未来航天动力装置：星际旅行人类能飞多远？--科技--人民网
未来航天动力装置：星际旅行人类能飞多远？
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　　茫茫宇宙，浩瀚星空，大自然中有太多的奥秘牵动着人们的好奇心，催促着人们不停地探索追寻。但时至今日，探测器只不过刚飞离太阳系，载人飞船也仅仅到过月球而已。难道说现有的技术水平还无法实现人类太空寻梦的理想？　　500年前，在哥伦布跨越大西洋将新大陆展现给欧洲后，英国、法国、西班牙和葡萄牙的开拓者们毫不犹豫地扬帆西行。今天，若我们在宇宙中能找到新的、适合人类生存的星球，人类探索地外生命的脚步无疑将更加快捷。　　目前，美国航空航天局（NASA）正准备实施一项名为“地球行星搜寻者”（TPF）的太空探测计划，拟在今后10年，将一台TPF太空望远镜送入太空，专门寻找宇宙中同地球类似的行星。尽管人类不知像地球一样的行星身在何处，而在像TPF那样先进的仪器所拍摄的照片上，行星也仿佛是笼罩在其附近恒星光芒中的一个十分微弱的光斑。但就是这个微弱的光斑足以让人类了解到行星的质量、温度和物质构成。同时，还可以推断，它是否具有生命的化学标记物，例如含有水蒸气和甲烷的富氧大气。如果我们找到了所期待的、在另外一个行星上极有可能存在着生命的证据，那么人类自然会欣喜若狂，感到在茫茫宇宙中我们也许并不孤独。但是，静静想来，我们走出太阳系，靠的是什么呢？　　要知道，离我们人类最近、推测存在着类似地球的恒星系阿尔法人马座（AlphaCentauri）距我们4.4光年，这个距离是人类历史上飞行最远的深空探测器飞行距离的3000倍；而拥有三颗大行星、与太阳系十分相似的巨蝎座55（55Cancri）（恒星）距地球约50光年。因此，我们人类要走出太阳系、走进深空需要速度极快的交通工具，即极速飞行器，它应比我们人类目前制造的航天仪器要先进得多。不过，美国NASA喷气推进器实验室的工程师罗伯特?弗里斯比对此却信心十足。他认为，走进深空并非是可望不可及的事情。　　弗里斯比目前正从事先进的推进器概念研究，他的工作和梦想就是要找到完成星际旅行的工具。他认为，他所研究的5种不同的推进技术可能让宇航员在未来花费不足50年的时间飞抵阿尔法人马座恒星系。弗里斯比说，“深空探测不是梦幻。当有人做到时，我们所说得便再也不是幻想。”　　飞出太阳系、走进另一个恒星系的计划，耗资将是巨大的，但同时也是伟大的！　　走出太阳系要靠核动力　　1903年，俄国物理学家康斯坦丁?齐奥尔科夫斯基发现了星际旅行中的巨大障碍，即火箭的最大速度不可能超过火箭推进器喷口喷出物质速度的两倍。今天的航天飞机在飞行过程中，燃料燃烧后从喷口喷出的速度低于每秒3英里，航天飞机的速度无法突破每秒6英里这个界限。以这样的飞行速度，宇宙飞船需要12万年才能飞抵阿尔法人马座恒星系。因此，一名宇航员要想在自己的有生之年（工作40年）飞抵目的地，飞船的速度必须是现在航天飞机飞行速度的3000倍。　　可如何才能达到这么快的速度呢？弗里斯比说，利用核裂变、核聚变和反物质3种工作形式工作的核反应堆作为推进动力，就有望实现这个理想。　　核裂变火箭　　科学家们同核裂变打交道已有六十多年的经验。几十年前，他们利用核裂变原理制造了原子弹和可控核反应堆。　　美国劳伦斯?利弗莫尔国家实验室的研究人员在乔治?查普林的领导下，设计出了概念型、可控高速粒子的“裂变碎片”反应堆。该反应堆类似于一大摞“唱片”。“唱片”主体由石墨构成，石墨上有放射性核燃料（如钚和镅）。工作时，“唱片”旋转着进入圆柱形塔，同塔中其他放射性物质接触后迅速发生可控链式裂变反应。附加在“唱片”状反应堆上的强大磁场将反应产生的裂变碎片束缚在一起，以同一方向喷射而出，喷射所产生的巨大的反作用力能把火箭推到极高的速度，即每秒1.8万公里，约为光速的6％。　　为使火箭飞行速度达到光速的十分之一，即每秒3万公里，弗里斯比提议把两个裂变火箭叠加起来成为二级核裂变火箭。该火箭第二级将能有效地将火箭（探测飞船）推到光速的12％。这样，人类可经过46年漫长的星际旅行，进入阿尔法人马座恒星系中类似地球的行星的轨道。如果要探测离地球更远的星球，那么宇航员在有生之年根本无法完成漫长的星际旅行。即使可以采用更多级的核裂变火箭来协助飞行，他们也只能仰天长叹。　　镅242并非自然界中存在的元素，它是通过用中子轰击钚而获得的放射性同位素。镅242是最理想的可作为核燃料的同位素，因为它只需达到裂变反应临界状态的铀或钚质量的1％，就能开始持续裂变。从传统的放射性燃料如铀235和钚239中不可能得到这样的裂变碎片，因为它们都需要巨大的燃料棒来吸收裂变产物。　　为了大大减轻飞船的重量，使其尽可能的小，裂变火箭应该用镅242这样的、能产生可作为推进剂的高能高温裂变产物的核燃料。不过据美国　　专家估算，飞向邻近恒星系的旅行需要大约200万吨镅。然而，如果改用铀或钚，那么所需燃料重量会大得更为惊人，这势必将增加探测器的体积和重量，使探测器变得十分庞大而不切实际。　　核聚变火箭　　弗里斯比认为，因为核聚变是将原子核结合在一起而不是将原子核分裂，所以该火箭的发动机在获取能量的方式上要比裂变发动机完美得多。聚变反应堆能够减少产生一些不必要的放射，另外聚变堆很容易获得补充燃料。这是因为在月球的表面和木星的大气中存在大量的燃料氘和氚。这意味着，采用利用核聚变火箭作为交通工具可在太阳系内的月球或木星上补充燃料，然后继续星际旅行。　　但遗憾的是，科学家经过了数十载的努力，至今仍没有造出一个能正常工作的核聚变反应堆。人类已经知道如何引爆氢弹（氢弹爆炸时发生核聚变反应），但却无法掌握控制技术。美国新泽西国家球形环试验装置（NSTX）和联合欧洲环（JET）等聚变实验平台将氘和氚原子核约束在磁场中，并加热至数百万度，当原子核发生碰撞并结合时有能量释放出来。但是，眼下这类试验所耗能量几乎是其产生能量的两倍。　　不过，弗里斯比乐观地认为，聚变技术已不再遥远。一旦科学家掌握了受控核聚变，那么他们将控制反应中产生的带电粒子，并让它们从喷口喷射而出。从核聚变反应堆喷出的粒子能使二级火箭的速度达到光速的12％。核聚变火箭推进的宇宙飞船同采用核裂变火箭推进的星际旅行类似，能很快地飞抵最近的恒星系，但却没有更多潜力可挖。核聚变火箭需要的燃料大约也是200万吨，不过不需要厚厚的防辐射层，这意味着利用这种动力的空间仪器体积要小得多。　　反物质火箭　　阿尔伯特?爱因斯坦著名的能量方程（E＝mc2）表明：物质是能量的一种浓缩形式。裂变和聚变反应仅仅将1％的反应物质转化成了能量。然而事实上，有一种方式能使物质与能量的转化率接近100％，这就是将物质与其镜像“孪生”兄弟―――反物质相结合。物理学家让接近光速的基本粒子进行猛烈碰撞后获得了少量的反物质。瑞士CERN高能物理实验室的科学家不久前“捕获”到1百万个反氢原子。应该看到，反物质将是星际旅行火箭的重要燃料。然而，想要获得星际旅行火箭所需的大量反物质，也许是件不可思议的事情。但弗里斯比表示：这是一种相当直接的方式，我们已经拥有了产生反物质所需的磁场、辐射体和粒子束。　　在反物质火箭中，一定量的反氢原子和等量的氢原子在燃烧室内混合发生“燃烧”。如果双方各自重量为半磅，那么在结合湮灭时所产生的能量将比10兆吨氢弹释放的能量还要大，伴随能量喷出的还有π介子和μ介子粒子流。采用同裂变火箭类似的方式将粒子束缚起来，让它们从喷嘴喷出，其喷射速度将达到光速的三分之一，这样火箭的最高速度将可达到光速的66％。　　两级反物质火箭飞往阿尔法人马座恒星系需要90万吨燃料。在更远距离的星际旅行中，利用四级（两级加速，两级减速）火箭可使反物质火箭显示出自己的优势。据弗里斯比计算，飞往距离地球41光年的巨蝎座55恒星需要3800万吨燃料，耗时130年。而采用裂变火箭，同样的航程则需400年。　　走出太阳系还有新动力　　星际旅行的最佳方法将是放弃使用推动宇宙飞船飞行的大量燃料。　　过去人类发射的水星探测器、完成的阿波罗登月计划和现在使用的航天飞机均暴露了采用火箭推进方式存在的缺陷：携带的大量燃料使航天器变得庞大低效，因为火箭产生的大量动力耗费在运载燃料上。这种较为原始的推进方式在发射人造卫星和登月计划中尚可采用，但是在星际旅行中，工程师们认为需要另外寻找更轻便、更灵活和更迅捷的推进系统，让飞船速度接近光速。这样的新型推进系统目前有两种，其中一种不久将接受测试；而另一种如同阿尔法人马座那样，离我们还十分遥远。　　激光帆　　1984年，美国休斯飞机公司研究实验室的物理学家罗伯特?福沃德在其标志性的论文中，提出了采取古老风帆技术进行星际旅行的理念。正如劲风能使帆船漂洋过海那样，强大的激光束也可以推动具有大“帆”的宇宙飞船在太空中畅游。激光的光束射到“帆”上后便转化成动力并推动宇宙飞船前进。科学家设想用太阳系中的激光器为飞船提供动力，让其逐渐提速，并奔向遥远的世界。　　至今，工程师们已研制出一种简单的太空帆船，但它利用太阳光能而非激光束提供动力。在未来几个月内，行星学会（一个太空爱好者的私人组织）计划发射其首创的太阳“帆船”。此“帆船”名为宇宙1号（Cosmos1），重50磅，其镀铝“帆”宽达100英尺。“帆船”计划于2005年从北冰洋巴伦支海海域利用潜艇发射升空。离开大气层后，太阳光将推动它进入更高的运行轨道。　　太阳帆的工作原理是，帆将照射过来的太阳光（光子）反射回去。由于力的作用是相互的，太阳帆将光子“推”回去的同时，光子也会对太阳帆产生反作用力。就是这种反作用力推动飞船前进。NASA喷气推进器实验室太阳“帆船”负责人霍皮?普赖斯认为，这种不携带燃料的推进方式将开辟全新的星际旅行方式。但是，由于太阳光随着距离的增加而减弱，因此太阳“帆船”在远离太阳后将无法继续前进。　　同太阳光相比，聚焦的激光束能够将“帆船”推至阿尔法人马座恒星系甚至更远，&原因在于激光束不会像阳光那样随着距离的增加出现发散和减弱。根据福沃德的理念，弗里斯比描绘出人类飞向巨蝎座55星恒星的旅行方案。他采用600英里宽的铝制薄膜“帆”推动的宇宙飞船，旅行舱设在“帆”的中间。