作者風趣輕鬆的講述了；我們如何發現大自然法則以及找到我們在宇宙與時間中的座標；生動地敘述前所未聞的故事；描述對於知識的偉大探索；帶領讀者到嶄新世界；並且以最宏觀和最微觀的角度來審視宇宙；帶領讀者漫步宇宙。
地球繞著太陽轉
我們的世界，從誕生以來就一直圍繞著一個巨大的火球年復一年地轉動，永不止息。
這並不是顯而易見的事實——人類從地球獲得的經驗恰恰與此相反——大地似乎才是亙古不變、穩定不動的，太陽從東方升起，從西方落下，劃分日夜。太陽的地位在古代神話中也有所反映，它往往扮演了一個對人世重要但對天庭無關緊要的角色。例如，在希臘神話中，太陽僅僅是阿波羅（Apollo）手中的金球；在中國古代神話中，太陽也不過是天神的馬車上的車輪。在人類的日常經驗中，太陽和月球的大小似乎相差不多。這也對人類認識太陽和地球的關係造成了障礙。人們自然而然會覺得太陽和月球是地位類似的天體，因為從視覺上來說，它們都在離地球差不多遙遠的地方。
為了研究天體運動，古希臘天文學家提出了“天球”的概念。這是一個假想的球面，以觀察者或者地球的中心為中心。日月和夜晚的星辰，都可以在這個球面上標出來。大多數星辰在天球上的相對位置似乎永遠不變，因此被稱作恆星。星空以一年為週期圍繞地球轉動。對北半球中緯度的觀測者來說，每年的夏夜，他們總是在天頂附近看到明亮的織女星和牛郎星隔著銀河相望。到了冬季，整個天空最亮的恆星——天狼星就會如約出現在東南方向。古希臘天文學家將夜空中的恆星劃分為不同的星座以方便人們記憶。每年的同一個夜晚，天空中出現的星座總是相同的（整個天空有88個不同的星座）。
太陽和其他恆星不同，它在天球上的位置會移動。如果我們讓大地變成透明的，並且暫時抽去地球上的大氣，我們就可以在任何時刻看見整個天空的星辰。我們會發現，4月的時候，太陽和白羊座的恆星待在一起，8月的時候會移動到獅子座，而隆冬12月時則從蛇夫座移入人馬座。每一年，太陽都會沿著這條線路走一圈，途經13個星座1。太陽在天球上的這條路徑被稱作黃道，相對應的星座有時被稱作黃道星座。
除了月亮，在天球上還有5個天體的行為明顯有別於恆星，它們就是水星、金星、火星、木星、土星。這5個天體都明亮而容易用肉眼觀察。尤其金星，是夜空中僅次於月亮的明亮天體，比夜空中最亮的恆星天狼星明亮20倍。人們稱這五顆亮星為“行星”，因為和靜止不動的恆星不同，它們在天球上的運動顯而易見。例如，木星以12年為一週期在天球上運轉。中國古代天文學家將其稱作歲星，並以此為基礎制定了地支紀年。
如何理解這些天體的運動？古希臘天文學家認為，宇宙實際上是由一系列同心圓構成，地球處在圓心，太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星，每一個天體佔據了一層宇宙，在同心圓上繞著地球轉動。而其他星體則集體在最外層佔據了一個球面，這個球面繞著天軸轉動。這種宇宙觀反映了當時的哲學理念：宇宙應該是完美的，天體系統應該永恆平穩地運轉。
然而，希臘人發現他們“完美”的宇宙模型上有點小問題，那就是行星的“逆行”。這是一個行星運動中令人困惑的現象。在夜空中，行星在天球上的運動軌跡大致是自西向東。但在某些時候，人們會觀測到行星運動的速度漸漸變慢，直到停滯不前，並向反方向短暫地運動一段時間。在不久後，它們又會再次“扭頭”踏上原來的軌道。在“完美”的宇宙模型中，行星的逆行顯得不合規矩，但希臘人也對此無可奈何，只能忍痛對宇宙模型修修補補。到了公元140年前後，這套模型已經變得無比繁複。出生在希臘的羅馬天文學家克羅狄斯·托勒密（Claudius Ptolemaeus）被公認是古代天文學理論的集大成者。在他出版的天文鉅著《天文學大成》（Almagest）中展示了當時最先進的宇宙。在這本書裡，地球已經被稍稍地移開了宇宙的中心，所有行星的軌道變成了偏心圓。除此以外，每個行星都有一個屬於自己的小軌道，被稱作“本輪”。本輪套在偏心圓軌道上運動，而行星則在本輪上運動。
