先說結(jié)論，太陽系的邊界是柯伊伯帶和奧爾特云。

一、柯伊伯帶的形成與演化

首先，任何一個(gè)新恒星的形成都需要一團(tuán)濃密的星云氣體，通過星云的不斷運(yùn)動(dòng)和在襁褓中心的恒星引力，星云逐漸自我集中，形成中心的主恒星，然后再形成一個(gè)原行星盤，經(jīng)過幾十億年的演化構(gòu)成了今天類似太陽系的這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)：主恒星進(jìn)入蓬勃的生命周期，釋放的能量保持穩(wěn)定，各個(gè)環(huán)繞的行星系統(tǒng)按照比較穩(wěn)定的軌道圍繞主恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的星盤。

奧爾特星云就屬于這片星云的最外圍，但如何界定它的定義范圍莫衷一是，比如NASA甚至定義到了近兩光年外，幾乎是我們到比鄰星距離的一半了。而柯伊伯帶則屬于這個(gè)原始星盤的外圍(距離太陽約45億公里以上)，相當(dāng)于太陽系主行星區(qū)域與外圍殘留星云(奧爾特云)的交界地帶，跟奧爾特云的規(guī)模相比簡直是原子核對比整個(gè)原子。

這里太陽引力和土星、木星、天王星、海王星這些巨型行星的影響力互相作用。不同行星軌道周期各不相同，因此對于柯伊伯帶而言，受到不同周期的引力，比如土星每繞太陽旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，木星則旋轉(zhuǎn)了兩周，使得柯伊伯帶不斷被這種周期性變化的引力(共振)作用。它的效果使得太陽系內(nèi)某些區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)巨型行星的可能性變得非常低。經(jīng)年累月的作用下來，柯伊伯帶就形成了一個(gè)由許多微星和原始星盤碎片構(gòu)成的區(qū)域，冥王星也處于這個(gè)區(qū)域。

柯伊伯帶大致位置，圖中英文分別是(Jupiter-木星，Saturn-土星，Uranus-天王星，Neptune-海王星，Pluto-冥王星，Kuiper Belt-柯伊伯帶)，來自NASA

更外圍的奧爾特云距離太陽引力更遠(yuǎn)，無疑受著更復(fù)雜的攝動(dòng)力，保持著極其稀疏甚至混亂的狀態(tài)，不過那里太遠(yuǎn)了，人類并不能探測到什么有效的東西，只是理論邏輯上的推演而已。

二、人類對柯伊伯帶的認(rèn)識(shí)與研究

人類目前對柯伊伯帶的了解還非常有限，過去天文學(xué)家一直認(rèn)為此處空無一物，是太陽系的盡頭。但隨著天文觀測技術(shù)的發(fā)展及人類計(jì)算能力的提高，柯伊伯帶和奧爾特云的概念逐漸成型并被證實(shí)。成熟的柯伊伯帶理論最早始于上世紀(jì)50年代，是由愛爾蘭裔科學(xué)家艾吉沃斯提出、荷蘭美籍科學(xué)家柯伊伯研究并深入的一套天文研究體系。

天文學(xué)家 杰吉拉德 · 柯伊伯,圖片來自維基百科

但當(dāng)時(shí)的觀測條件依然不夠直接發(fā)現(xiàn)這么遙遠(yuǎn)的實(shí)際證據(jù)，第一個(gè)柯伊伯帶天體的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)是1992年了。目前人類的深空探測能力大大增強(qiáng)，在這里發(fā)現(xiàn)了更多的小型天體。天文學(xué)家按照目前的估計(jì)甚至認(rèn)為發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體恐怕只是小小冰山一角，那里的天體數(shù)量很有可能超過10億顆，而直徑超過100千米小行星可能高達(dá)35000顆，著實(shí)是個(gè)龐大的系統(tǒng)。

三、我們對柯伊伯帶觀測的“新視野“

新視野號(hào)，圖片來自NASA

近期剛剛抵達(dá)的新視野號(hào)為我們開拓了“新視野“，它從不到1萬公里的距離詳細(xì)觀測了冥王星，并拍出了人類第一張冥王星彩圖。目前的觀測結(jié)果表明，冥王星要比原先估計(jì)的體積大一些(直徑為2370±20千米)，超越了另一顆著名的柯伊伯帶矮行星鬩神星成為太陽系內(nèi)最大矮行星。但后者質(zhì)量要比冥王星大約27%，冥王星的大氣也比想象中更稀薄一些。在飛離冥王星后，新視野號(hào)會(huì)繼續(xù)前行，在有效控制下(如今的技術(shù)已經(jīng)比它之前旅行者/先鋒幾個(gè)探測器高太多了)，搜索柯伊伯帶的相對大型天體(直徑50-100千米左右，未最終確定)，繼續(xù)探秘。

