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太陽係八大行星。｜NASA/JPL
來源｜科普中國-未來耀科學
地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃中。所以走向深空，尋找宜居係外星球，是人類長久以來的夢想。
可是今天，我們(men) 對太陽係和之外的世界了解有多少？人類探測器最遠去到了哪裏？我們(men) 探測到了多少係外行星？科幻片裏的星際旅行方式，可能變成現實嗎？
在4月27日的科普中國-未來耀科學“空間探索”特別直播中，國家天文台研究員苟利軍(jun) 、青年研究員範舟和助理研究員趙斐，同我們(men) 一起探索更遙遠的宇宙空間。
獨特的太陽係
在茫茫宇宙中大約有數千億(yi) 個(ge) 星係，一個(ge) 星係又包含數億(yi) 顆恒星，太陽隻是其中一顆。可是在某種程度上，我們(men) 的太陽係卻又非常獨特。
趙斐介紹，太陽係的行星係統與(yu) 係外行星係統有很多區別。比如，在係外行星係統中，常見的往往是熱木星。熱木星是和木星相似的氣態巨行星，但軌道離太陽特別近，比地球軌道還靠內(nei) 。
我們(men) 的太陽係則有木星，表麵是明暗相間的帶狀條紋，再配合一個(ge) 大紅斑，非常漂亮。木星是太陽係最大的行星，其他七大行星的質量加起來，還不到木星質量的一半。而且它處在地球所在的宜居帶之外，公轉周期大概是12年，像清掃機一樣繞著太陽運行，會(hui) 清除掉大多數試圖飛進內(nei) 軌道的小天體(ti) ，為(wei) 我們(men) 的地球豎起一道安全屏障。
熱木星在係外行星係統中更常見（藝術構想圖）｜ESA/Hubble
太陽係的邊緣有個(ge) 小黑洞？
由於(yu) 冥王星被降級為(wei) 矮行星，目前太陽係公認有八大行星。可是，近年來有一種說法認為(wei) ，在遙遠的太陽係邊界附近還存在一個(ge) 第九大行星，那是什麽(me) 樣的天體(ti) 呢？
苟利軍(jun) 介紹，有天文學家猜測，這顆潛在的第九大行星可能是一顆黑洞，質量為(wei) 地球的5～10倍。恒星演化到生命末期，會(hui) 在引力作用下坍縮形成致密的時空區域，也就是黑洞。如果把地球壓縮成黑洞，直徑大概是1.8厘米；而黑洞的質量與(yu) 直徑成正比，可以推算出這個(ge) 潛在黑洞的直徑大約是10厘米，隻有拳頭大小。冥王星繞太陽一圈需要248年，這個(ge) 天體(ti) 的公轉周期可能會(hui) 是上萬(wan) 年，距離太陽非常遙遠，很難探測到。
太陽係的邊界在哪裏？
人類已經發射多顆探測器探索太陽係內(nei) 各大行星，2012年，旅行者一號更被認為(wei) 已經飛出太陽係。可是太陽係的邊界究竟在哪裏？飛出太陽係要走多遠？
範舟介紹，傳(chuan) 統上人們(men) 認為(wei) ，冥王星以外就不屬於(yu) 太陽係了。但事實上，太陽係和星際空間的分界並不明確。
一方麵，太陽會(hui) 吹出太陽風，抵抗外來星際物質，在交界處形成日球層。很多人將日球層頂，也就是太陽風終止的地方看作太陽係邊界。太陽風影響的範圍大約是太陽至冥王星距離的4倍。
另一方麵，太陽引力主導的範圍可能還要向外延伸1000倍，到達奧爾特雲(yun) 的位置，也就是大量彗星的起源之地。
不過，奧爾特雲(yun) 目前隻是理論猜測。要從(cong) 地麵上觀測遙遠的太陽係邊緣非常困難，而發射探測器又需要飛行很長時間，所以太陽係至今仍有很多未解之迷。
太陽係的邊界並不明確。圖中紅色曲線為(wei) 日球層頂。｜來源：NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab
係外行星如何探測？
在太陽係之外，是否有像地球一樣適宜人類居住的星球？在那上麵是否生存著其他生命？帶著這些好奇，人類對探索係外行星滿懷熱情。
趙斐介紹，目前人們(men) 一共探測到4000多顆係外行星，探測這些係外行星的方法主要有三種。第一種是直接成像法，目前用這種方法發現了50多顆係外行星。由於(yu) 行星不發光，隻反射主星的光，所以要直接探測比較困難，不過在一些情況下，通過遮住主星的光，可以分辨出行星的微弱光芒。
第二種是多普勒速度法，用這種方法發現了800多顆係外行星。其背後的原理是，如果周圍有行星圍繞，就會(hui) 對主星造成擾動，使主星產(chan) 生周期性的速度變化，從(cong) 而在光譜上表現為(wei) 周期性的紅移和藍移。
第三種是淩星法，剩餘(yu) 3000多顆係外行星都是通過淩星法觀測到的。就像月亮擋住太陽會(hui) 形成日食一樣，行星周期性地圍繞主星運動，同樣會(hui) 遮擋主星的光，觀測到這種微弱的亮度變化就可以確認行星的存在。
星際旅行真的可行嗎？
在電影《星際穿越》中，人類為(wei) 了尋找新的宜居星球，穿越蟲洞，進行時間旅行。這樣的星際旅行真的可行嗎？
苟利軍(jun) 介紹，如果能發現蟲洞，穿越到一個(ge) 大質量黑洞周圍，是比較安全的。但如果是太小的黑洞就不適合，因為(wei) 小質量黑洞周圍潮汐力非常大，人還沒靠近黑洞，早已經被撕碎成基本粒子了。
黑洞的中心是一個(ge) 體(ti) 積無限小、引力無限大的奇點，在這裏時空極度扭曲。目前用來描述引力的廣義(yi) 相對論在奇點處是失效的，我們(men) 對黑洞仍有很多未知，未來需要量子引力理論來描述奇點的狀態。
穿越到大質量黑洞周圍或許比較安全。｜電影《星際旅行》
結語
宇宙深空或許遙遠，但對於(yu) 天文學家而言，宇宙就像是一個(ge) 巨大的實驗室，進行著地球上無法實現的各種實驗，比如恒星內(nei) 部的核聚變，比如黑洞周圍的極端引力環境。
奇妙的是，歸根結底，天上的規律與(yu) 地上的規律是統一的，我們(men) 探索宇宙的發現最終又會(hui) 反過來應用到各種技術上，推動我們(men) 探索未知的步伐。
如今，飛出太陽係尚且困難重重，但相信懷著對星辰大海的向往之心，人類必將深入更廣闊的宇宙，揭開更多宇宙奧秘。
整理 | 李 瑞
編輯 | 陳天真
來源 | 未來耀科學“空間探索”特別直播
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