太陽系的發現和探索
太陽系的發現和探索是對地球「宇宙鄰居」的觀察、探訪及相關知識的增進和理解[1]，這包括了太陽、地球和月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星等主要行星和它們的衛星以及包括彗星、小行星和宇宙塵埃等在內的更小天體[1]。
太陽系—我們太陽的行星、衛星和更小碎片組成的系統—是人類的宇宙後院。與星際間距離相比，行星間的距離要小數百萬倍，這雖然讓人望而生畏，但在技術上是可以超越的。
——美國宇航局[1]
歷程
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數千年來，天文學家一直摒持地心說觀點，不承認太陽系的存在。雖然古希臘薩摩斯島哲學家阿里斯塔克斯曾推測過宇宙的日心結構，但大多數人仍認為地球是靜止地位於宇宙中心，與天空中移動的神聖或縹緲的天體完全不同。16世紀，尼古拉·哥白尼提出了從數學上可預測的日心模型，其17世紀的後繼者伽利略·伽利萊、約翰內斯·開普勒和艾薩克·牛頓對物理學有了現代的理解，從而逐漸接受了這樣一種觀點，即地球圍繞太陽運轉，其它行星與地球一樣，都受同一物理定律的支配。在最近一段時間，這也導致了對地質現象的調查，如山脈和火山口以及季節性氣象現象，如雲層、沙塵暴和其他行星上的冰蓋。
古代和首次觀察
[編輯]望遠鏡觀測
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對太陽系的首次探索是通過望遠鏡進行的，當時天文學家首先開始繪製那些肉眼看不見的微弱天體圖。
伽利略是首位發現太陽系各天體物理細節的人，他發現月球上有隕石坑；太陽上有黑子；木星軌道上有四顆衛星[2]。克里斯蒂安·惠更斯繼伽利略之後，發現了土星的土衛六和土星環[3]。喬凡尼·多梅尼科·卡西尼後來又在土星環中發現了四顆衛星和卡西尼縫[4]。
愛德蒙·哈雷在1705年意識到，被多次目擊記錄的哈雷彗星為同一個天體，每75-76年定期返回一次，這是首個揭示所有物體都在環太陽運行的證據[5]大約在這一時期(1704年)，「太陽系」一詞開始出現在英語中了[6]。
1781年，威廉·赫歇爾在尋找金牛座中的聯星時，觀測到一顆認為是新彗星的天體，但其軌道顯示它是一顆新行星—天王星，這是有史來第一顆被發現的行星[7]。
1801年，朱塞普·皮亞齊發現了一顆位於火星和木星之間的小星球—穀神星，它一度被認為是另一顆行星，但後來在同一區域中又發現了另一些小星球後，它和這些行星最終被重新歸類為小行星[8]。
到了1846年，天王星軌道的差異讓許多人懷疑一定有一顆大型行星在更遠處拉扯着它。於爾班·勒威耶的計算最終導致了海王星的發現[9]。由於水星軌道的近日點攝動過大，勒威耶於1859年提出了水星內側火神星的假設，但結果是一個不相干的謬誤。
儘管對太陽系被何時真正「發現」仍存有爭議，但19世紀的三次觀測毫無疑問地確定了它的性質和在宇宙中的位置。首先，在1838年弗里德里希·威廉·貝塞爾成功地測量了一個恆星視差，一種由地球繞太陽運動所產生恆星位置的明顯偏移。這不僅是太陽中心論第首個直接的實驗證據，而且第一次揭示了太陽系和恆星間巨大的距離。而後，在1859年，羅伯特·威廉·本生和古斯塔夫·基爾霍夫使用新發明的分光鏡研究了太陽的光譜特徵，發現它是由與地球上相同的元素所組成，首次確立了地球與其它可見天體間的物理相似性[10]。在此之後，安傑洛·西奇神父將太陽的光譜特徵與其他恆星的光譜特徵進行了比較，發現它們幾乎完全相同。意識到太陽也是一顆恆星的結果導致了其他恆星可能也有自己的系統的假設，雖然這在近140年內並沒有得到證實。
外行星軌道的進一步明顯差異使帕西瓦爾·洛厄爾認為，海王星之外一定存在另一顆X行星。在他死後，洛厄爾天文台進行了一次搜索，最終在1930年由克萊德·湯博發現了冥王星。然而，冥王星被發現太小，不足以擾亂外行星的軌道，因此它的發現純屬巧合。與穀神星一樣，它最初被認為是一顆行星，但當在其附近發現了更多大小類似的其他天體後，2006年國際天文學聯合會將它歸類為一顆矮行星[9]。
1992年，發現了第一個與太陽系不同的行星系證據，它圍繞着脈衝星PSR B1257+12運行。三年後，第一顆環繞類太陽恆星運行的太陽系外行星飛馬座51b被發現。截至2017年，已累計發現2687個外太陽系星系[11]。
同樣在1992年，夏威夷大學的天文學家大衛·朱維特和麻省理工學院的天文學家劉麗杏發現了小行星阿爾比恩。這一天體被證明屬於後稱為柯伊伯帶的新群體，一種類似於小行星帶的冰狀物，冥王星和卡戎等天體被認為是其中的一部分[12][13]。
2005年，米高·布朗、查德·特魯希略和戴維·拉比諾維茨等宣佈發現了鬩神星，這是一顆離散盤天體，最初認為比冥王星大，這使它成為自海王星以來在繞太陽軌道上發現的最大天體[14]。 2015年7月，新視野號飛越冥王星並對它進行了更精確測量，冥王星只比鬩神星稍大，但質量較小。