7月13日新視野號(hào)拍到的冥王星彩圖，圖片來自NASA

新視野觀測冥王星的最新結(jié)論讓人對柯伊伯帶的興趣頓時(shí)達(dá)到了頂點(diǎn)，由于柯伊伯帶附近一直沒有形成一顆大型行星，受太陽影響極其微弱，也沒有經(jīng)歷各種復(fù)雜的天文現(xiàn)象，因此它的大部分構(gòu)成基本上代表了太陽系形成初期的原始成分，這對我們了解太陽系的起源非常有意義。天文學(xué)家根據(jù)這些觀測普遍認(rèn)為，這個(gè)區(qū)域充滿了微小冰封的物體，是太陽系最為寶貴的活化石，我們應(yīng)該時(shí)刻期待新視野號(hào)的未來發(fā)現(xiàn)。

四、柯伊伯帶-彗星和生命的家園

柯伊伯帶另一個(gè)很大的秘密是太陽系那些短周期(軌道周期小于200年)彗星族群，比如最典型的哈雷彗星，都來源于這個(gè)區(qū)域，目前發(fā)現(xiàn)的會(huì)訪問太陽的彗星已有約600顆！一個(gè)解釋地球生命起源的經(jīng)典理論是彗星說，也許曾經(jīng)的某顆彗星撞擊地球，為地球帶來了最基本的有機(jī)物。而地球所處的太陽系位置又非常完美，最終孕育了地球上的所有生命。也因此，彗星尤其是來自柯伊伯帶的彗星研究，成為一個(gè)熱點(diǎn)。

最著名的就是歐洲宇航局的羅塞塔任務(wù)，在經(jīng)過10年的漫長太空旅行后，羅塞塔于2014年年底抵達(dá)了一顆叫做67P/丘留莫夫－格拉西緬科的短周期(6.45年)彗星。這顆彗星目前位于太陽系內(nèi)部，每周期運(yùn)動(dòng)都受到很多天體攝動(dòng)，天文學(xué)家推算很有可能它很早之前源于柯伊伯帶。羅塞塔釋放了菲萊登錄器最終登上了這顆彗星，目前的研究結(jié)果表明，這顆彗星上在不斷蒸發(fā)水蒸氣，而且探索到了可能的有機(jī)物存在證據(jù)。

羅塞塔登陸彗星效果圖，圖片來自ESA

羅塞塔的發(fā)現(xiàn)意義非凡，關(guān)于生命起源的理論與推想越來越多和太陽系內(nèi)的其他天體尤其是彗星聯(lián)系起來，而柯伊伯帶則是孕育這個(gè)偉大起源的最大可能。目前，對其他彗星和小行星的探測任務(wù)也在論證中，或許未來會(huì)有更多的探測器訪問甚至登陸彗星，為我們帶來更多的生命起源證據(jù)。

但我們還要記得，太陽系的外圍還有一團(tuán)巨大的星云包裹著整個(gè)太陽系，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過柯伊伯帶的距離，那是我們真正的襁褓，奧爾特云。這個(gè)星云是由水冰、氨和甲烷等固體揮發(fā)物構(gòu)成的龐大結(jié)構(gòu)，天文學(xué)家認(rèn)為它是太陽系的根源。目前唯一能有所探尋的是長周期彗星，有時(shí)它們會(huì)被引力捕獲成為短周期彗星，正如柯伊伯帶彗星，可是這種觀測機(jī)會(huì)實(shí)在罕見。奧爾特云的寬度最遠(yuǎn)已經(jīng)距離太陽達(dá)到兩個(gè)光年，幾百年內(nèi)的人類，恐怕現(xiàn)有的技術(shù)還無法讓我們走出這個(gè)我們誕生的地方。

因此，人類對柯伊伯帶乃至奧爾特云的探索，真的可以用一句經(jīng)典的詩句來形容：路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索！這個(gè)世界的盡頭，或許就是我們起源的地方…