直到16世紀為止，托勒密的理論統治了天體執行理論1000多年。這很奇怪，托勒密的理論計算繁複，而且也並不是純正的地心理論。它實際上違背了古希臘人所崇尚的完美和平衡的宇宙觀——偏心輪這樣的構造更像是出現在機械匠人手工間裡的奇巧淫技，而不應該出現在神靈創造的天空中。但另一方面，托勒密體系確實也很好地解釋了行星的運動和逆行現象。16世紀，尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）提出了革命性的太陽中心理論。在哥白尼的宇宙模型中，太陽被放到了宇宙的中心，一切天體都圍繞著太陽轉動。但直到哥白尼去世半個世紀後，日心說仍然無法壓倒托勒密的地心理論，從預言的準確程度上來看，它們差不太多。而不管哪一套理論，都無法準確地預言行星的運動，大行星似乎總是在某些時候走得過快了一些，有時又走得慢了一點。
圖1。1托勒密的地心說模型，地球、行星軌道示意圖。行星在一個被稱作本輪的小圓上執行，小圓又套在一個被稱作均輪的大圓上執行。均輪的圓心用五角星代表，稍稍偏離地球
地心說的缺陷畢竟在一步一步地暴露。17世紀初，望遠鏡在荷蘭誕生。這種儀器是將兩個透鏡用一根金屬長管連線起來。第一個透鏡被稱作物鏡，用來收集光線，並匯聚起來。這些光線被第二個透鏡修正後生成人眼可以直接觀察的實像。望遠鏡收集光線的能力和物鏡的面積成正比例關係。物鏡直徑增加10倍，望遠鏡收集光線的能力就增加100倍。望遠鏡還可以使觀測者分辨更精細的影象，這種能力和望遠鏡的直徑成正比例關係。人類的眼睛本身是一套精巧的光學系統，但人眼收集光線的面積很小，大致等於瞳孔尺寸。這樣的能力足以使人類在自然界分辨敵害，甚至也足以使得人在昏暗的蠟燭或油燈下分辨羊皮紙上手寫的小字。但說到仰望星空，人眼能力終究有限。早期的望遠鏡非常簡陋，但物鏡的面積要比人眼的瞳孔大上幾十倍，早期的望遠鏡大大提高了人類的視力。
1609年，伽利略第一次將望遠鏡技術應用到天文觀測中。他驚奇地發現，夜空中橫亙的銀河原來是由無數的星星構成的。當他將望遠鏡指向木星時，他發現在木星周圍居然還有四顆小小的天體。很明顯，這些天體是在圍繞著木星做週期轉動的衛星。其中，轉動最快的一個衛星，在一個晚上就能發現它明顯的位移。既然有天體可以圍繞著木星轉動，而不是以地球為中心，那麼太陽有什麼理由一定要圍繞地球轉動呢？
1573年，哥白尼去世18年後，約翰尼斯·開普勒（johannes kepler）出生於德國的威爾德斯達特鎮。開普勒幼年貧窮，由祖父撫養長大。他的視力很差，可能是幼年的天花造成的。終其一生，開普勒很少真正坐到望遠鏡前，但他仍然被認為是歐洲一流的天文學專家，因為在數學計算方面，開普勒罕有敵手。開普勒是哥白尼學說的信徒，不僅僅是科學上的原因，也有神學上的動機。在開普勒的想象中，上帝創造的世界一定具有完美的幾何特性。幾何學一共存在5種不同的正多面體：正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。每一個正多面體總是存在一個內接球（內部能放下的最大球體）和一個外接球（正好包裹多面體的球體）。如果將5種正多面體巢狀起來，就可以將空間分為6層。開普勒相信這並不是巧合。在他的假想中，如果將太陽放到宇宙的中心，那麼水、金、地、火、木、土這6顆行星的軌道應該正好可以放入5個層層巢狀的正多面體分割的6層球殼中（圖1。2）。這是多麼完美！
