太阳系——是位于银河系猎户臂的一个行星系统,由一颗中心恒星(太阳)及其受引力束缚的天体组成。 它包括8颗主要行星、它们的卫星(已知超过205颗)、矮行星(例如冥王星),以及数百万颗小行星(主要位于火星和木星之间)、沿椭圆轨道运行的彗星和流星体,还有行星际尘埃和气体。
太阳系在银河系中的位置,很可能是影响地球生命演化的因素之一。它在银河系中的轨道接近圆形,且轨道速度与银河旋臂的轨道速度大致相同,这意味着太阳系很少会穿过旋臂之间。 在螺旋臂内,超新星爆炸的发生频率远高于螺旋臂之间,这可能会对行星的气候和生物圈造成灾难性影响;一些科学家推测,地球上部分物种灭绝事件可能是由此类现象引起的。地球位于一个相对稳定的位置,因此有利于生命进化。 太阳系还远离银河系中心那些恒星密集的区域——在那里,恒星的近距离经过可能会将奥尔特云中的天体撞离轨道,并将许多彗星送入太阳系内部,从而引发灾难性的碰撞。来自银河系核心的强烈辐射也可能摧毁地球上的生命。
太阳系的中心是太阳,这是一颗光谱类型为G2的主序星,其质量占太阳系已知总质量的99.86%,并在引力上主导着整个太阳系。 木星和土星是绕太阳公转的两颗最大天体,它们占太阳系剩余质量的90%以上。
围绕太阳运行的大天体,其轨道大多位于接近地球轨道平面的位置,该平面被称为黄道面;而彗星和柯伊伯带天体的轨道通常与黄道面呈较大的倾角。 所有行星以及大多数其他天体都沿着太阳自转的方向绕太阳公转(从太阳北极俯视,即逆时针方向)。当然也有例外,例如哈雷彗星。
约翰内斯·开普勒描述了绕太阳运行的天体的轨道运动,并提出了行星运动定律。 根据开普勒第一定律,每个天体(大致)沿椭圆轨道运行,而太阳位于该椭圆的其中一个焦点上。天体离太阳越近,其运动速度就越快。 行星的轨道接近圆形,然而许多彗星、小行星和柯伊伯带天体则沿高度拉长的椭圆轨道运行,它们与太阳的距离在公转过程中会发生变化。最接近太阳的点称为近日点,最远离太阳的点称为远日点。
由于距离比存在巨大差异,许多太阳系的可视化图中,各行星的轨道距离彼此相近。实际上,除少数例外情况外,行星或小行星带离太阳越远,其轨道与前一个天体轨道之间的距离就越大。 例如,金星的平均轨道距离比水星远0.33天文单位,而土星比木星远4.3天文单位,海王星比天王星远10.5天文单位。 人们曾试图确定这些距离之间的关系(参见:提修斯-波德定律),然而,此类理论均未能给出合理解释,因此未被采纳。
太阳系的主要组成部分包括:
周日: 中央那颗最大的恒星,其质量约占整个系统总质量的99.8%。
小行星带 – 水星、金星、地球、火星(岩石行星/内行星)以及木星、土星、天王星、海王星(气态巨行星/外行星)。
柯伊伯带 ——是一个主要由冰构成的巨大小行星环。它延伸至距离太阳30至50天文单位的区域。该带主要由太阳系中小天体组成,但其中一些最大天体,如夸奥尔、瓦鲁纳或奥库斯,根据国际天文学联合会(IAU)的定义,未来可能会被认定为矮行星。 目前已确认的柯伊伯带天体超过一千个,其中数个天体的直径约为1000公里或更大。据估计,该带中直径超过50公里的岩石-冰质天体数量超过10万个。 柯伊伯带天体大致可分为“经典”天体和与海王星处于轨道共振的天体,即其公转周期与海王星公转周期存在关联的天体。 2:3共振意味着,当海王星绕太阳公转三圈时,该天体绕太阳公转两圈。这种共振关系涉及那些在轨道运动中周期性地比海王星更接近太阳的天体,例如冥王星。因该矮行星的名称而得,处于这种共振关系中的天体被称为“冥王星类天体”。 该带的“经典”部分包含不与海王星处于共振关系的天体,其范围大致从39.4到47.7天文单位。 它们被称为“立方瓦诺”(cubewano),这一名称源自该类型首个被发现的天体1992 QB1——现名为(15760)阿尔比恩。
散射盘 与柯伊伯带重叠,但向外延伸得更远。 人们认为,该区域是大多数短周期彗星的来源。散射盘天体很可能是由于海王星的引力作用而被抛入不规则轨道,海王星在太阳系形成期间曾运行在更远的轨道上(参见:行星迁移)。 大多数散射盘天体(SDO)的近日点位于柯伊伯带内,但远日点可延伸至距离太阳150天文单位处。SDO的轨道对黄道面倾角很大,通常几乎与黄道面垂直。 一些天文学家将散射盘视为柯伊伯带的一部分,并使用“散射柯伊伯带天体”这一术语。