架设在地球轨道或月球表面的激光器产生的高能激光束经过一面反射镜聚焦在飞船的“帆”上推动飞船。激光器将工作数年，保证飞船达到其巡航速度。然后在飞船抵达目的地前数年重新开始工作，以帮助飞船降低速度。　　金属铝的熔点为华氏1220度，弗里斯比提出大尺寸“帆”的设想是为了解决“帆”自身的散热问题，“帆”过热由高能激光束所引起。如果计划在太空组装飞船“帆”，那么应采用更轻便、更富有弹性的材料。NASA格伦研究中心的杰弗里?兰迪斯正在研究采用金属铌（熔点为华氏4490度）或钻石（在华氏3270度时断裂成石墨）制作的薄膜。高温材料能够承受光斑更小但能量密度更高的激光束的照射。钻石“帆”具有与弗里斯比的铝“帆”相同的功能，但它对飞船的加速更快，可以缩短星际旅行时间。　　如果激光束用来帮助人类飞向巨蝎座55星，那么激光器的输出功率将大得令人不可思议。根据弗里斯比的估算，推动飞船所需的激光器稳定能量输出应达17000万亿瓦特。要实现如此巨大的能量输出，弗里斯比提出利用特殊装置集聚太阳能来泵浦激光器，也就是说激光器在太阳的作用下产生会聚的、相干性高能光束。实际上，美国芝加哥大学的物理学家已展示了一种新系统，它能将普通光的密度提高84000倍。　　如果掌握了激光帆技术，那么人类再也不用担心远距离飞行的燃料问题。此外，通过精巧的设计，当飞船到达目的地时，带有旅行舱的“帆”的中间部分将与“帆”脱离，失去中间部分的“帆”将激光束聚焦在旅行舱上，帮助它减速。根据弗里斯比的研究，激光“帆”飞船在不到10年的飞行时间内，其速度就可达到光速的一半。如果采用直径为200英里的激光“帆”，我们可以在12年半的时间内抵达阿尔法人马座；采用600英里宽的激光帆，与巨蝎座55星中类似地球的行星相会也只需86年。　　聚变冲压式喷气发动机　　理想的宇宙飞船应该同时具有激光帆和火箭的优点，这样，宇航员能操纵它随意飞行，同时又不必考虑携带和补充燃料的问题。　　1960年，物理学家罗伯特?巴萨德提出的技术设想就能够满足如此苛刻的要求。他将自己的技术称为聚变冲压式喷气发动机。该发动机利用强大磁铁形成了直径巨大的磁漏斗，磁漏斗的作用是将星际旅行中沿途的氢收集起来作为飞船核聚变反应堆的燃料。没有燃料负载的飞船在聚变冲压式喷气发动机的推动下，能以接近光速的速度在宇宙中自由穿梭。　　弗里斯比对聚变冲压式喷气发动机技术持十分谨慎的态度，认为这个概念现在还不成熟。此外，采用该技术的飞船在飞行速度不足光速的4％时，其情况同聚变火箭相当。速度进一步提高后，飞船的磁漏斗才能给反应堆提供足够的燃料。弗里斯比推断，采用聚变冲压式喷气发动机的飞船飞至阿尔法人马座和巨蝎座55星各需25年和90年。　　聚变冲压式喷气发动机飞船存在着两个明显的问题。问题之一是聚变燃料在飞船的前方堆积会产生阻力降低飞船的速度，在星球密度比较高的区域，飞船也许会因摩擦而出现接近停滞不前的状况。事实上，宇航工程师罗伯特?朱布林曾建议利用类似的磁场作为星际旅行飞船的制动器，这样既能让飞船减速，同时又能节约燃料。问题之二是现在聚变试验反应使用的氘和氚在太空中十分稀少，虽然普通氢的含量较高，但还没有人知道如何让它发生核反应。　　应该看到，虽然人类进行星际旅行最重要的是解决交通工具问题，根据弗里斯比的描述，我们似乎看到了人类走出太阳系的希望。不过，人类征服宇宙的道路还很漫长，在这条漫长的道路上还有许多问题，如宇航员生存和生活问题，在长达40多年的飞行中，他们的食物、氧气和水，以及他们的心理健康都是需要进行周密研究的课题。　　愿人类早日圆了自己走出太阳系，实现星际旅行的梦想。&
（责任编辑：徐冬梅)
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by www.people.com.cn. all rights reserved人类登上月球快50年了，为什么还飞不出太阳系？人类登上月球快50年了，为什么还飞不出太阳系？宇宙未来百家号从1957年苏联发射第一颗人造卫星算起，至今已有半个世纪的历史。这期间，人类挣脱了地球的引力，飞出了地球，登上了月球。如今，人类正朝着飞出太阳系的目标努力，到底什么时候能飞越太阳系，有如何飞越呢？宇宙航行是靠速度来实现的。当运载火箭达到每 秒7.9千米的速度时，我们称之为第一宇宙速度，飞行器才能环 绕地球飞行；达到每秒11.2千米的时候，我们称之为第二宇宙 速度，也叫逃逸速度，在这个速度下，飞船才能冲破地球的引力，在广阔的太阳系空间活动。当达到每秒16.7千米的时候， 我们称之为第三宇宙速度，在这个速度下，飞船才能冲破太阳的 束缚，飞出太阳系。但是，离地球最近的恒星一~半人马座比邻星，就与地球相 距4.2光年。最亮的天狼星与地球相距8.7光年，我们熟知的牛 郎星和织女星与地球相距分别是16.63光年和26.3光年，离银 河系最近的仙女座星系与地球相距230万光年。在距太阳系 12.3光年的范围内，只有20颗恒星。假如宇宙飞船以每秒16.7 千米的速度航行，到牛郎星和织女星分别需要32万年和46万 年。显然，目前航天所使用的火箭是无能为力的，人类要走出太 阳系，必须使火箭的速度和能量在目前基础上有千万倍的提高。尽管人类实现了走出地球的梦想，然而，由于采用化学燃料 的推进剂加大了火箭的起飞重量，因此，靠这种火箭进行长时间 的太空飞行，靠这种火箭冲出太阳系到更为广阔的宇宙空间去进 行星际航行，显然是不可能的。此外，目前的运载火箭是一次性 的，天地往返费用很大。要实现天地之间方便地往返和长时间地 宇宙航行，必须减轻火箭的重量，用新的燃料作推进剂，以提高 飞行速度。因此，研制能重复使用的运载火箭和新的推进剂，探 索新的太空运输方法，既是摆在航天事业面前的难题，又是新世 纪航天事业发展的关键。目前，“先驱者”号和“旅行者”号探测器已经飞越了冥王星轨道，成为离地球最远的探测器。为了达到这一目标，科学家们花费了十几年的时间，期间还不断利用大行星的引力加速技术。虽然“旅行者”2号已经接近了太阳系的边缘，但是距离人类飞越太阳系的愿望还是很远。想了解更多军事资讯，右上角点下关注，小编每天为您更新更多资讯哦，谢谢！本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。宇宙未来百家号最近更新：简介:浩瀚宇宙藏了许多不为人知的秘密！作者最新文章相关文章　　以爲中心的系統。由太陽、八大及其（至少165顆）、5顆已經辨認出來的（和它他的）和數以億計的構成。這些小天體包括、（Kuiper belt）的天體、和。八大行星依照至太陽的距離，依序是、、、、、、和。概述　　太陽系的最大範圍約可延伸到1以外。在太陽系中，太陽的質量占太陽系總質量的99.8%，其它的總和不到太陽的0.2%。太陽是中心天體，它的引力控制着整個太陽系，使其它天體繞太陽公轉。太陽系中的八大行星（依照至的距離，依序是、、、、、、和）都在接近同一平面的近圓軌道上，朝同一方向繞太陽公轉。太陽系的主要成員：由左至右依序爲（未依照比例）海王星、天王星、土星、木星、小行星帶、太陽、水星、金星、地球和月球、火星，在左邊可以看見一顆彗星　　太陽系雖然龐大，但在中，它猶如一粒沙。大約7千5百多萬個太陽系排成一列才相當於銀河系的直徑。地球上看到夜空的銀河並不均勻，那最亮處就是銀河的中心。這說明太陽系不在銀河系的中心位置，而是處於邊緣處。太陽帶着太陽系中的所有成員在銀河系中繞着運動。　　廣義上，太陽系的領域包括，4顆像地球的，由許多小岩石組成的，4顆充滿氣體的巨大，充滿冰凍小岩石，被稱爲的第二個小天體區。在柯伊伯帶之外還有和，和依然屬於假設的。　　依照至的距離，依序是、、、、、、和，8顆中的6顆有天然的環繞着。在英文天文術語中，因爲地球的衛星被稱爲（moon），這些衛星在英語中習慣上亦被稱爲“月球”，在中文里面用衛星更爲常見。在外側的行星都有由塵埃和許多小顆粒構成的行星環環繞着，而除了地球之外，肉眼可見的行星以爲名，在西方則全都以和神話故事中的爲名。五顆是，内已知最大的天體之一與，内最大的天體，和屬於黄道離散天體的。自從1992年首次發現行星圍繞另一顆恒星運轉以來，目前已經識别出了280個外來的恒星系，但大多數恒星系一點也不像太陽系　　太陽系的主角是位居中心的，它是一顆光譜分類爲G2V的，擁有太陽系内已知質量的99.86%，並以引力主宰著太陽系。和，是太陽系内最大的兩顆，又占了剩餘質量的90%以上，目前仍屬於假說的，還不知道會占有多少百分比的質量。太陽系内天體的軌道（由左上方顺時針拉遠觀看）　　太陽系内主要天體的，都在地球繞太陽公轉的（）的附近。行星都非常靠近黄道，而和天體，通常都有比較明顯的傾斜角度。　　太陽系内天體的軌道（由左上方顺時針拉遠觀看）。由北方向下鳥瞰太陽系，所有的行星和絕大部分的其他天體，都以逆時針（右鏇）方向繞着太陽公轉。有些例外的，如。　　環繞着太陽運動的天體都遵守，軌道都以太陽爲橢圓的一個焦點，並且越靠近太陽時的速度越快。行星的軌道接近圓型，但許多、和天體的軌道則是高度橢圓的。　　在這麼遼闊的空間中，有許多方法可以表示出太陽系中每個軌道的距離。在實際上，距離太陽越遠的行星或環帶，與前一個的距離就會更遠，而隻有少數的例外。例如，在之外約0.33的距離上，而與的距離是4.3天文單位，又在之外10.5天文單位。曾有些關係式企圖解釋這些軌道距離變化間的交互作用，但這樣的理論從未穫得證實。分類　　按傳統說法，太陽系被分爲行星（繞太陽公轉的大物體）和它們的衛星（如月球，繞行星公轉的各種大小的星體），小行星（小型的密集的繞太陽公轉的星體）和彗星（小個體的冰質的繞高度偏心軌道公轉的星體）。 八大行星通常按以下幾個方法分類：根據組成：&&& 主要由與構成，高密度，自轉速度慢，固態表面，沒有光環，衛星較少，它們是：水星、金星、地球和火星。&&& 主要由和構成，密度低，自轉速度快，大氣層厚，有光環和很多衛星，它們是：木星，土星，天王星和海王星。根據大小: 　　（直徑小於13000千米）：水星、金星、地球和火星。　　（直徑大於48000千米）：木星、土星、天王星和海王星。巨行星有時被稱爲氣態行星。　　