可观测Universe第1章 太阳系及八大行星

太阳系及八大行星 · 描述：我们所在的恒星系统 · 身份：包含太阳和八大行星、小行星带、柯伊伯带等 · 关键事实：位于银河系的猎户臂直径约1光年年龄约46亿年是唯一已知存在生命的恒星系统。

太阳系及八大行星（第一篇幅） 引言：我们的宇宙家园 在浩瀚的银河系中一颗普通的黄矮星——太阳——用引力编织出一个直径约1光年的“引力王国”。

这个被人类称为“太阳系”的恒星系统不仅承载着地球这颗唯一已知存在生命的星球更藏着46亿年演化的壮丽史诗。

从炽热的太阳核心到冰冷的小行星带从气态巨行星的风暴到冰巨星的神秘环系太阳系的每一个成员都在诉说着天体物理的法则与宇宙的奇迹。

本文作为系列首篇将系统梳理太阳系的定义、边界、起源演化并聚焦于太阳与内太阳系类地行星的深层特征揭开我们所在恒星系统的“身份档案”。

一、太阳系的定义与边界：从太阳到奥尔特云 1.1 恒星系统的基本构成 太阳系的本质是一个以太阳为中心、受其引力约束的天体系统。

根据国际天文学联合会（IAU）的定义其成员包括： 恒星：太阳（占太阳系总质量的99.86%）； 八大行星：按离太阳由近到远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星（2006年冥王星被重新分类为矮行星）； 矮行星：如谷神星（位于小行星带）、冥王星（柯伊伯带）、阋神星等； 小天体：包括小行星（主要分布于小行星带、特洛伊群）、彗星（多来自柯伊伯带和奥尔特云）、卫星（行星的天然卫星如地球的月球、木星的伽利略卫星）； 星际物质：太阳风与星际介质相互作用形成的“日球层”以及更遥远的奥尔特云。

1.2 太阳系的物理边界 太阳系的“边界”是一个动态概念通常以不同天体的引力或太阳风影响范围划分： 内太阳系：以小行星带为界（约2.2天文单位AU）包含太阳、八大行星中的类地行星（水、金、地、火）及部分小行星； 中太阳系：小行星带至海王星轨道（约30AU）涵盖气态巨行星（木、土）与冰巨星（天、海）的过渡区域； 外太阳系：海王星轨道之外（30-1000AU）包括柯伊伯带（Kuiper Belt）、离散盘（Scattered Disk）及奥尔特云（Oort Cloud）。

其中奥尔特云被认为是长周期彗星的发源地其边缘距太阳约1光年（约6.3万AU）标志着太阳系引力控制的极限。

值得注意的是2023年欧洲空间局（ESA）的“盖亚”卫星通过恒星运动数据修正了太阳系在银河系的位置——它并非位于猎户臂中心而是更靠近臂缘距离银心约2.6万光年以约220km/s的速度绕银心公转每2.25亿年完成一次“银河年”。

二、太阳系的起源与演化：46亿年的星尘史诗 2.1 星云假说：从分子云到原行星盘 现代天文学对太阳系起源的主流解释是“太阳星云假说”（由康德、拉普拉斯在18世纪提出经现代观测修正）。

其核心脉络如下： 约46亿年前在银河系猎户臂的一片分子云（主要成分为氢、氦含少量重元素）中某片区域因超新星爆发的冲击波或自身引力不稳定开始坍缩。

中心区域的物质密度剧增温度升至约1500万℃触发氢核聚变——太阳由此诞生（原恒星阶段约持续1000万年）。

剩余物质在太阳周围形成一个旋转的盘状结构（原行星盘）直径约100AU。

盘中物质分为三部分： 内盘（＜2.5AU）：温度高达1000℃以上仅低熔点的金属（铁、镍）和岩石（硅酸盐）能凝结形成类地行星的原料； 中盘（2.5-15AU）：温度降至-100℃左右水、氨、甲烷等挥发性物质凝结为冰粒为巨行星提供更多固体核； 外盘（＞15AU）：极低温环境使冰物质大量保存成为柯伊伯带的物质基础。

2.2 行星形成：从尘埃到世界的碰撞史 原行星盘的演化遵循“吸积”法则： 星子阶段（微米级→千米级）：尘埃颗粒通过静电力黏附碰撞合并成毫米级的“宇宙尘”再进一步生长为千米级的“星子”（Protoplanet）； 原行星阶段（千米级→行星级）：星子在引力作用下清扫轨道附近物质质量增长加速。

内盘星子因物质有限（仅岩石/金属）最终形成体积小、密度高的类地行星；外盘星子因冰物质丰富核心质量可达地球的10倍以上进而捕获大量氢、氦气体形成气态巨行星（木、土）；而天王星、海王星因位置更远吸积气体时太阳风已增强仅保留较薄的气态包层成为“冰巨星”（主要成分为水、氨、甲烷冰）。

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