1596年，在開普勒的第一本天文學著作《宇宙之謎》（The mystery of the Universe）中，他熱情地描述了自己完美的宇宙理論，並輔以初步的計算結果。然而，歐洲的天文學家並不十分買賬。在哥白尼之後的半個多世紀裡，天文學觀測精度提高了不少。而開普勒仍然在用哥白尼時代的舊資料去驗證自己的理論，顯得不那麼合適。資料的質量在之後很多年裡困擾著開普勒。1600年，開普勒接到當時最著名的天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的邀請，前往布拉格，去做他的助手。這正是開普勒夢寐以求的機會。
第谷可能是望遠鏡發明以前最偉大的觀測天文學家。他改造了六分儀和四分儀，使得它們對角度的分辨力大大提高。第谷可以用自己改造的儀器在1角分的精度上研究行星的運動。讀者可以將自己的手臂向前伸直，與眼平齊，豎起食指，此時食指所能遮掩的角度大約是1度。第谷的觀測精度是這個角度的1/60。
圖1。2開普勒最初的宇宙模型。水、金、地、火、木、土這6顆行星的軌道應該正好可以放入由5個層層巢狀的正多面體定義的軌道上。《宇宙的奧秘》（Mysterium Cosmographicum）（1596）
第谷的一生都致力於高精度測量行星的運動。在邀請開普勒時，第谷是神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世的皇家天文學家，他的工作是將自己一生積累的行星觀測結果編為一個以他的贊助人魯道夫二世命名的星表。這些資料正是開普勒所需要的，他深信這些資料可以證明自己的正多面體模型，於是欣然踏上了旅程。
第谷和開普勒的合作並不愉快。第谷有自己的一套宇宙模型，介於日心說和地心說之間，在這個模型裡，所有的大行星都繞著太陽轉動，而太陽又繞著地球轉動。第谷希望利用開普勒的數學才華來研究自己的模型，但開普勒卻是堅定的哥白尼門徒。開普勒無法從第谷那裡獲得行星運動的全貌，因為第谷對他充滿了戒心，只是一點一點地、施捨式地提供給他只鱗片爪的資料。開普勒沒有能夠取得研究的進展，反倒是花了大量的精力為第谷撰寫攻擊研究對手的文章。
這份合作非常短暫，6個月後第谷不幸因一場突如其來的疾病去世。在彌留時刻，第谷終於將所有的資料交給了開普勒。他對開普勒說：“不要辜負我的一生。”
在隨後的數年裡，開普勒終於能全身心投入解決太陽系執行的問題裡。他很快發現自己的正多面體模型有嚴重的問題。水星的運動完全無法用這個模型預測。其他行星的運動也只是勉強和模型對得上。是第谷的資料錯了嗎？開普勒拒絕相信這個原因，和第谷一起工作過的他完全信任資料的精確度。開普勒只好痛苦地承認，自己“完美”的宇宙模型出了問題。但他距離真正的答案已經不遠了。在重新審視了資料後，開普勒發現瞭解開謎團的關鍵之處——行星的軌道是橢圓曲線，而不是正圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。這就是開普勒第一定律。而他也找到了正確描述行星運動的法則：行星在橢圓軌道上執行，當它遠離太陽的時候，它的速度就會變慢；當它接近太陽的時候，它的速度會加快。如果我們將行星和太陽連成一條線，那麼，這條線在單位時間內掃過的面積總是相同的。這就是開普勒第二定律。在數年後，開普勒又發現了開普勒第三定律：行星圍繞太陽運動的週期平方正比於其軌道半長軸的三次方。開普勒的研究取得了巨大的成功。從此以後，只要確定任意時刻的行星位置，根據開普勒定律，人們就可以完全、精確地預測它之後的運動。