水星有時被稱作次行星(lesser planets)（不要與次級行星(minor planets)——小行星的官方命名——相混亂）。根據相對太陽的位置：　　：水星、金星、地球和火星。 　　：木星、土星、天王星和海王星。　　在火星和木星之間的小行星帶組成了區别内層行星和外層行星的標志。根據相對地球的位置：　　：水星和金星。它們離太陽與地球較近。 地内行星看起來的如同地球上看有時不完整的月亮。 　　地球。 　　：火星到海王星。它們離太陽與地球較遠。地外行星看起來通常是完整的，或近乎完整的。根據歷史：　　（史前即以得知、可用肉眼觀測）：水星、金星、火星、木星和土星。　　（近現代所發現、用望遠鏡觀測）：天王星、海王星。　　地球。太陽系的起源及其各個演化階段　　太陽系的起源是一個關於這個世界的本原問題，它從一開始就不是一個純問題。人們爲了揭開這個迷，曾經歷盡艱辛；許多人爲此貢獻出自己的畢生精力，有人甚至獻出了生命。人類永遠不會忘記那些曾經爲理解我們這個世界而做出過重大貢獻的人們。他們有：（N.Copernicus）、（G.Bruno）、（I.Newton）、（I.Kant）、（C.Ptolemaeus）等。　　1543年哥白尼在中提出後，他無畏的科學精神一直鼓勵着人們對太陽系的認知和對自然界本原的探索。　　1644年（R.Descartes）在中認爲，太陽系是由物質微粒逐漸穫得鏇渦流式運動，而形成太陽、行星及衛星的。 　　1745年（G.L.L.de.Buffon）在中首次提出，質量巨大的物體，如彗星，曾與地球碰撞，太陽物質飛散太空，後來形成地球與其它行星、衛星。 　　1755年提出系統學說，星雲假說。太陽系是一團彌漫，在作用下聚集而成。中心形成太陽，由於斥力的增加，周邊微粒在斥力的作用下，形成團塊，小團塊再形成行星、衛星。 　　1796年（P.S.deLaplace）也提出，太陽系所有天體是由同一塊形成。原始星雲是氣態，溫度很高，並且在緩慢自轉着。而後，星雲逐漸冷卻、收縮；隨之自轉加快，使星雲越來越扁，當超過，便分離出。再次重複，生成多個。最後，星雲中心形成太陽，各環形成行星。熱的行星同理形成衛星。 　　早期的星雲說，科學界統稱，該學說在十九世紀占據太陽系起源的統治地位。由於該學說不能解釋行星排列的質量分布問題和太陽系角動量特殊分布問題而遇到了困難。 　　因此人們又轉向災變說。1900年（T.C.Chamberlain）提出新的，（F.R.Moulton）發展了這個學說。有一顆恒星曾經運動到距離太陽幾百千米處，使太陽正、背面產生巨大潮汐，而抛射出大量物質，凝集成小團塊質點，稱爲。星子是行星的，而後聚合成行星和衛星。後來還有（J.H.Jeans1916）提出的“”與以上學說略同。 　　關於太陽系起源的假說，可以說是種類繁多。二十世紀以來，人們的天文學知識越來越豐富。並且認識到，在廣闊的宇宙中，發生恒星相遇情況的可能性極小。五十年代以後，又提出了許多新的學說，這些學說大部分都是以星雲假說爲基礎的學說。歸納起來有以下六個學說的影響最大。 &&& 1．（A.G.W.Cameron）學說。六十年代以來，卡米隆從力學、化學等方面對地球起源進行了認真探討，並用計算了的演化。 &&& 2．。五十年代提出的一種。 &&& 3．（В.С.СаФронов）和(C.Hayashi)的學說。湍流形成圓盤、環的理論。 &&& 4．（A.J.R.Prentice）—新說。。 &&& 5．（M.M.Wolfson）的。小質量恒星天體相遇災變說。 &&& 6．（H.Alfvén）的。以太陽早期存在強磁場作用的行星形成理論。 &&& 雖然以上理論各具特色，但是都沒能得到公認。令人信服的太陽系起源說必需闡明下列主要問題：1、原始星雲的由來和特性。2、或星子的形成過程。3、行星的形成過程。4、的特性：共面性、同向性和近圓性。5、提丟斯—波得（Titius－Bode）定則。6、太陽系的角動量分布。7、三類行星：類地、巨行、遠日行星的大小、質量、密度方面的差别。8、行星的自轉特性。9、衛星及環系的形成。10、小行星的起源。11、彗星的起源。12、地-月系統的起源。 太陽也是由星雲物質演化來的，它處在距離銀河系中心2.7萬光年的獵戶鏇臂上星雲演化階段 　　我們現在掌握的天文學知識，對於恒星的起源、恒星的青年期、壯年期、老年期都有了非常清楚地認識。如果有人說，恒星是由星際星雲物質演化而來的。這在大多數有天文學知識的人來講，對這種說法都不會提出異議（天文學界有爭議）。　　　　在46-50億年之前，星際彌漫物質分布不均勻，物質的密集區成爲星際雲。在外界因素的觸發下，星際雲發生自吸引收縮。當密度足夠大時，星雲際雲出現不穩定，瓦解成爲多個小星雲。其中獵戶臂上的一塊小星雲，質量約爲1.03M⊙，該星雲就是以後演化成太陽系的星雲。該星雲中心溫度100K，其餘大部分的溫度均在10K以下。初始角動量2×52克·釐米2·秒-1。 　　對星雲演化階段的演化過程，大多數學者對其沒有太大的分歧。最具爭議的是外界觸發因素，一般認爲有以下幾種星雲收縮觸發機制。 &&& 1．星雲間碰撞產生激波壓縮。 &&& 2．銀河螺鏇密度波通過星際雲時產生的激波。 &&& 3．鄰近超新星爆發產生的激波。 &&& 4．其它強星雲收縮激發附近稠密的星雲。 　　許多人都認爲是超新星爆發而激發太陽星雲收縮的。但是，在有千億顆恒星的銀河系里，每年都會有不少顆恒星誕生。超新星激發而產生恒星的情況並不多見。而在銀河系鏇臂附近的星際物質，有相對銀河系中心每秒幾百千米的速度動量，少許有一點波動或激波，就足以產生使太陽星雲收縮的自轉角動量。 　　太陽星雲演化階段的主要星雲物質所在範圍約爲3～10萬個天文單位（天文單位：現在地球至太陽間的距離）。星雲演化階段的時間約爲108年。 星子演化階段 　　當太陽星雲極度收縮，大多星雲物質範圍在1～3萬個天文單位，有98％以上的物質都已收縮到一個天文單位内時，太陽系星雲進入星子演化階段。 　　在這個演化階段，大多數太陽系起源理論,對星雲中心由星雲物質收縮成星子，再由星子聚集質點形成太陽的觀點沒有異議。而對太陽以外星子和星雲物質所在星盤的形成，提出各種觀點。 　　許多理論都認爲在盤上形成了環。1、，湍流粘滯環。2、（C.F.Weizsaker）的流體力學鏇渦環。3、的離心力環。4、的力學環。等等。 　　還有理論認爲全部星雲物質都形成了太陽。如，張伯倫的恒星相遇說，金斯的潮汐說，烏爾夫遜的俘穫說，阿爾文的電磁說等。 　　依據我們對各類星雲的觀測經驗，星雲形成環的可能性極小，而且太陽星雲初始運動也沒有促使其形成環的因素。不過，星雲盤收縮時形成鏇臂是極常見的現象，鏇臂使星雲的密度產生了疏密差異。密度大的地方星雲物質開始聚積成星子。 　　有人會問，誰說星雲不能生成環，土星不是有環嗎？在太陽沒有燃燒以前太陽完全可以有環。但是，土星的赤道環和太陽星雲盤形成的環差異太大。依據洛希極限（Roche’sLimit）原理，土星類相對星體距離也較近，而且像土星這樣的環不可能形成爲一個星體。 　　對於太陽系星雲完全收縮爲一個太陽的情況，無論從物理學的角度或是從天文學的角度看，都讓人難理解。因爲星雲收縮爲星雲盤，星盤再完全收縮成一個星球體，在盤上不留一點剩餘物質的情形也非常少見。 　　太陽星雲盤上也應該形成有鏇臂。在星子演化階段的後期，在大約0.5天文單位處鏇臂中心的星子，其直徑有大於1000千米的（這種星子也可以稱爲星胚）。太陽星雲中心溫度已經超過300K，但是距太陽1個天文單位處的溫度不應該大於10K。這個演化階段所用的時間在106～107年内。 太陽—地球形成階段 　　在這個階段的開始，99％以上的太陽星雲物質聚集起來，形成了太陽的雛星。其密度約在1.35克/釐米3，它聚集了太陽系50％的角動量，由於物質的聚積，分子碰撞加劇，中心溫度已達到6000K以上。 　　在太陽的周圍這時候先後生成了四個行星，它們是： &&& 1．（Inmercury）：因爲現在這顆星已經不存在。其名暫定爲水内星（不是Vulcan）。它的質量大約是160個地球單位（現在的地球質量＝1個地球單位）。密度爲1.34克/釐米3左右。它運行在距離太陽2900萬千米的軌道上。 &&& 2．：這顆水星並不像現在的水星。它的質量約110個地球單位，密度亦爲1.34克/釐米3。這顆水星運行在離太陽7000萬千米的軌道上。 &&& 3．：它當時的質量是70個地球單位，密度1.34/釐米3，軌道距離太陽1.1億千米。 &&& 4．：當時的質量爲50個地球單位，密度爲1.33克/釐米3，軌道爲1.5億千米。 　　它們的運行軌道基本是圓型。由於形成行星的鏇臂外緣物質的角動量略大於内緣物質的角動量，内、外兩個角動量的差變成行星自轉角動量。所以以上形成的行星都具有繞太陽公轉方向相同的自轉。 　　由於太陽星雲在收縮時鏇轉略帶一點扭矩，所以形成太陽後，太陽的自轉赤道與黄道（星盤）面有7度多的夾角，所形成行星的自轉軸，也不垂直於黄道面。 　　當時，處以外的物質量還不足以形成大行星，而隻是在火星軌道處運行着幾個較大的星子。其中最大的星子直徑已超過3000千米。在火星與地球軌道之間有一個星雲的小鏇臂，該鏇臂角動量比地球的單位角動量略大一些，其形成的星體，被地球俘穫爲月球，它的質量爲0.7個地球單位。運行軌道與地球距離比現在要近得多。由於與地球角動量差轉變爲對地球的轉動。而太陽星雲内部不存在魏茨澤克學說所形容的内部鏇渦。所以太陽系星雲形成的規則衛星都是（同步自轉：自轉周期與行星公轉周期時間相等）。 　　關於水内星存在的理由，分析一下水星到火星的軌道特性就可以得到啟示。關於形成的各行星的體量，有許多證據可以證明，當時可以有很大的質量。例如：水星現在的物質豐度和質量，如果將它們分散在水星軌道的範圍以内，這些物質無論用什麼辦法也不能將其聚集成現在的水星。在地球上，各大洋底錳結核的存在和海水中豐富的鈾含量都說明，如果地球的體量從形成時到現在就沒有改變，那麼對這些現象根本就無法解釋。 　　每個原始行星的其它參數，可以由以上數據推得。 　　這個演化階段的後期，各星體表面溫度已超過200K，這個演化階段的時間在104年之内。 