏离简单的二体轨道。因此,距离太阳越远的行星,完成一次公转所需的时间越长。(science.nasa.gov)
行星及其分类
按距离太阳由近到远排列,八颗行星依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。内侧的四颗行星属于类地行星,主要由岩石和金属组成,并具有固体表面。水星和金星没有天然卫星;地球拥有月球,火星则有两颗小卫星。它们的大气、表面状况和地质演化历史存在显著差异。(science.nasa.gov)
木星和土星属于气态巨行星,整体成分以氢和氦为主。天王星和海王星被归类为冰巨行星,因为水、氨和甲烷等较重化合物在其内部所占的比例更高。这里的“冰”指的是成分类别,并不意味着它们的深部内部处于冻结状态。四颗巨行星都拥有行星环和多颗卫星。(science.nasa.gov)
根据国际天文学联合会2006年制定的定义,太阳系中的行星必须绕太阳运行,质量足够大,能够在自身引力作用下形成近乎球形的形状,并且已经清除其轨道附近的其他天体。矮行星满足前两项条件,但不满足第三项,同时也不是卫星。这一区分既涉及轨道动力学,也涉及天体形态;矮行星是一个独立类别,而不是八颗行星之下的一个子类别。(iau.org)
小天体与外侧天体储库
位于火星和木星之间的主小行星带包含行星形成过程中遗留下来的岩质天体。谷神星是其中最大的成员,也是一颗矮行星。较小天体还分布在许多其他区域,包括地球附近的轨道,以及与巨行星相关的天体群。这些天体成分多样,保存着太阳系早期环境的线索。(science.nasa.gov)
海王星之外是柯伊伯带,这是一个主要由冰质天体组成、分布呈扁平状的天体群。其主要区域大约从30天文单位延伸至50天文单位,但相关天体群分布得更远。冥王星是其中一个著名成员。更遥远的天体可能沿狭长轨道运行,这些轨道受到它们与海王星及其他巨行星引力交会的塑造。(science.nasa.gov)
奥尔特云是一个假说中的冰质天体储库,大致呈球形,距离太阳数千至数万天文单位,可能延伸至约10万天文单位。目前尚未直接观测到这一完整天体群;其存在主要是根据长周期彗星的轨道推断出来的。经过太阳系附近的恒星以及银河系的引力作用,都可能扰动这些遥远天体,使其中一部分进入太阳系内侧。(science.nasa.gov)
形成与演化
太阳系起源于一团星际气体和尘埃云中部分物质的坍缩。随着物质收缩,其旋转形成了一个原行星盘,其中大部分物质聚集到中央的年轻太阳上。通过碰撞和引力聚积,固体天体逐渐增大,最终形成行星和卫星。(science.nasa.gov)
原行星盘中的环境随距太阳的远近而变化。在温度较高的内侧区域,岩石和金属能够保持固态;在更远处,其他挥发性化合物也能够凝结。这些差异促成了内侧岩质行星和外侧大质量行星的形成。此后的撞击、引力散射以及行星轨道变化改变了最初的布局;现存小天体是这一过程的遗留物,而不是原行星盘未经改变的记录。(science.nasa.gov)
边界与探测
太阳风是向外流动的带电粒子流,它在周围的星际介质中撑起了日球层。日球层的外边界称为日球层顶,标志着由太阳风主导的等离子体向星际等离子体的过渡。这并不是受太阳引力束缚的系统的边界:假说中的奥尔特云延伸得远得多。因此,采用不同的物理定义,太阳系的“边缘”也就具有不同的含义。(science.nasa.gov)
航天器通过飞掠、轨道探测、着陆和采样返回任务,对行星及较小天体开展了研究。旅行者1号于2012年穿越日球层顶,旅行者2号随后于2018年穿越,为日球层之外的星际环境提供了直接测量数据。不过,这两次穿越都没有使探测器越过被认为属于太阳系的遥远彗星储库。(science.nasa.gov)