航天器觀測
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自太空時代開啟以來，各個航天機構組織和實施了大量的無人探測器探索任務。
目前，從地球發射的宇宙飛船已不同程度地造訪了太陽系中所有的行星。通過這些無人任務，人類已能夠獲得所有行星的近景照片，並通過着陸器，對一些行星的土壤和大氣層進行了探測。
第一顆被送入太空的人造物體是前蘇聯在1957年發射的斯普特尼克1號衛星，它成功環繞地球運行直到次年1月4日[16]；1959年發射的美國探測器「勘探者6號」是第一顆從太空拍攝地球圖像的衛星。
飛越
[編輯]第一艘成功飛越另一顆太陽系天體的探測器是月球1號，它在1959年飛過月球，原本打算撞擊月球，但沒能擊中目標，成為第一艘環繞太陽運行的人造物體。水手2號是首艘完成行星飛越的探測器，1962年飛過金星；1965年水手4號首次成功飛越火星；而水手10號則於1974年首次飛越水星。
第一艘探索外行星的探測器是1973年飛越木星的先驅者10號，而先驅者11號則是1979年第一個造訪土星的探測器。1977年發射後，旅行者探測器對外行星進行了一次盛大的巡遊，兩艘探測器分別於1979年和1980年飛過木星，旅行者2號在1981年飛越土星後，於1986年接近天王星，1989年接近海王星。這兩艘旅行者號探測器現在已經遠遠超出了海王星的軌道，正在尋找和研究終端激波、日鞘和日頂。根據美國宇航局報道，這兩艘旅行者號探測器在距離太陽約93個天文單位處都遭遇到終端激波[17]。
對彗星的首次飛越發生在1985年，當時國際彗星探險者探測器(ICE)飛越了賈可比尼-秦諾彗星[18]，而小行星的第一次飛越是由伽利略號探測器進行的，該探測器在飛往木星途中對小行星加斯普拉(1991年)和艾女星(1993年)進行了成像。
2006年1月19日，新視野號探測器發射升空，它是第一艘探索柯伊伯帶的人造航天器，這無人任務於2015年7月飛過了冥王星。這次任務也將觀察其他一些柯伊伯帶天體，包括2019年元旦近距離飛越小行星阿羅科特[19]。
截至2011年，美國科學家擔心，對小行星帶以外的探索會因鈈-238供應的短缺而受到限制。
軌道器、探測車和着陸器
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1966年，月球成為地球以外首個被一顆人造衛星(月球10號)環繞的太陽系天體，接着是1971年的火星(水手9號)；1975年的金星(金星9號)；1995年的木星(伽利略號探測器)；小行星愛神星是在2000年(會合-舒梅克號)；土星在2004年(卡西尼-惠更斯號)；而水星和灶神星]則是在2011年(信使號和黎明號)，從2015年起，「黎明號」環繞着小行星-矮行星穀神星運行。
首艘登陸在另一太陽系天體上的探測器是前蘇聯的月球2號，它於1959年撞擊在月球表面，自那時起，人類發射的探測器開始抵達越來越遙遠的行星。1966年的金星(金星3號探測器降陸或撞擊在金星表面)；1971年的火星(火星3號在火星硬着陸，直到1976年海盜1號才完全成功着陸)；2001年的小行星愛神星(會合-舒梅克號)和2005年的土衛六(惠更斯)和坦普爾1號彗星(深度撞擊號)。伽利略號軌道飛行器在1995年也向木星大氣層投放了一隻探測器，由於木星沒有物理表面，探測器在下降過程中被不斷升高的溫度和壓力摧毀。
迄今為止，只有月球和火星這兩顆太陽系的星球被月球車和火星車探訪過。首輛造訪另一天體的機械人漫遊車是1970年登陸月球的蘇聯月面步行者一號；第一輛造訪另一行星的則是旅居者號火星車，1997年它在火星表面穿越了500米；唯一一種造訪另一個世界的載人漫遊車是美國宇航局的阿波羅月球車，它在1971年至1972年間與阿波羅15、16和17一起抵達月球。
航天器探測
[編輯]太陽系部分任務概述
| # | 航天器 | 發射 年份 |
水星 | 金星 | 火星 | 穀神星 | 木星 | 土星 | 天王星 | 海王星 | 冥王星 | 結束 年份 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 金星3號 | 1965 | 撞擊 | 1966 | ||||||||
| 2 | 先驅者10號 | 1972 | 飛越 | 2003 | ||||||||
| 3 | 先驅者11號 | 1973 | 飛越 | 飛越 | 1995 | |||||||
| 4 | 水手10號 | 1973 | 飛越 | 飛越 | 1975 | |||||||
| 5 | 旅行者1號 | 1977 | 飛越 | 飛越 | — | |||||||
| 6 | 旅行者2號 | 1977 | 飛越 | 飛越 | 飛越 | 飛越 | — | |||||
| 7 | 伽利略 | 1989 | 飛越 | 軌道器 | 2003 | |||||||