火星—小行星形成階段 　　在這個演化階段開始，太陽表面溫度已達到3000K左右。太陽内部已開始有小規模的核聚變。形成的各大行星由於收縮，自轉開始加快，、已全部氣化。太陽的熱輻射驅動着散落在各大行星軌道間的剩餘物質和逃逸出行星控制的氫、氦等物質，並將它們推向和。 　　由於星際物質到這個演化階段後期，在水星、小行星軌道上逐漸增多。而後火星逐漸由星子聚集形成。其質量約30個地球單位，密度約爲1.2克/釐米3，軌道參數基本與現在相同。在小行星軌道上也逐步形成了70－120個大星子，星子直徑約在2000千米至3000千米。另外還有許多直徑小於2000千米以下的星子。當時的大星子經現代技術分析可以逆向命名，如：脱羅夫（Trojan）星、沃耳夫（M.Wclf）星等。 　　這個階段約經歷103年不到的時間。 木星—土星形成階段（太陽核聚變爆發階段） 　　這個階段是太陽系形成過程中非常重要的一個階段。現代的太陽系起源理論都認爲，強大的太陽輻射和太陽風將星雲輕物質推到外行星處。至於怎樣推的和演化到什麼時間將輕物質推出去的，所有太陽系起源說都未對其定位。這個推出去的過程是一個非常實際的過程，也是研究太陽系起源的值得重視的過程。這個過程必然與太陽核聚變爆發同時開始。 　　在這個階段里太陽由於收縮，内部的高溫終於引發了整個太陽的氫核聚變活動。強大的核聚變輻射帶着太陽風掃過了前面幾個階段所形成的所有的星體和星子。這個階段大約用了105—106年的時間。 　　我們如果能看到當時的景象，真是非常壯觀：逐漸增強核聚變的太陽發着強烈的紫光，照耀着整個太陽系。小行星帶的每個星子拖着像彗星一樣的尾巴，圍着太陽形成一個圈。地球帶着月球和火星差不多，快速鏇轉着向四周散發着淡淡的氫氣、氦氣，後來又夾帶着水汽。水内星、水星、金星開始劇烈地轉動着向太陽系散發它們所帶的氣體、水汽，内太陽系空間扁平盤上，到處煙霧騰騰，給人一種祥和、溫暖的感覺。 　　在這個演化階段的稍後期，有個重要過程需要說明。在前幾個階段已經形成的各大行星都在散發着水汽，這些太空中和星球邊的水汽並沒有多大壓力，它們彌漫在内太陽系的空間里，其溫度不會低於0攝氏度，但也不會高於70攝氏度。這是個原始生命物質最容易生成的環境。開始時原始氨基酸包裹體隻是吸收熱，逆換氧化物質的簡單生命體。經過演化，在本階段結束時，生態環境開始變得惡劣。該生命體就逐漸演化出能光合的基本生命體和其寄生的共生生命體這樣兩種類别的系列生命體。像這種長期溫暖的環境現在很難人工模擬。 　　由於的壓力和的壓力，將彌漫在内太陽系的氫、氦和水汽驅趕到現在的木星及土星軌道附近，木星、土星軌道上的星子逐漸增大，因爲大部分物質在木星軌道處就被星子俘穫了，而土星星子俘穫的是重新凝結（溫度低）的氫、氦氣和水汽團，所以聚集在土星軌道上星子的密度變得越來越小。 　　在行星形成的過程中，由於高密度物質向行星中心集結，低密度的物質浮向行星表面，由於，行星的轉速急劇加快，太陽輻射使行星失去的表面物質將帶走大量的行星自轉角動量，致使行星逐漸失去自轉角動量而使自轉變得緩慢。特别是水内星，由於上述過程急劇演化，當該行星在失去三分之二質量後，其自轉角動量已所剩無幾。在這種情況下，該星對太陽來講就像一個向心鏇轉的火箭，它拖着長長地急速噴射着水汽的尾巴，沿着距離太陽越來越近的軌道，漸漸地又突然快速地跌進了太陽。 　　水星幾乎也有着同樣的命運，不過當它向太陽移近運行軌道1200萬千米時，它的易揮發輕物質已經消耗殆盡，這時它就停留在現在的軌道上，繞着太陽轉動着。水星1200萬千米的軌道遷移，影響了水星的軌道參數，所以水星繞太陽轉動的軌道有較大的偏心率。 　　金星離太陽遠得多，以上論述的物理過程中，幾乎將金星自轉角動量全部帶走。但是，由於金星的輕物質揮發較慢，金星軌道的遷移量不多。 　　這個物理過程，對地球和火星影響更要好得多。地球作爲行星開始演化時，最快的自轉速度，可能達到了幾個小時，可是當地球被太陽揮發到2個地球質量時，其自轉速度已減慢到要十五、六個小時左右轉一圈了。 　　到了這個演化階段的後期，木星、土星已初步聚合而成。 　　在這個演化階段後期和下一個演化階段的初期太陽將進入一個災變時期。 天王星—海王星形成階段 　　在這演化階段的開始前，太陽進入了一個災變性階段，該災變可以稱爲太陽角動量災變期。 　　當彌漫星雲塌陷爲一個恒星胚時，星雲物質帶有大量的轉動角動量聚集到星體，聚集的初期角動量分布分散。恒星胚轉動較慢，當恒星核聚變產生之後，大部分物質都被氣化或電離時，較重物質急速向恒星中心聚集，輕物質浮向恒星表面，因角動量守恒，恒星轉速越來越快。 　　對於較大的，形成恒星前的鏇轉速度較快，其聚集後星體含角動量極大，產生後，星核還沒完全形成。爲了克服巨大的角動量轉速，恒星會分裂爲，或者是。銀河系中就有許多這樣的恒星結構。 　　對於有較少量角動量的恒星，在恒星形成的年青階段都有一個天文學稱之爲金牛T型階段。在這個階段，由於恒星聚集很大角動量，經過演化恒星開始快速地鏇轉，再加上恒星劇烈地核聚變，使恒星沿赤道表面會抛射出大量的物質。這些抛射出的物質帶走大量的恒星自轉角動量。金牛T型階段結束後恒星進入了（H—Rdiagram）的階段。又有，恒星的較差自轉現象和太陽風（有質量的太陽抛射物）也要損耗大量的角動量，使其後的恒星自轉速度越變越慢，恒星的自轉角動量亦越來越少。 　　這些金牛T型階段的太陽抛射物，最先訪問的是水星，而且也很頻繁，聚集後不長時間，就完全氣化，然後又脱離了水星。由於這些物質擊中水星的方向較正，使水星的自轉幾乎等於同步自轉。塊狀物對金星的撞擊角度不同水星，這些大塊抛射物的撞擊，使金星的自轉變爲慢速地逆方向轉動，這個撞擊角和對水星的影響可以用作圖法得出，也容易理解。這些抛射物能塊狀地訪問地球、火星的可能性很小，所以就不會對這些星體造成什麼重大影響。在黄道面内的這些抛射物，最後都被太陽的輻射和太陽風推到木星、土星軌道，也有的被該軌道上的星子所俘穫。 　　與有7度多的夾角。太陽的金牛T型段的赤道抛射物有很大一部分被抛射出原太陽星雲盤黄道面。這些抛射物，經由黄道盤的上、下飛越水星、金星......木星、土星。這些抛射物質在鏇轉盤上群星引力的作用下，落在天王星的軌道上，被那里的星子俘穫，然後積聚爲天王星。這些抛射物的運動軌蹟可用推出。 　　也許太陽向雲盤上、下抛射的物質量並不相等，也許抛射的物質在雲盤上、下運行的距離有差異。所以它們形成的星子都會有水平於黄道平面的自轉。當變得更大的星子聚集起來形成天王星時，該星是一顆基本躺着轉動的星，星内有大量的放射性物質，也說明該星大部分物質直接來自已經核聚變的太陽。 　　有一些抛射物質因爲沒有被天王星子俘穫，在星雲盤處穿越天王星軌道，由於慣性，又運行一段距離，在星盤的引力的作用下，從另一面落入海王星軌道，被海王星軌道的星子俘穫。因爲它們的運動軌蹟非常難以形容。所以這些星子最後形成的海王星，自轉軸相對黄道面傾斜很大角度。海王星的物質大部分也來自太陽，它也含有大量的放射性物質。 　　天王星、海王星演化階段曆時106年。 　　海王星外的冥王星是二十世紀三十年發現的一顆行星，從質量上講冥王星不能算是一顆大行星。對於冥王星外的太陽系空間，我們知道得不多，可以放在後面討論。 太陽系各星體的地質演化和後期演化要點 　　成爲主序星後，有個現象非常重要：太陽的聚集高溫點燃了核聚變，開始時燃燒的規模較小，然後逐漸加劇，最後達到燃燒的最大點，這時間在103年左右。劇烈地燃燒，必然產生燃燒阻隔，使燃燒逐漸減弱，這就形成了一個周期。現在我們把它稱爲太陽活動周期，這個周期現在大約是11.2年。太陽剛進入主序星時，活動周期的波動非常明顯，當時波動周期的時間大約在70年左右。 　　　在聚積成行星後，經過一定時間，水星的地質演化非常充分，鐵的核、岩的殼外麵包裹着水和氫氣、氦氣。當太陽的熱量吹走表面的氣體、水和極易揮發物質後，火星遷移到現在運行的軌道。而後幾億年強烈的太陽風，又吹去了大部分岩殼（當時的水星岩是熔融態），以至它表面易揮發的金屬也被吹走了。 　　要好得多，它隻失去了水分和部分易揮發物質，而且軌道也移動不多。 　　是顆神奇的行星，它的初期演化就有生物參與。地球大氣中的氧，如果沒有生物作用是不可能存在的。在太陽早期活動周期的低穀，地球建立了，再加上氧的作用，地球保住了剩餘下來的水，爲今後的生物進化提供了條件。 　　是地球的衛星，在當初形成時它是太陽系中最大的衛星。因爲是衛星僅有同步自轉，所以它的地質演化並不充分，幾乎沒有鐵核。它的質心偏向地球。當它失去月表的水分後，太陽風又吹去了月表所有的易揮發物質和易揮發金屬。由於逐漸失去部分地球的引力和質量，月球軌道在遠離地球。 　　最大時，有30個地球質量那麼大，但是其99％以上都是輕物質。它的地質演化應該非常充分。當火星演化到10億年以前，火星表面還存在有大量的水，隻因大氣中沒有存住氧，這些水分都慢慢地失去了。它的兩顆衛星是火星演化時期俘穫的。火衛一來自小行星軌道的可能性極大，因爲在那里被劃傷的概率要比作爲衛星要高得多。 　　上，直徑大於2000千米的小行星都有相當充分的地質演化：鐵的核、岩的殼、外包着水和氣。太陽初期的劇烈燃燒，吹走了它表面的氫、氦氣和水，使所有的小行星失去了成爲大行星的機會。大小不等的類地小行星運行在軌道上，其速度、質量又各不相同，在以後形成的大質量和近距離的木星脅迫下，小行星經常發生碰撞，裂解成爲各類小行星族。有些脱離原來的軌道進入地球、火星軌道。地球上見到的鐵隕石和石隕石大都來自小行星軌道的物質。另外大部分脱離軌道的小行星或被木星俘穫或進入木星軌道。因爲有木星的巨大質量脅迫，所以在小行星軌道上運行的各族小行星的分布應該和木星軌道共振。沒有進行地質演化條件的小行星（形成時的質量小），失去大部分水分後，以原始狀態繼續運行着。有些較遠離太陽的小行星也許還保持有一定的水分。 　　　一億年後，在塌縮的星雲中心，壓力和密度將大到足以使原始太陽的氫開始熱融合，這會一直增加直到流體靜力平衡，使熱能足以抵抗重力的收縮能。這時太陽才成爲一顆真正的恒星。　　相信經由吸積的作用，各種各樣的行星將從雲氣（太陽星雲）中剩餘的氣體和塵埃中誕生：太陽演化過程的藝術畫。