為什麼行星會如此運動？1687年，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）最終找到了蘊含在開普勒定律裡的奧秘——萬有引力定律。牛頓認為宇宙中任意兩個物體之間都存在相互吸引的力，這個力的大小與其距離的平方成反比。而開普勒的行星運動定律，正是牛頓引力定律的直接推論。
音樂家的大發現
18世紀末，太陽系的運動秩序建立起來了，但人類對於太陽系本身的認識還不充分。人們還不知道天空中是否只有5顆行星，也不知道太陽系的邊際在何處。
1781年3月，英國的度假勝地巴斯，一位名叫威廉·赫歇爾（William Herschel）的天文學家用自己製作的望遠鏡發現了一個奇怪的天體。當時，赫歇爾正在對夜空中的雙星進行系統研究。他觀測的目標，大都是恆星，它們離地球非常遠，即使在望遠鏡中也呈現為點狀的發光體，而沒有具體的形態。但是赫歇爾發現的這個天體，在200倍率放大下呈現為一個朦朧的光斑，當他換上更高倍率的目鏡時，光斑的大小隨之增加。赫歇爾猜測這個天體可能是一顆彗星。但和普通的彗星不同，這個天體沒有彗星常見的長長的掃帚尾巴。謹慎起見，赫歇爾仍稱這個天體為彗星，並將該發現通知了皇家學會的天文學同行們。此時的赫歇爾還沒有意識到，這是他一生偉大天文探險之旅收穫的第一個獎品。
事實上，在幾年之前，赫歇爾在英國廣為人知的身份是管風琴演奏家和作曲家。他出身於德國漢諾威的一個音樂世家，兄弟姐妹有10人之多。父親艾薩克·赫歇爾（Isaac Herschel）是樂團裡的一位演奏家。雖然並非富豪，父親還是決定讓他的所有孩子（至少是所有男孩子）都受到良好的教育，不僅在音樂方面，也包括科學和數學。據赫歇爾的妹妹卡羅琳·赫歇爾（Caroline Herschel）回憶，晚飯後父親和赫歇爾會長時間討論音樂演奏相關事項，但是有時，話題會突然轉移到哲學和科學方面。牛頓、萊昂哈德·尤拉（Leonhard Euler）、威廉·萊布尼茨（Wilhelm Leibniz）等人的名字頻繁出現。討論的氣氛會變得非常熱烈，其中尤以威廉·赫歇爾最為活躍。有時討論過於投入，以至母親不得不出面干預，以免談論的聲音驚擾了第二天早上要上學的小孩子們。
受到家庭教育的影響，赫歇爾成長為一位優秀的管風琴和雙簧管演奏家，在樂團獲得常任職位。因為戰爭，在19歲的時候，赫歇爾離開德國去英國發展音樂事業。1766年，他收到了來自Bath（巴斯）的Octagon Chapel（八角教堂）的邀請，成為其常任的管風琴師。Bath是英國著名的時尚休閒城市，有眾多慷慨的上流名士願意為音樂家事業提供贊助。英俊帥氣的外表、精湛的技藝令赫歇爾很快在圈子裡嶄露頭角。作為一個音樂家，赫歇爾不但獲得了優越的生活，職業生涯也在巴斯達到了巔峰。
夏天是音樂家繁忙的季節，需要應付不同的演出，並且Bath訪客雲集。但到了冬天，這裡就變得安靜閒逸。赫歇爾有了充足的個人時間來重拾自己在天文學上的愛好。35歲那年，赫歇爾偶然購買到了詹姆斯·弗格森（james Ferguson）的學術專著《天文學》，這本書讓他重新燃起對於神秘夜空的興趣。晚飯後，他常常帶著這本書回到臥室，讓對星空宇宙的遐想伴他入眠。此時的赫歇爾已經不僅僅滿足於像年輕時一樣只是作為科學愛好者，在沙龍上高談闊論。他想要親自觀察書中所描述的奇妙夜空。這意味著，他需要一個望遠鏡。