假想的奥尔特云 ——是一大群天体(数量从10亿到1万亿不等),主要由冰构成,在内侧形成一个扁平区域,并在更外侧构成太阳系的球形包层。 其范围从距离太阳300至50,000天文单位(近1光年)处延伸,甚至可能远达其两倍。据推测,它由在太阳系形成初期因大行星的引力相互作用而被从太阳系内侧区域抛出的行星胚组成。 这片星云的结构会受到其他恒星的影响,这些恒星在过去和未来都会与太阳系近距离掠过,从而将彗星从星云中弹射出来,使其朝向行星飞去。
日球层顶 ——是太阳系的外层、公认的边界,在此处,太阳风(来自太阳的粒子流)逐渐减弱,并与星际介质发生碰撞。它起到抵御宇宙辐射的保护屏障(日球层)的作用。该边界位于距离太阳约120至123天文单位处。 越过这一边界,太阳物质不再占据主导地位,取而代之的是来自星际空间的物质。日球层顶的对立面是日球层——即太阳周围的区域,在此区域内,太阳风的压力大于银河风的压力,从而形成了一个由太阳喷射出的物质构成的“气泡”。
谷神星 ——是小行星带中最大且最早被发现的天体。其直径为952.4公里,质量约占小行星带总质量的1/3。 1801年被发现后,它曾被视为一颗行星,但随着类似天体的陆续发现,它逐渐被称为小行星。2006年,其分类被重新界定——被认定为一颗矮行星。
豪梅亚——是一颗与众不同的, 一颗位于海王星轨道之外的柯伊伯带中的快速自转矮行星, 以其修长的、 蛋形, 拥有两颗卫星(希伊阿卡和纳马卡)和一个环。 这是一个海王星外天体,它, 由于其快速旋转(约 4h), 已呈现出接近椭球体的形状。
T这些大多是太阳系中的小型天体,主要由岩石和金属矿物组成。
主小行星带位于火星与木星之间的轨道上,距离太阳2.12至3.3天文单位。人们认为它是太阳系形成过程中的残留物,即因受到木星引力的影响而未能聚合成更大天体的物质。
小行星的大小从数百公里到微观尺度不等。 除谷神星(Ceres)以外的所有小行星均被归类为太阳系小天体,但其中一些,如灶神星(Vesta)和希吉亚(Hygieia),如果最终证实它们已达到静水压平衡(即其自身重力使其呈现出近乎球形的形状),则可能被认定为矮行星。
截至2002年,已在小行星带中确认了约4万个直径超过1公里的天体,其总数估计在70万至170万之间。 然而,这些小行星的总质量可能不超过地球质量的千分之一。小行星带的密度并不高;太空探测器通常能顺利穿过该区域而不会发生碰撞。直径在10米至10⁻⁴米之间的小行星被称为流星体。
有些小行星有卫星。这些卫星通常被称为小行星卫星;如果这两个天体大小相近,则被视为双小行星。
主带小行星根据其轨道特征被划分为不同的群组。它们往往还因共同的起源而相互关联。一些短周期彗星也源自小行星带,这些彗星很可能是地球上水的重要来源之一。
除了主带小行星和柯伊伯带小行星外,太阳系中还有许多沿其他轨道运行的小行星群(族)。
木卫星是位于木星、海王星、火星和地球的L₄和L₅平衡点处的类行星天体。这些区域在引力作用下保持稳定,使天体能够与行星共同运行在同一轨道上。
希尔达族小行星与木星处于2:3的共振关系;也就是说,木星每绕太阳公转两圈,这些小行星就绕太阳公转三圈。
半人马族是位于土星与海王星轨道之间运行的小行星。
近地天体分为四类小行星,其中许多会穿越内行星的轨道。
这些是太阳系中的小型天体,直径通常只有几公里,主要由冰构成。它们的轨道离心率极高;通常,近日点位于内行星轨道附近,而远日点则远在冥王星轨道之外。 当彗星接近太阳时,其冰层表面开始升华,形成彗发——一条由气体和尘埃组成的长尾,从地球上通常肉眼可见。
许多彗星群,例如克鲁茨彗星群,都源于一颗母彗星的解体。一些沿双曲线轨道运行的彗星可能来自太阳系外,但要准确测定它们的轨道却很困难。 那些古老且已不活跃的彗星,其冰质部分已在太阳加热的作用下蒸发殆尽,被归类为类行星天体。
短周期彗星的轨道稳定性不超过两百年。长周期彗星的轨道则可持续数千年。长周期彗星,如海尔-博普彗星,很可能起源于奥尔特云。 它们很可能是由柯伊伯带或奥尔特云中的两个天体相互接近而形成的,这种相互作用可能使它们偏离原有轨道,被引向太阳系内侧——在那里它们会被观测到并成为彗星,或者被抛入星际空间。
彗星和小行星可能会与行星发生碰撞,因此对地球上的生命构成了潜在威胁。最近一次彗星与行星的碰撞发生在1994年7月16日,当时舒梅克-列维9号彗星撞上了木星。 地球上存在许多撞击坑,这些都是彗星或小行星坠落留下的痕迹。