從左到右依次爲主序星、紅巨星和白矮星　　當塵粒的顆粒還在環繞中心的原恒星時，行星就已經開始成長； 　　然後經由直接的接觸，聚集成1至10公里直徑的叢集； 　　接着經由碰撞形成更大的個體，成爲直徑大約5公里的星子； 　　在未來的數百萬年中，經由進一步的碰撞以每年15釐米的的速度繼續成長。　　　　在太陽系的内側，因爲過度的溫暖使水和甲烷這種易揮發的分子不能凝聚，因此形成的星子相對的就比較小（僅占有圓盤質量的0.6%），並且主要的成分是熔點較高的硅酸鹽和金屬等化合物。這些石質的天體最後就成爲類地行星。再遠一點的星子，受到木星引力的影響，不能凝聚在一起成爲原行星，而成爲現在所見到的小行星帶。　　在更遠的距離上，在凍結線之外，易揮發的物質也能凍結成固體，就形成了木星和土星這些巨大的氣體巨星。天王星和海王星穫得的材料較少，並且因爲核心被認爲主要是冰（氫化物），因此被稱爲。　　一旦年輕的太陽開始產生能量，太陽風會將原行星盤中的物質吹入行星際空間，從而結束行星的成長。年輕的金牛座T星的恒星風就比處於穩定階段的較老的恒星強得多。　　根據的推測，目前的太陽系會維持直到太陽離開主序。由於太陽是利用其内部的氫作爲燃料，爲了能夠利用剩餘的燃料，太陽會變得越來越熱，於是燃燒的速度也越來越快。這就導致太陽不斷變亮，變亮速度大約爲每11億年增亮10％。　　從現在起再過大約76億年，太陽的内核將會熱得足以使外層氫發生融合，這會導致太陽膨脹到現在半徑的260倍，變爲一顆。此時，由於體積與表面積的擴大，太陽的總光度增加，但表面溫度下降，單位面積的光度變暗。　　隨後，太陽的外層被逐漸抛離，最後裸露出核心成爲一顆，一個極爲致密的天體，隻有地球的大小卻有着原來太陽一半的質量。内太陽系　　在傳統上是類地行星和小行星帶區域的名稱，主要是由和金屬組成的。這個區域擠在靠近太陽的範圍内，半徑比木星與土星之間的距離還短。内行星：由左至右依序爲水星、金星、地球、和火星（大小合乎比例）　　内行星　　四顆或是的特點是高密度、由岩石構成、隻有少量或沒有衛星，也沒有環系統。它們由高熔點的礦物，像是硅酸鹽類的礦物組成表面固體的地殼和半流質的地函，以及由鐵、鎳構成的金屬組成核心。四顆中的三顆（金星、地球、和火星）有實質的大氣層，全部都有撞擊坑和地質構造的表面特征（地塹和火山等）。内行星容易和比地球更接近太陽的内側行星（水星和金星）混淆。　　水星水星：在公元前三千年左右已被蘇美爾人發現，1978年冥王星被准確測定以前，人們一直認爲水星是太陽系中體積最小質量也最小的行星　　水星（0.4 天文單位）是最靠近太陽，也是最小的行星（0.055地球質量）。它沒有天然的衛星，僅知的地質特征除了撞擊坑外，隻有大概是在早期歷史與收縮期間產生的皺摺山脊。水星，包括被太陽風轟擊出的氣體原子，隻有微不足道的大氣。目前尚無法解釋相對來說相當巨大的鐵質核心和薄薄的地函。假說包括巨大的沖擊剝離了它的外殼，還有年輕時期的太陽能抑制了外殼的增長。　　由於水星就在太陽的眼皮底下，在水星上觀察到的太陽大小會超過地球上的兩倍。水星白天的表面溫度可達攝氏427度，而到了晚上又會驟降至攝氏零下173度。水星有着其特殊的軌道運動，它繞太陽公轉一周僅需約88個地球日，而其自轉周期卻需約59個地球日。二者如此的比例關係使得水星的一晝夜長達176個地球日，水星表面的夜晚將長達幾個星期。 &　　　　由於水星表面溫度太高，水星不可能像它的兩個近鄰金星和地球那樣保留一層厚厚的濃密大氣，因此無論是白天還是夜晚，水星的天空通常都是一片漆黑。如果仰望天空，你會看到兩顆明亮的星星：淡黄色的金星和藍色的地球。水星大氣主要是由從太陽風中俘穫的氣體組成，密度隻有地球大氣的12%，主要成份爲氦 (42%)、汽化鈉(42%)和氧(15%)。水星表面的岩石隻反射它們所接收陽光的8%，這使得它成爲太陽系中最黑暗的行星之一。 　　水星隻在黎明或白天出現在天空，因此在地球上觀測水星較爲困難。直到20世紀70年代中期“水手”號任務的實施這種情況才有所改變。無人“水手10號”發回的照片揭示了水星過去的歷史。水星表面有許多很深的，其中一個和一樣大。這表明水星也曾接連不斷地遭到隕石的轟擊。但照片也顯示水星表面有廣闊的平原。們推測水星曾經是液態的，後來逐漸冷卻凝固成了。較小的隕石隻在水星表面留下一個個隕石坑，而較大的則擊破了水星外殼，使湧出的熔岩流在平原上到處流淌。水星表面縱横交錯地分布着長長的、高低起伏的懸崖。這些構造最高可達3048米。這些峭壁可能是由於水星冷卻時直徑縮小形成的。的主要成份是和，水星的幔和殼主要由組成。在太陽系所有行星中，水星所含鐵的比例是最高的。 　　水星表面不存在液態水。但1991年科學家們在其北極發現了一個亮斑，這個亮斑可能是由於水星表面或貯存在地下的冰反射陽光造成的。雖然水星表面溫度非常高，但在水星北極的一些隕石坑内，可能由於終年不見陽光而使溫度長年底於-161攝氏度以下，這足以使來自水星内部或宇宙空間的水以冰的形態保存下來。 　　金星金星：17世紀初，伽利略發明了第一台望遠鏡，觀測到了金星的圓虧，這一發現駁斥了地心說，爲哥白尼的日心體系提供了一個強有力的證據　　金星 （0.7 天文單位）的體積尺寸與地球相似（0.86地球質量），也和地球一樣有厚厚的硅酸鹽地函包圍着核心，還有濃厚的大氣層和内部地質活動的證據。但是，它的大氣密度比地球高90倍而且非常幹燥，也沒有天然的衛星。它是顆炙熱的行星，表面的溫度超過400°C，很可能是中有大量的造成的。沒有明確的證據顯示金星的地質活動仍在進行中，但是沒有磁場保護的大氣應該會被耗盡，因此認爲金星的大氣是經由火山的爆發穫得補充。　　由於金星分别在早晨和黄昏出現在天空，古代的們一直認爲存在着兩顆這樣的行星，於是分别將它們稱爲“晨星”和“昏星”。英語中，金星——“維納斯”(Venus)是古羅馬的愛情與美麗之神。它一直被卷曲的雲層籠罩在神祕的面紗中。 &　　　　金星是距太陽的第二顆行星。由於金星和地球在大小、質量、密度和重量上非常相似，而且金星和地球幾乎都由同一星雲同時形成，占星家們將它們當作姐妹行星。然而不久前科學家們發現，事實上金星與地球非常不同。金星上沒有海洋，它被厚厚的主要成份爲二氧化碳的大氣所包圍，一點水也沒有。它的雲層是由硫酸微滴組成的。在地表，它的大氣壓相當於在地球海平面上的92倍。 　　由於金星厚厚的大氣層造成的“”，金星地表的溫度高達482攝氏度左右。陽光透過大氣將金星表面烤熱。地表的熱量在向外輻射的過程中受到大氣的阻隔，無法散發到外層空間。這使得金星比水星還要熱。 　　金星上的一天相當於地球上的243天，比它225天的一年還要長。金星是自東向西自轉的，這意味着在金星上，太陽是西升東落的。 　　金星的濃厚的雲層至今仍是妨礙科學家揭開金星表面奧祕的主要原因。和的出現使我們能夠看到厚厚的雲層下面的金星表面。 　　金星的表面比較年輕，當是300至500萬年前才形成的。科學家們正在研究是何原因導致這一現象的。金星的地形主要是覆蓋着熔岩的廣闊平原和受地質活動破壞的或。位於Ishtar區域的Maxwell山是金星上最高的山峰。Aphrodite區域的高原幾乎占據了赤道地區的一半。Magellan計劃中穫得的金星2.5公里以上高原區圖像顯示存在明亮的潮濕土壤。然而，在金星表面，液態水是不可能存在的，無法解釋明亮高原的原因。有一種假設認爲這些明亮的區域可能是由於金屬化合物。研究顯示，這些金屬可能是硫化鐵。它無法在平原地區存在，但在高原地區是可能的。這些金屬也可能是外來的，它導致的效果是一樣的，但濃度要低一些。 　　金星的表面隨機布滿了許多小型隕石坑。由於金星的濃厚大氣，直徑小於2公里的隕石坑幾乎無法保留下來。而當大型隕石在小型隕坑形成前撞擊金星表面，其產生的碎片在地表產生了例外的隕石坑群。火山及火山活動金星表面爲數很多。至少85%的金星表面覆蓋着火山岩。大量的熔岩流經幾百公里，填滿低地，形成了廣闊的平原。除了幾百個大型火山，100000多座小型火山口點綴在金星表面。從火山中噴出的熔岩流產生了了長長的溝渠，範圍大至幾百公里，其中一條的範圍超過7000公里。 　　地球　　地球（1 天文單位）是内行星中最大且密度最高的，也是唯一地質活動仍在持續進行中並被人類承認擁有生命的行星。它也擁有類地行星中獨一無二的和被觀察到的板塊結構。地球的大氣也與其他的行星完全不同，被存活在這兒的生物改造成含有21%的自由氧氣。它隻有一顆衛星，即月球；月球也是類地行星中唯一的大衛星。 　　首先提出地球是球形這一概念的是公元前五六世紀的希臘哲學家。隨後，根據時月面出現的地影給出了地球是球體的第一個科學證據，公元前三世紀，古希臘天文學家第一次算出了地球的周長。　　火星火星：火星有許多地方與地球類似，但由於早期天文觀測條件有限，火星觀測靠的隻是主觀記錄，誤差很大。20世紀六七十年代，美國的空間探測器在火星着陸　　火星（1.5 天文單位）比地球和金星小（0.17地球質量），隻有以二氧化碳爲主的稀薄大氣，它的表面，有密集與巨大的火山，例如，有深邃的地塹，顯示不久前仍有劇烈的地質活動。火星有兩顆天然的小衛星，和，可能是被捕穫的小行星。　　火星是距太陽的第四個行星，它的體積在太陽系中居第七位。由於火星上的岩石、砂土和天空是紅色或粉紅色的，因此這顆行星又常被稱作“紅色的星球”。 &　　　　火星的南半球是類似月球的布滿隕石坑的古老高原，而北半球大多由年輕的平原組成。火星上高24公里的可稱爲是太陽系中最高的山脈。在距火星大約幾萬公里的地方，有兩顆非常小的星體，它們是火星的衛星。 　　在漢語中，火星的名字讓人聯想到“火”和炎熱，但事實上，這顆紅色的星球卻異常寒冷和幹燥。盡管如此，火星仍然是太陽系中與地球最相似的一顆行星。它的體積比地球小，大氣也比地球稀薄。 　　火星的大氣非常稀薄，大氣壓隻有地球的千分之七。火星大氣的主要成份是二氧化碳，其他成份還有、、等。水在火星大氣中的比重隻有百分之零點零三。因而火星表面異常幹燥。 　　火星的平均氣溫爲零下五十五攝氏度，而溫差較大：在夏季的晝間，氣溫最高爲二十攝氏度，而在冬季，氣溫則可低達零下一百多攝氏度。火星上經常有強風，因而常導致大範圍的塵暴。 　　