| 8 | 尤利西斯號 | 1990 | 飛越 | 2009 | ||||||||
| 9 | 卡西尼號 | 1997 | 飛越 | 飛越 | 軌道器 | 2017 | ||||||
| 10 | 火星奧德賽 | 2001 | 軌道器 | — | ||||||||
| 11 | 勇氣號/機遇號 | 2003 | 探測車 | 2010/2018 | ||||||||
| 12 | 火星快車 | 2003 | 軌道器 | — | ||||||||
| 13 | 信使號 | 2004 | 軌道器 | 飛越 | 2015 | |||||||
| 14 | 火星偵察軌道器 | 2005 | 軌道器 | — | ||||||||
| 15 | 金星快車 | 2005 | 軌道器 | 2014 | ||||||||
| 16 | 新視野號 | 2006 | 飛越 | 飛越 | — | |||||||
| 17 | 黎明號 | 2007 | 軌道器 | 2018 | ||||||||
| 18 | 朱諾號 | 2011 | 軌道器 | — | ||||||||
| 19 | 好奇號(火星科學實驗室) | 2011 | 探測車 | — |
載人探索
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對太陽系的載人探索結束於1972年，第一位到達太空(定義為高度超過100公里)並環繞地球運行的人是前蘇聯太空人尤里·加加林，1961年4月12日搭乘東方一號發射升空。第一位在另一顆太陽系天體表面行走的人是尼爾·阿姆斯特朗，1969年7月21日，在阿波羅11號任務期間，他踏上了月球。到1972年，又進行了5次登月。美國可重複使用的穿梭機在1981年至2011年間共執行了135次飛行任務，五架穿梭機中有兩架在事故中損毀。
第一座擁有一名以上太空人的軌道空間站是美國宇航局的天空實驗室，它在1973年至1974年期間成功接納了三名太空人。人類真正在太空的定居始於蘇聯的和平號空間站，從1989年到1999年，該空間站已連續被使用了近十年。它的繼任者國際太空站自2001年以來一直保持着人類在太空中的持續活動。2004年，美國總統喬治·沃克·布什宣佈了太空探索願景，呼籲更換老化的穿梭機、重返月球並最終進行載人火星任務。
各國的探索
[編輯]圖例:
☄ -環繞或飛越[20]
Ѫ - 成功登陸目標天體
⚗ - 採樣返回
⚘ - 載人任務[21]
ↂ - 長期可居住空間站[22]
| ' | 近地軌道 | 月球 | 火星 | 火星衛星 | 小行星 | 金星 | 水星 | 外太陽系 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 美國
|
☄⚘ↂ | ☄Ѫ⚗⚘ | ☄Ѫ | ☄ | ☄Ѫ⚗ | ☄Ѫ | ☄ | ☄ |
 蘇聯[23]
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☄⚘ↂ | ☄Ѫ⚗ | ☄Ѫ | ☄ | ☄ | ☄Ѫ | ||
 俄羅斯 (1992年起)
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☄⚘ↂ | |||||||
 烏克蘭 (1992年起)
|
☄ | |||||||
 中華人民共和國
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☄⚘ↂ | ☄Ѫ⚗ | ☄Ѫ | ☄ | ||||
 歐洲聯盟[24]
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☄ↂ | ☄ | ☄ | ☄ | ☄Ѫ | ☄ | ☄Ѫ | |
 日本
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☄ↂ | ☄Ѫ | ☄Ѫ⚗ | ☄ | ||||
 印度
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☄ | ☄Ѫ | ☄ | |||||
 伊朗
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☄ | |||||||
 以色列
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☄ | ☄ | ||||||
 北韓
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☄ | |||||||
 新西蘭
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☄ | |||||||
 阿聯酋
