来源｜科普中国-未来耀科学

地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。所以走向深空，寻找宜居系外星球，是人类长久以来的梦想。
可是今天，我们对太阳系和之外的世界了解有多少？人类探测器最远去到了哪里？我们探测到了多少系外行星？科幻片里的星际旅行方式，可能变成现实吗？
在4月27日的科普中国-未来耀科学“空间探索”特别直播中，国家天文台研究员苟利军、青年研究员范舟和助理研究员赵斐，同我们一起探索更遥远的宇宙空间。

独特的太阳系
在茫茫宇宙中大约有数千亿个星系，一个星系又包含数亿颗恒星，太阳只是其中一颗。可是在某种程度上，我们的太阳系却又非常独特。
赵斐介绍，太阳系的行星系统与系外行星系统有很多区别。比如，在系外行星系统中，常见的往往是热木星。热木星是和木星相似的气态巨行星，但轨道离太阳特别近，比地球轨道还靠内。
我们的太阳系则有木星，表面是明暗相间的带状条纹，再配合一个大红斑，非常漂亮。木星是太阳系最大的行星，其他七大行星的质量加起来，还不到木星质量的一半。而且它处在地球所在的宜居带之外，公转周期大概是12年，像清扫机一样绕着太阳运行，会清除掉大多数试图飞进内轨道的小天体，为我们的地球竖起一道安全屏障。
热木星在系外行星系统中更常见（艺术构想图）｜ESA/Hubble

太阳系的边缘有个小黑洞？
由于冥王星被降级为矮行星，目前太阳系公认有八大行星。可是，近年来有一种说法认为，在遥远的太阳系边界附近还存在一个第九大行星，那是什么样的天体呢？
苟利军介绍，有天文学家猜测，这颗潜在的第九大行星可能是一颗黑洞，质量为地球的5～10倍。恒星演化到生命末期，会在引力作用下坍缩形成致密的时空区域，也就是黑洞。如果把地球压缩成黑洞，直径大概是1.8厘米；而黑洞的质量与直径成正比，可以推算出这个潜在黑洞的直径大约是10厘米，只有拳头大小。冥王星绕太阳一圈需要248年，这个天体的公转周期可能会是上万年，距离太阳非常遥远，很难探测到。

太阳系的边界在哪里？
人类已经发射多颗探测器探索太阳系内各大行星，2012年，旅行者一号更被认为已经飞出太阳系。可是太阳系的边界究竟在哪里？飞出太阳系要走多远？
范舟介绍，传统上人们认为，冥王星以外就不属于太阳系了。但事实上，太阳系和星际空间的分界并不明确。
一方面，太阳会吹出太阳风，抵抗外来星际物质，在交界处形成日球层。很多人将日球层顶，也就是太阳风终止的地方看作太阳系边界。太阳风影响的范围大约是太阳至冥王星距离的4倍。
另一方面，太阳引力主导的范围可能还要向外延伸1000倍，到达奥尔特云的位置，也就是大量彗星的起源之地。
不过，奥尔特云目前只是理论猜测。要从地面上观测遥远的太阳系边缘非常困难，而发射探测器又需要飞行很长时间，所以太阳系至今仍有很多未解之迷。

太阳系的边界并不明确。图中红色曲线为日球层顶。｜来源：NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

系外行星如何探测？
在太阳系之外，是否有像地球一样适宜人类居住的星球？在那上面是否生存着其他生命？带着这些好奇，人类对探索系外行星满怀热情。
赵斐介绍，目前人们一共探测到4000多颗系外行星，探测这些系外行星的方法主要有三种。第一种是直接成像法，目前用这种方法发现了50多颗系外行星。由于行星不发光，只反射主星的光，所以要直接探测比较困难，不过在一些情况下，通过遮住主星的光，可以分辨出行星的微弱光芒。
第二种是多普勒速度法，用这种方法发现了800多颗系外行星。其背后的原理是，如果周围有行星围绕，就会对主星造成扰动，使主星产生周期性的速度变化，从而在光谱上表现为周期性的红移和蓝移。
第三种是凌星法，剩余3000多颗系外行星都是通过凌星法观测到的。就像月亮挡住太阳会形成日食一样，行星周期性地围绕主星运动，同样会遮挡主星的光，观测到这种微弱的亮度变化就可以确认行星的存在。

星际旅行真的可行吗？
在电影《星际穿越》中，人类为了寻找新的宜居星球，穿越虫洞，进行时间旅行。这样的星际旅行真的可行吗？
苟利军介绍，如果能发现虫洞，穿越到一个大质量黑洞周围，是比较安全的。但如果是太小的黑洞就不适合，因为小质量黑洞周围潮汐力非常大，人还没靠近黑洞，早已经被撕碎成基本粒子了。
黑洞的中心是一个体积无限小、引力无限大的奇点，在这里时空极度扭曲。目前用来描述引力的广义相对论在奇点处是失效的，我们对黑洞仍有很多未知，未来需要量子引力理论来描述奇点的状态。
穿越到大质量黑洞周围或许比较安全。｜电影《星际旅行》

结语
宇宙深空或许遥远，但对于天文学家而言，宇宙就像是一个巨大的实验室，进行着地球上无法实现的各种实验，比如恒星内部的核聚变，比如黑洞周围的极端引力环境。
奇妙的是，归根结底，天上的规律与地上的规律是统一的，我们探索宇宙的发现最终又会反过来应用到各种技术上，推动我们探索未知的步伐。
如今，飞出太阳系尚且困难重重，但相信怀着对星辰大海的向往之心，人类必将深入更广阔的宇宙，揭开更多宇宙奥秘。

来源: 十点科学

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