雖然火星大氣中的水少得可憐，但科學家們發現，火星上的許多地區有被侵蝕的蹟象，而且那縱横交錯的河床似乎在告訴我們，火星上曾經有過液態的水，而且水還很多，它們聚集成大大小小的湖泊，甚至海洋。科學家們作出的解釋是，在火星的形成初期，這個星球被厚厚的二氧化碳雲層所包裹，導致了強大的“溫室效應”，受太陽輻射後，火星表面的熱量被雲層阻隔，無法散發到外層空間，使得氣溫升高，使水能以液態存在。那時的火星溫暖濕潤，可能孕育過生命，因此人類一直對火星情有獨鍾，總有一天人類也會像登月一樣登上火星表面。 　　在火星的兩極有大量的固態二氧化碳（幹冰），科學家們猜測，在這些巨大的冰蓋下面可能存在着固態的水。 小行星帶小行星的主帶和特洛伊小行星　　是太陽系小天體中最主要的成員，主要由岩石與不易揮發的物質組成。　　主要的小行星帶位於火星和木星軌道之間，距離太陽2.3至3.3天文單位，它們被認爲是在太陽系形成的過程中，受到木星引力擾動而未能聚合的殘餘物質。　　小行星的尺度從大至數百公里、小至微米的都有。除了最大的穀神星之外，所有的小行星都被歸類爲太陽系小天體，但是有幾顆小行星，像是竈神星、健神星，如果能被證實已經達到流體靜力平衡的狀態，可能會被重分類爲矮行星。　　小行星帶擁有數萬顆，可能多達數百萬顆，直徑在一公里以上的小天體。盡管如此，小行星帶的總質量仍然不可能達到地球質量的千分之一。小行星主帶的成員依然是稀稀落落的，所以至今還沒有在穿越時發生意外。　　直徑在10至10-4 米的小天體稱爲。　　穀神星　　穀神星 （2.77天文單位）是主帶中最大的天體，也是主帶中唯一的矮行星。它的直徑接近1000公里，因此自身的重力已足以使它成爲球體。它在19世紀初被發現時，被認爲是一顆行星，在1850年代因爲有更多的小天體被發現才重新分類爲小行星；在2006年，又再度重分類爲矮行星。 　　小行星族 　　　　在主帶中的小行星可以依據軌道元素劃分成幾個和。小行星衛星是圍繞着較大的小行星運轉的小天體，它們的認定不如繞着行星的衛星那樣明確，因爲有些衛星幾乎和被繞的母體一樣大。 　　在主帶中也有彗星，它們可能是地球上水的主要來源。　　特洛依小行星的位置在木星的 L4或L5點（在行星軌道前方和後方的不穩定引力平衡點），不過“特洛依”這個名稱也被用在其他行星或衛星軌道上位於拉格朗日點上的小天體。 希耳達族是軌道周期與木星有着2:3共振的小行星族，當木星繞太陽公轉二圈時，這群小行星會繞太陽公轉三圈。　　内太陽系也包含許多“淘氣”的小行星與塵粒，其中有許多都會穿越内行星的軌道。中太陽系　　太陽系的中部地區是氣體巨星和它們有如行星大小尺度衛星的家，許多短周期彗星，包括半人馬群也在這個區域内。此區沒有傳統的名稱，偶爾也會被歸入“外太陽系”，雖然外太陽系通常是指海王星以外的區域。在這一區域的固體，主由上而下：海王星、天王星、土星和木星要的成分是“冰”（水、氨和甲烷），不同於以岩石爲主的内太陽系。外行星　　在外側的四顆行星，也稱爲，囊括了環繞太陽99%的已知質量。木星和土星的大氣層都擁有大量的氫和氦，天王星和海王星的大氣層則有較多的“冰”，像是水、氨和。有些天文學家認爲它們該另成一類，稱爲“”或是“”。這四顆氣體巨星都有，但是隻有土星的環可以輕松的從地球上觀察。“”這個名稱容易與“”混淆，後者實際是指在地球軌道外面的行星，除了外行星外還有火星。　　木星 　　木星 （5.2 天文單位），主要由氫和氦組成，質量是地球的318倍，也是其他行星質量總和的2.5倍。木星的豐沛内熱在它的大氣層造成一些近似永久性的特征，例如雲帶和大紅斑。木星已經被發現的衛星有63顆，最大的四顆，、、和，顯示出類似類地行星的特征，像是火山作用和内部的熱量。甘尼米德比水星還要大，是太陽系内最大的衛星。 木星：木星的亮度僅次於金星，中國古代用它來定紀年，西方天文學家則稱木星爲“朱庇特”，1979年3月宇宙飛船“旅行者”一號發現木星也有環，但非常昏暗，在地球上幾乎看不到　　木星是距太陽的第五顆行星，並且是太陽系九大行星中最大的一顆。按離太陽由近及遠的次序爲第五顆。木星是夜空中最亮的幾顆星之一，僅次於金星，通常比火星亮(除火星沖日時以外)，也比最亮的亮。木星的成份也比其他行星更爲複雜。它的重量爲1.9 Ｅ27公斤，赤道直徑爲142,800公里，木星的赤道半徑爲71,400公里，爲地球的11.2倍；體積是地球的1,316倍；質量是1.9Ｅ30千克，相當於地球質量的三百多倍，是所有其他行星總質量的兩倍半。平均密度相當低，隻有1.33克/立方釐米。重力加速度在赤道和兩極不同，赤道上爲2,707釐米/平方秒，兩極爲2,322釐米/平方秒。木星是太陽系中衛星數目較多的一顆行星，木星擁有16個衛星，其中的四個（、、和）早在1610年就被發現了。1979年，“旅行者”一號發現木星也有環，但它非常昏暗，在地球上幾乎看不到。木星的大氣非常厚，可能它本身就像太陽那樣是個氣體球。木星大氣的主要成份是和，以及少量的、、、及少量的、、水汽和其他。在木星的内部，由於巨大的壓力，氫原子中的被釋放出來，僅存赤裸的。使氫呈現金屬特性。 　　緯線上色彩分明的條紋、翻騰的雲層和風暴象征着木星多變的天氣系統。雲層圖案每小時每天都在變化。“大紅斑”是一個複雜的按顺時針方向運動的風暴，它於１６６５年被法國天文學家卡西尼發現，至今已存在了３００多年了。大紅斑呈蛋形，寬１４００千米，長３００００千米，其外緣每四至六天鏇轉一圈，而在中心附近，運動很小，且方向不定。在條狀雲層上可以發現一系列小風暴和漩渦。木星大氣層的平均溫度爲－１２１攝氏度。 　　在木星的兩極，發現了與地球上的十分相似的極光。這似乎與沿木衛一螺鏇形的磁力線進入木星大氣的物質有關。在木星的雲層上端，也發現有與地球上類似的高空閃電。 　　木星在中國古代用來定歲紀年，由此把它叫做“”，而西方天文學家稱木星爲“朱庇特”，即羅馬神話中的眾神之王，相當於希臘神話眾星之中儼然以王者居，不可戰勝的天神宙斯。 　　土星 　　土星（9.5 天文單位），因爲有明顯的環系統而著名，它與木星非常相似，例如大氣層的結構。土星不是很大，質量隻有地球的95倍，它有60顆已知的衛星，和擁有巨大的冰火山，顯示出地質活動的標志。泰坦比水星大，而且是太陽系中唯一實際擁有大氣層的衛星。 土星：伽利略於1610年用自制望遠鏡觀測土星時，曾誤以爲土星是由兩個形體組成，並沒有想到自己是第一個看到土星光環的人。半個世紀後，荷蘭天文學家惠更斯才揭開了土星光環之謎　　土星，按離太陽由近及遠的次序爲第六顆。中國古代稱填星或鎮星。1871年發現天王星之前，土星一直被認爲是離太陽最遠的行星。 　　　　人類在有史以前就已經對土星進行了觀測。1610 年，第一次通過望遠鏡對它進行了觀測，並記錄下了它奇特的運行軌蹟。早期觀測土星非常困難，這是因爲每過幾年地球就要穿越土星光環所在的平面。直至 1659 年推斷出光環的幾何形狀後情況才有所改變。土星一直被認爲是太陽系中唯一擁有光環的行星。但 1977 年人們發現天王星也有暗淡的光環，此後不久在木星和海王星周圍也發現了光環。土星探測飛船卡西尼號已於 1997 年 10 月 15 日升空，將於 2004 年 7 月 1 日抵達土星。 　　　　土星是距太陽的第 6 顆行星，赤道直徑 119,300 千米，在太陽系中位居第二。1980-81 年旅行者號飛船的探測給人們帶來了許多有關這顆行星的知識。土星的飛速自轉使它的兩極明顯地扁平。土星自轉一周 10 小時 39 分，公轉一周爲 29.5 個地球年。 　　土星大氣的主要成份是氫，另外還有少量的氫和甲烷。土星是太陽系中唯一密度比水小的行星，要是把它扔進一個足夠大的海洋，它肯定會浮在水面。黄色的土星表面有明顯的寬闊條紋，這和木星非常相似，但不如木星來得鮮明。土星大氣内部風速極高。在赤道附近風速可以達每秒 500 米。在土星的南北極也有與地球相似的。 　　　巨大的光環使土星成爲太陽系里一顆非常美麗的行星。土星的光環其實可分成幾個不同的部分，最明亮、寬闊的是 A 環和B 環，較暗的是 C 環。光環的各部分之間有明顯的裂縫，最大裂縫的是 A 環和 B 環間的的 Cassini 裂縫，它是由 Giovanni Cassini 在 1657 年發現的。A 環内的 Encke 縫則是由 Johann Encke 1837 年發現的。通過飛船的探測，人們還發現較寬的光環其實是由許多狹窄的小環組成的。 　　　　光環的形成原因還不十分清楚，據推測可能是由彗星、小行星與較大的土衛相撞後產生的碎片組成的。光環可能含有大量的水份，構成它們的是直徑從幾釐米到幾米的冰塊和雪球。某些光環，如 F 環的結構在鄰近的衛星引力拉扯下結構發生了細微的變化。 　　科學家在發回的一張圖片中發現，土星寬闊的 B 環上帶有放射狀的陰影，但在“旅行者”號此後拍攝的其他圖片中卻沒有。據推測，這一現象可能因爲光環在某些時候帶有靜電，漂浮在宇宙中的塵埃被吸附而造成的。 　　　　土星有 18 個經確認的衛星，是太陽系中擁有衛星數量最多的行星。人們還從“旅行者”飛船拍攝的圖片中找到了四個可能存在的新衛星。1995 年，科學家通過哈博太空望遠鏡發現的四個天體也可能是新衛星。 　　　　在土星的衛星中，隻有 (Titan) 擁有明顯的大氣層。大多數衛星同步自轉，但 (Hyperion) 與 (Phoebe) 是個例外，它們的軌道是無規則的。土星的衛星系統非常穩定，多數衛星的軌道都是近圓形的，並都處於土星的赤道平面上，而隻有 (Iapetus) 和土衛九 (Phoebe)是例外。 　　天王星 　　天王星：1783年，天王星被證實存在。由於天王星公轉周期相當緩慢，在歷史上曾多次被誤認爲是恒星天王星（19.6 天文單位），是最輕的外行星，質量是地球的14倍。它的自轉軸對黄道傾斜達到90度，因此是横躺着繞着太陽公轉，在行星中非常獨特。在氣體巨星中，它的核心溫度最低，隻輻射非常少的熱量進入太空中。天王星已知的衛星有27顆，最大的幾顆是、、、和。 　　在古老的希臘神話中，天王星被看作是第一位統治整個宇宙的天神-。他與地母該亞結合，生下了後來的天神，是他費盡心機將混沌的宇宙規劃得和諧有序。 　　天王星是距太陽的第七顆行星，在太陽系中，它的體積位居第三。