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☄ | |||||||
 南韓
|
☄ | ☄ | ||||||
| 商業 | ☄⚘ | ☄Ѫ |
備註：
- 只計入成功或部分成功的飛行任務；在他國航天器上的儀器不列為單獨的飛行任務。
- 點擊符號會打開介紹該類別中首次成功任務的頁面。
勘探測量
[編輯]近距離拍攝的天體:
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| 太陽 （恆星） |
木星 （行星） |
土星 （行星） |
天王星 （行星） |
海王星 （行星） |
地球 （行星） |
金星 （行星） |
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 |
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| 火星 （行星） |
伽倪墨得斯 （木衛三） |
泰坦 （土衛六） |
水星 （行星） |
卡里斯托 （木衛四） |
艾奧 （木衛一） |
月球 （地球的衛星） |
 |
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| 歐羅巴 （木衛二） |
特里同 （海衛一） |
冥王星 (柯伊伯帶天體) |
泰坦妮亞 （天衛三） |
瑞亞 （土衛五） |
奧伯倫 （天衛四） |
伊阿佩托斯 （土衛八） |
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| 卡戎 （冥衛一） |
烏姆柏里厄爾 （天衛二） |
艾瑞爾 （天衛一） |
狄俄涅 （土衛四） |
忒梯斯 （土衛三） |
穀神星 （小行星帶） |
灶神星 （小行星帶） |
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| 恩刻拉多斯 （土衛二） |
米蘭達 （天衛五） |
普羅透斯 （海衛八） |
彌馬斯 （土衛一） |
許佩里翁 （土衛七） |
福玻斯 （火衛一） |
雅努斯 （土衛十） |
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| 阿瑪耳忒婭 （木衛五） |
厄庇墨透斯 （土衛十一） |
忒拜 （木衛十四） |
司琴星 (小行星帶) |
普羅米修斯 （土衛十六） |
潘多拉 （土衛十七） |
梅西爾德星 (小行星帶) |
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| 許德拉 （冥衛三） |
海倫 （土衛十二） |
倪克斯 （冥衛二） |
艾女星 (小行星帶) |
阿特拉斯 （土衛十五） |
忒勒斯托 （土衛十三） |
卡呂普索 （土衛十四） |
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| 福玻斯 （火衛一） |
愛神星 (近地小行星) |
得摩斯 （火衛二） |
加斯普拉 (小行星帶) |
坦普爾1號彗星 (彗星) |
斯坦斯 (小行星帶) |
包瑞利彗星 （彗星 |
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 |
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| 丘留莫夫- 格拉西緬科 (彗星) |
維爾特二號 （彗星） |
墨托涅 （土衛三十二） |
哈特雷二號 （彗星） |
艾衛 (艾女星的衛星) |
||
| 「圖塔蒂斯和糸川小行星無免費近距成像照片」 哈雷彗星、冥衛四「刻耳柏羅斯」、冥衛五「斯梯克斯」、包瑞利彗星、安妮·弗蘭克小行星、海衛二「涅瑞伊得」和海衛七「拉里薩」等只有低解像度天體成像照片；另見近地天體雷達圖像。 | ||||||
採樣返回
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另請參閱
[編輯]參考文獻
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- ^ New Horizons NASA's Pluto-Kuiper Belt Mission. 2006 [2006-07-01]. （原始內容存檔於2015-12-23）.
- ^ 近地軌道欄只展示各國用國產運載火箭進行的發射
- ^ 該欄只展示各國用國產運載火箭發射的情況
- ^ 只計算至少有一個模塊由相關國家建造的站點
- ^ 前蘇聯於1991年12月26日解體，俄羅斯、烏克蘭和其他一些後蘇聯國家部分繼承了它的技術基礎
- ^ The EU entries also include achievements of individual EU members