它是1781年由在英國定居的德國天文學家F.W.發現的。天王星赤道直徑51800公里，公轉周期爲84.01個地球年。它與太陽的平均距離爲2.87億公里。天王星上的一天是17小時14分鍾。它是太陽系中唯一個“躺”着圍繞太陽運轉的行星。天王星至少有15個衛星。最大的兩個是1787年發現的。 　　　　天王星的大氣層中83%是氫，15%爲氦，2%爲甲烷以及少量的乙炔和碳氫化合物。上層大氣層的甲烷吸收紅光，使天王星呈現藍綠色。大氣在固定緯度集結成雲層，類似於木星和土星在緯線上鮮豔的條狀色帶。天王星具有溫度較高的同溫層和一個較冷的對流層。由於天王星離太陽很遠，它接受太陽能隻有地球的千分之二，表面溫度隻有-211℃；僅靠太陽光是不能達到如此高溫的，因而可能在天王星上存在其他能源。由於天王星的自轉，星體中緯度有風。風速大約是每秒40-160米。經無線電科學測試，發現在赤道附近有大約每秒一百米的逆風。 　　海王星 　　海王星（30 天文單位）雖然看起來比天王星小，但密度較高使質量仍有地球的17倍。他雖然輻射出較多的熱量，但遠不及木星和土星多。海王星已知有13顆衛星，最大的崔頓仍有活躍的地質活動，有着噴發液態氮的間歇泉，它也是太陽系内唯一逆行的大衛星。在海王星的軌道上有一些1:1軌道共振的小行星，組成海王星特洛伊群。 海王星：天王星發現不久，人們便注意到它的運動有些奇怪，總是偏離天體運行的軌道，於是有人推測這可能是另一顆行星的幹擾造成的。日，法國天文台的惠威耶計算出了這顆行星的軌道和質量，並命名爲海王星　　海王星是太陽系中最外緣的一顆巨行星，赤道直徑49,500公里。如果海王星上有洞，它能容納近60個地球。海王星每165年繞太陽一周。海王星上的一天爲16小時6.7分鍾。 　　海王星的内部是熔岩、水、液氨和甲烷的混合物組成的。外面的一層是氫、氦、水和甲烷組成的氣體的混合物。甲烷賦予了海王星雲層藍色的外觀。 　　　　由於海王星離太陽遙遠，海王星雲層的平均溫度爲零下193攝氏度至零下153攝氏度，但在紅外波段，海王星的輻射能量超過它所吸收的太陽能量，這表明海王星也可能存在内部局部能源。海王星上有明顯的狹長而明亮的雲層，它與地球上的藤蔓狀雲十分相似。在北半球的低緯度，"旅行者"號曾拍到過條狀雲投在下層雲體上的陰影。 　　海王星是個多變的行星，從1989年8月“旅行者2號”考察海王星時發回的照片上發現，海王星上有一個大鵝卵形黑斑，二個暗斑和三個亮斑，讓人想起木星風暴“大紅斑”。最大的一個“大黑斑”有地球那麼大，看上去像一隻大眼睛，大黑斑附近風速可以達到每小時2000公里，大約每10天逆時針鏇轉一周。這個大黑斑實際上是一個氣鏇，它是海王星大氣的高壓區，在它上面約50公里處有一些像卷雲般的雲朵。分析表明，在海王星大氣中含有高濃度的甲烷和氫硫化物。海王星上也有像其它行星一樣的強風。相對於行星的自轉方向，大多數風向都是向西吹的。 　　　　海王星有8個衛星，其中的6個是由旅行者號發現的。　　　　海王星是否也有環帶？這是天文學家們長期以來關注的問題。 　　1977年上天的，經過12年長途跋涉，於日飛臨海王星進行考察時，探測到海王星共有5個光環，他們的結構與天王星稍有不同。在5個環中，4個是環，另一個是塵埃殼。這些環可能是由小型隕石撞擊海王星衛星而形成的塵埃組成的。 海爾波普彗星彗星　　彗星歸屬於太陽系小天體，通常直徑隻有幾公里，主要由具揮發性的冰組成。 它們的軌道具有高離心率，近日點一般都在内行星軌道的内側，而遠日點在冥王星之外。當一顆彗星進入内太陽系後，與太陽的接近會導致她冰冷表面的物質升華和電離，產生彗發和拖曳出由氣體和塵粒組成，肉眼就可以看見的彗尾。　　短周期彗星是軌道周期短於200年的彗星，長周期彗星的軌周期可以長達數千年。短周期彗星，如，被認爲是來自；長周期彗星，如，則被認爲起源於。有許多群的彗星，如，可能源自一個崩潰的母體。有些彗星有着雙曲線軌道，則可能來自太陽系外，但要精確的測量這些軌道是很困難的。揮發性物質被太陽的熱驅散後的彗星經常會被歸類爲小行星。　　半人馬群 　　半人馬群是散布在9至30 天文單位的範圍内，也就是軌道在木星和海王星之間，類似彗星以冰爲主的天體。半人馬群已知的最大天體是 10199 Chariklo，直徑在200至250 公里。第一個被發現的是小行星2060，因爲在接近太陽時如同彗星般的產生彗發，目前已經被歸類爲彗星。有些天文學家將半人馬族歸類爲柯伊伯帶内部的離散天體，而視爲是外部離散盤的延續。外太陽系　　在海王星之外的區域，通常稱爲外太陽系或是外海王星區，仍然是未被探測的廣大空間。這片區域似乎是太陽系小天體的世界（最大的直徑不到地球的五分之一，質量則遠小於月球），主要由岩石和冰組成。柯伊伯帶所有已知天體的位置，並標示出四顆外行星的位置柯伊伯帶　　柯伊伯帶，最初的形式被認爲是由與小行星大小相似，但主要是由冰組成的碎片與殘骸構成的環帶，擴散在距離太陽30至50 天文單位之處。這個區域被認爲是短周期彗星的來源。它主要由太陽系小天體組成，但是許多柯伊伯帶中最大的天體，例如、、2003 EL61、2005 FY9和等，可能都會被歸類爲矮行星。估計柯伊伯帶内直徑大於50公里的天體會超過100,000顆，但總質量可能隻有地球質量的十分之一甚至隻有百分之一。許多柯伊伯帶的天體都有兩顆以上的衛星，而且多數的軌道都不在黄道平面上。　　柯伊伯帶大致上可以分成共振帶和傳統帶兩部分，共振帶是由與海王星軌道有共振關係的天體組成的（當海王星公轉太陽三圈就繞太陽二圈，或海王星公轉兩圈時隻繞一圈），其實海王星本身也算是共振帶中的一員。傳統帶的成員則是不與海王星共振，散布在39.4至47.7天文單位範圍内的天體。傳統的柯伊伯帶天體以最初被發現的三顆之一的1992 QB1爲名，被分類爲類QB1天體。　　冥王星和卡戎　　冥王星和已知的三顆衛星冥王星（平均距離39天文單位）是一顆矮行星，也是柯伊伯帶内已知的最大天體之一。當它在1930年被發現後被認爲是第九顆行星，直到2006年才重分類爲矮行星。冥王星的軌道對黄道面傾斜17度，與太陽的距離在近日點時是29.7天文單位（在海王星軌道的内側），遠日點時則達到49.5天文單位。　　目前還不能確定（冥王星的衛星）是否應被歸類爲目前認爲的衛星還是屬於矮行星，因爲冥王星和卡戎互繞軌道的質心不在任何一者的表面之下，形成了。另外兩顆很小的衛星，（Nix）與（Hydra）則繞着冥王星和卡戎公轉。 冥王星在共振帶上，與海王星有着3:2的共振（冥王星繞太陽公轉二圈時，海王星公轉三圈）。柯伊伯帶中有着這種軌道的天體統稱爲。 離散盤&& 　　離散盤與柯伊伯帶是重叠的，但是向外延伸至更遠的空間。離散盤内的天體應該是在太陽系形成的早期過程中，因爲海王星向外遷徙造成的引力擾動才被從柯伊伯帶抛入反複不定的軌道中。多數黄道離散天體（scattered disk object）的近日點鬩神星和衛星鬩衛一都在柯伊伯帶内，但遠日點可以遠至150 天文單位；軌道對黄道面也有很大的傾斜角度，甚至有垂直於黄道面的。有些天文學家認爲黄道離散天體應該是柯伊伯帶的另一部分，並且應該稱爲“”。　　鬩神星　　鬩神星（平均距離68天文單位）是已知最大的，並且引發了什麼是行星的辯論。他的直徑至少比冥王星大15%，估計有2,400公里（1,500英里），是已知的矮行星中最大的。鬩神星有一顆衛星，（迪絲諾美亞），軌道也像冥王星一樣有着很大的離心率，近日點的距離是38.2天文單位（大約是冥王星與太陽的平均距離），遠日點達到97.6天文單位，對黄道面的傾斜角度也很大。最遠的區域　　太陽系於何處結束，以及星際介質開始的位置沒有明確定義的界線，因爲這需要由太陽風和太陽引力兩者來決定。太陽風能影響到星際介質的距離大約是冥王星距離的四倍，但是太陽的洛希球，也就是太陽引力所能及的範圍，應該是這個距離的千倍以上。旅行者進入日鞘日球層頂&　　可以分爲兩個區域，傳遞的最大速度大約在95 天文單位，也就是冥王星軌道的三倍之處。此處是終端震波的邊緣，也就是太陽風和星際介質相互碰撞與沖激之處。太陽風在此處減速、凝聚並且變得更加紛亂，形成一個巨大的卵形結構，也就是所謂的，外觀和表現得像是彗尾，在朝向恒星風的方向向外繼續延伸約40 天文單位，但是反方向的尾端則延伸數倍於此距離。太陽圈的外緣是日球層頂，此處是太陽風最後的終止之處，外面即是恒星際空間。　　太陽圈外緣的形狀和形式很可能受到與星際物質相互作用的流體動力學的影響， 同時也受到在南端占優勢的太陽磁場的影響；例如，它的形狀在北半球比南半球多擴展了9個天文單位（大約15億公里）。在層頂之外，在大約230天文單位處，存在着弓激波，它是當太陽在銀河系中穿行時產生的。　　還沒有太空船飛越到日球層頂之外，所以還不能確知星際空間的環境條件。而太陽圈如何保護在宇宙射線下的太陽系，目前所知甚少。爲此，人們已經開始提出能夠飛越太陽圈的任務。奧爾特雲&望遠鏡看見的塞德娜　　理論上的奧爾特雲有數以兆計的冰冷天體和巨大的質量，在大約5,000 天文單位，最遠可達10,000天文單位的距離上包圍着太陽系，被認爲是長周期彗星的來源。它們被認爲是經由外行星的引力作用從内太陽系被抛至該處的彗星。奧爾特雲的物體運動得非常緩慢，並且可以受到一些不常見的情況的影響，像是碰撞、或是經過天體的引力作用、或是星系潮汐。　　塞德娜和内奧爾特雲　　是顆巨大、紅化的，在76 天文單位，在928 天文單位，12,050年才能完成一周的巨大、高橢率的軌道。在2003年發現這個，因爲它的近日點太遙遠，以致不可能受到海王星遷徙的影響，所以認爲它不是或的成員。他和其他的天文學家認爲它屬於一個新的分類，同屬於這新族群的還有近日點在45 天文單位，遠日點在415 天文單位，軌道周期3,420年的2000 CR105，和近日點在21 天文單位，遠日點在1,000 天文單位，軌道周期12,705年的(8 OO67。布朗命名這個族群爲“内奧爾特雲”，雖然它遠離太陽但仍較近，可能是經由相似的過程形成的。塞德娜的形狀已經被確認，非常像一顆矮行星。疆界　　我們的太陽系仍然有許多未知數。考量鄰近的恒星，估計太陽的引力可以控制2光年（125,000天文單位）的範圍。奧爾特雲向外延伸的程度，大概不會超過50,000天文單位。盡管發現的塞德娜，範圍在柯伊伯帶和奧爾特雲之間，仍然有數萬天文單位半徑的區域是未曾被探測的。水星和太陽之間的區域也仍在持續的研究中。在太陽系的未知地區仍可能有所發現。星系的關聯&　　太陽系位於一個被稱爲銀河系的内，直徑100,000光年，擁有約二千億顆恒星的。我們的太陽位居銀河外圍的一條鏇渦臂上，稱爲獵戶臂或本地臂。太陽距離銀心25,000至28,000光年，在銀河系内的速度大約是220公里/秒，因此環繞銀河公轉一圈需要2億2千5百萬至2億5千萬年，這個公轉周期稱爲。太陽系在銀河中的位置　　太陽系在銀河中的位置是地球上能發展出生命的一個很重要的因素，它的軌道非常接近圓形，並且和鏇臂保持大致相同的速度，這意味着它相對鏇臂是幾乎不動的。因爲鏇臂遠離了有潛在危險的超新星密集區域，使得地球長期處在穩定的環境之中得以發展出生命。太陽系也遠離了銀河系恒星擁擠群聚的中心，接近中心之處，鄰近恒星強大的引力對奧爾特雲產生的擾動會將大量的彗星送入内太陽系，導致與地球的碰撞而危害到在發展中的生命。銀河中心強烈的輻射線也會幹擾到複雜的生命發展。即使在太陽系目前所在的位置，有些科學家也認爲在35,000年前曾經穿越過超新星爆炸所抛射出來的碎屑，朝向太陽而來的有強烈的輻射線，以及小如塵埃大至類似彗星的各種天體，曾經危及到地球上的生命。　　（apex）是太陽在星際空間中運動所對着的方向，靠近武仙座接近明亮的織女星的方向上。　　鄰近的區域&　　太陽系所在的位置是銀河系中恒星疏疏落落，被稱爲本星際雲的區域。這是一個形狀像沙漏，氣體密集而恒星稀少，直徑大約300光年的，稱爲本星系泡的區域。這個氣泡充滿的高溫，被認爲是由最近的一些超新星爆炸產生的。在距離太陽10光年（15億公里）内隻有少數幾顆的恒星，最靠近的是距離4.3光年的三合星，半人馬座α。半人馬座α的A與B是靠得很近且與太陽相似的恒星，而C（也稱爲半人馬座比鄰星）是一顆小的，以0.2光年的距離環繞着這一對。接下來是距離6光年遠的巴納德星、7.8光年的沃夫359、8.3光年的拉蘭德21185。在10光年的距離内最大的恒星是距離8.6光年的一顆，質量約爲太陽2倍，有一顆（）繞着公轉的。在10光年範圍内，還有距離8.7光年，由兩顆紅矮星組成的鯨魚座UV，和距離9.7光年，孤零零的紅矮星羅斯154。與太陽相似而我們最接近我們的單獨恒星是距離11.9光年的鯨魚座τ，質量約爲太陽的80%，但光度隻有60%。歐洲科學家發現太陽系外“超級地球”　　據美國宇航局太空網26日報道，歐洲的天文學家在太陽系外發現了已知最小的行星之一，這顆行星的質量是地球的14倍，繞一顆與太陽非常相似的恒星鏇轉。這一發現讓許多專家都大感吃驚。超級地球概念圖&&& 研究人員表示，這可能是一顆多岩石的行星，擁有很稀薄的大氣，就如同一顆“超級地球”。但它又沒有地球的任何典型特征，它繞“太陽”鏇轉一周的時間不超過10天，而地球繞太陽轉動的周期則需要365天。另外，這顆行星白天表面溫度非常高。&&& 領導此次研究的葡萄牙科學家表示，盡管這顆行星表面狀況尚不清楚，“但我們估計它相當熱，溫度與恒星差不多。”桑托斯告訴太空網，這顆行星的溫度高達1160華氏度(900攝氏度)。這一發現仍舊是科學技術的一大進步，因爲此前科學家從未在正常恒星附近發現過如此小的行星，同時也表明這是迄今爲止天文學家發現的最類似我們的太陽系的“太陽系”。&&& 這顆恒星與太陽相似，距離地球隻有50光年。光年是指光在一年里傳播的距離，大約等於6萬億英里(合11萬億公里)。大多數已知太陽系外行星一般距離地球數百或者數千光年。夜幕降臨時，我們可以從南半球看到這顆稱作“mu Arae”的恒星。它一直隱藏於另外兩顆行星中間。其中一顆行星的大小與木星相同，每年繞這顆恒星鏇轉一周的時間爲650天。另一顆行星距離更遠，通過最新的觀測設備，科學家已確認了它的存在。這種三顆行星的組成形式非常少見。太陽系外“超級地球”&&& 華盛頓肯内基研究所行星構成專家說：“它要比我們目前爲止發現的行星距離太陽系更近。這真是個令人激動的發現。它們具有如此寶貴的數據，即使現在我仍舊非常激動。”阿倫·鮑斯沒有參與此次研究工作。&&& 這顆恒星是由設在智利拉斯拉的歐洲南半球觀測站的望遠鏡發現的。迄今爲止，科學家在太陽系周圍發現了120多顆行星，其中大多數行星都是氣態的，體積與木星一般大，甚至比木星還大，而且多數鏇轉周期都比較短，這使得生命無法在上面生存。另外，科學家還發現了許多比土星小的行星，但它們仍舊沒有現在宣布的這顆行星小。2002年，科學家發現了三顆繞中子星等恒星殘骸軌道鏇轉的行星，它們的體積與地球差不多。然而，它們在繞不支持生命存在的暗星快速鏇轉時的運行軌蹟非常不規則。一些天文學家並不認爲這三顆行星有繞正常恒星鏇轉的行星那麼重要。&&& 新發現的這顆行星質量是地球的14倍，重量與天王星差不多，繞一顆大小亮度與太陽相似的恒星鏇轉。專家稱14倍於地球的質量大概是一顆多岩石行星的上限。但由於這顆行星距離它的主恒星過近，因此，它可能與天王星的形成歷史截然不同。距離太陽系最近的四顆行星全部是多岩石的星體。&&& 行星形成的主要理論是，氣態的星體由一個多岩石的核心構成，在形成過程中，核心隨時間慢慢發展，然後在重力快速收集到大量的氣體時就會到達一個傾斜點。桑托斯表示，這種理論表明新發現的行星永遠都不會達到臨界質量。桑托斯通過電子郵件解釋說：“否則行星就不會變得越來越大。”發現這顆行星的歐洲研究小組在一份聲明中說：“這個物體有可能是一顆具有多岩石核心的行星，隻不過核心被少量的氣體層包圍，因此可以稱得上是‘超級地球'。”怎樣飛越太陽系　　２０００年３月２９日，人類在尋找太陽系外行星方面取得重大進展。美國加利福尼亞大學的科學家宣布，他們發現了兩顆迄今爲止圍繞着其他恒星運行的最小行星。這兩顆太陽系外的行星質量與土星相近。這標志着科學家在尋找地球大小的太陽系外的行星的過程中邁出了重要的一步，因爲迄今爲止觀測行星的技術隻能發現比木星大的太陽系外行星，而要尋找外星生命，隻能到地球大小的行星上去找。想要飛向太陽系外的恒星，解決動力問題則是關鍵。　　　　恒星周圍存在行星是一個普遍現象。在太陽系附近的恒星周圍肯定存在着行星系統，了解那里的行星無疑是一件激動人心的事。可現有的天文手段在這方面顯得過於蒼白無力。它既不能告訴我們這些行星的大氣組成，也無法揭示其地質構造，甚至天文學家連它們的幾何尺寸也無從知曉。　　　　這一切都是地球與目標行星之間的距離所致——動輒幾十萬天文單位的旅程會令最狂熱的宇航迷變得垂頭喪氣，用化學火箭推進的探測器要用成千上萬年才能飛到那里。　　　　如何在一個科學家的有生之年完成太陽系外的探險呢？這時飛船應該達到每秒幾百公里的速度，而目前最快的飛船隻能達到這速度的十分之一。現行的飛船之所以行動遲緩，根本原因在於它們僅靠化學火箭在其飛行的頭幾分鍾里加速，沖出大氣層後的航程完全倚賴慣性滑行，充其量在路過大行星時靠其引力加速。因此要想飛向太陽系外的恒星，解決動力問題是關鍵。　　　　目前“旅行者”號和已經飛越了，成爲離地球最遠的探測器。爲了達到這一目標，科學家花費了十幾年的時間，其間還不斷利用大行星的引力加速（稱爲“引力跳板”技術）。而且從一開始，它們就是用最強大的化學火箭（“土星”號）發射的。　　　　下面的方法是科學家想到的飛越太陽系到達其他恒星的方法。其中有一些現在就可以實現，而另一些也許永遠隻能停留在設想階段。　　　　核動力火箭　　　　２０世紀５０年代，隨着和平利用原子能的呼聲日益高漲，原子火箭發動機應運而生。法國人設計了以水爲工作物質的，它靠核反應堆產生的熱量將水汽化，高速噴射出的水蒸汽能使星際飛船逐漸加速。火箭要噴出５０００噸的水才能在５０年内把飛船送往最近的恒星——比鄰星（距地球４·２２光年）。　　　　一般化學火箭的結構質量占總質量的６％—１０％，有效載荷僅占１％；而原子能火箭的結構質量占總質量的１２％—１５％，但有效載荷可占總質量的５％—８％。以氘爲燃料的核聚變火箭，排氣速度可達１５０００公里／秒，足以在幾十年内把宇宙飛船送到别的恒星。　　　　比放出更大的能量。在一個核聚變推進系統中理論上每千克燃料能夠產生１００萬億焦耳能量———比普通化學火箭的能量密度高一千萬倍。核聚變反應將產生大量高能粒子。用電磁場約束這些粒子，使之向指定方向噴射，飛船就可以高速前進了。爲安全起見，核飛船至少應在近地軌道組裝。爲利用月球上豐富的氦資源，月球也是理想的組裝發射地。此外也可以在拉格朗日點（此點處的物體在繞地球運轉的同時保持與月球相對距離不變）處完成組裝，原材料從月球上用電磁推進系統發送。　　　　光帆　　　　中國古代的紙鳶無法和現在的超音速飛機同日而語，今人設想的噴射式推進系統也不能和未來實際的相提並論。相對於來說，以下幾種進入太空的方法更有可能在未來的星際飛行中使用。　　　　１５世紀地理大發現時期，西歐的水手們颺帆遠航，駛向傳說中的大陸。未來的星際航行恐怕還要借助“帆”這種古老的工具，隻不過驅動“太空帆”的不是氣流而是光。早在２０世紀２０年代，物理學家就已證明電磁波對實物具有壓力效應。１９８４年，科學家提出，實現長期太空飛行的最佳方法是向一個大型薄帆發射大功率激光。這種帆被稱爲“光帆”。它采用圓盤狀布局，直徑達３· ６千米，帆面材料爲純鋁，無任何支撑結構，其最大飛行速度可達到光速的十分之一。在搭載１噸的有效載荷時，飛抵半人馬座的α星僅需４０年或更少的時間。以這個速度，太空船可以在兩天内從太陽飛到冥王星，但要是飛越另一個太陽系並對其進行考察，這速度顯然太低了。　　　　爲了進行詳細的考察，可以采用“加速——減速”的飛行方案。這時光帆直徑取１００千米，使用功率爲７·２×１０１２瓦的激光器向它發射激光。在減速階段，將有一個類似減速傘的小型光帆被釋放出來。它把大部分激光向飛船的前進方向反射，以達到制動的目的。　　　　雖然要求較高，但較其他形式的星際飛船而言，光帆是在技術上和經濟上最容易實現的方案。根據估算，在使用金屬鈹作爲帆面材料時，飛到半人馬座α星的總費用爲６６·３億美元。這隻相當於