在伽利略自制望遠鏡用於天文觀測後，望遠鏡的製作技術取得了很大的進展。在赫歇爾的時代，望遠鏡已經可以從光學器材商店裡買到，只是價格昂貴。在Bath的光學器材商店裡就恰好有一架。但是望遠鏡口徑太小，不能滿足赫歇爾的期望。赫歇爾想要看別人沒有看到過的星空，他希望擁有的是一架在那個時代最優秀的望遠鏡。按照他的計劃，這樣的望遠鏡鏡面至少要達到20英寸（約50釐米）。於是，自制望遠鏡成了他唯一的選擇。
赫歇爾小時候有一些製作樂器的經歷，但是光學望遠鏡是完全不同的東西，對設計和加工精度有著極高的要求。沒有人知道赫歇爾為什麼能成為一個偉大的望遠鏡製造者。他在開始的時候，似乎所有的參考資料只是羅伯特·史密斯（Robert Smith）所著作的《光學》。但在經過最初的一些不成功的嘗試後，赫歇爾很快掌握了製作望遠鏡的訣竅。磨鏡是非常單調的體力工作，赫歇爾表現出的專注卻非常驚人。他甚至可以連續16個小時不離開手頭的工作。他的妹妹卡羅琳不得不在他工作的時候用勺子喂他吃飯，免得他在工作中暈倒。
赫歇爾陸續製作了一系列大小不同的望遠鏡，最常使用的一個鏡面直徑約50釐米，焦距達到7米。雖然是自學成才的新手，但赫歇爾的望遠鏡事實上是整個時代最優秀的作品，遠遠超過他那些追逐彗星的同行使用的小型光學裝置。事實上，在不久後，整個歐洲的天文學家都對一架赫歇爾手製的望遠鏡夢寐以求。
誰擁有口徑最大的望遠鏡，誰就能有最偉大的發現，這是天文學研究的鐵律。1781年，赫歇爾發現的這個奇怪天體，就是他得到的第一份重大回報。英國皇家學會的天文同行們跟進了赫歇爾的觀測，他們很快發現新天體的運動軌道是一個接近圓形的橢圓。這意味著新天體不是一顆彗星，因為彗星總是在非常扁長的軌道上執行。最終，天文界承認赫歇爾發現的天體實際上是一顆行星，我們今天稱其為天王星。
事實上，回顧歷史資料，人們發現天王星在此之前已經被不同的天文學家觀測並記錄過，但他們都沒有意識到天王星是一顆大行星。這是因為天王星比其他幾顆行星暗得多，運動速度也要慢得多。天王星的亮度是6等左右，只是勉強能被肉眼看到。它和太陽之間的距離是日地距離的18倍，每84年才繞太陽運動一週，因此科學家很難注意到它的運動。但在赫歇爾的大口徑望遠鏡中，天王星的形態使得它的真身為人所知。
赫歇爾的發現讓整個科學界沸騰了，這是人類有歷史記載以來，第一次由個人獨立發現的新行星。赫歇爾以一己之力拓展了太陽系的疆域。赫歇爾被授予皇家學會會員資格（Royal Society fellow），並獲得了科普利獎章（Copley medal）。作為無可爭議的發現者，他被請求為新的行星命名。
赫歇爾將發現新行星的榮譽奉獻給英王喬治三世。國王雅好科學，赫歇爾希望新的行星能夠幫助自己獲得皇家天文學家的職位。然而，“喬治星”的名字最終沒能在其他國家站穩腳跟，在法國，科學家們寧可稱呼新的行星為“赫歇爾”。幾經博弈後，天文學家們接受用“Uranus”為新的行星命名。這個名字來自希臘神話中天空之神的名字烏拉諾斯神，中文翻譯為天王星。占星學界也很快高興地接受了這一顆新行星，將其納入自己的理論體系中。占星家們為天王星設計了獨特的符號——圓形的球體上托起赫歇爾名字的首字母H。
雖然“喬治星”的名字只在英國受到歡迎，但是，它卻毫不意外地讓赫歇爾備受皇室歡迎。他被請到白金漢宮成為英王的座上賓，並被邀請和皇室一起觀賞歌劇。他的望遠鏡也從家鄉運至格林尼治天文臺，以便國王本人可以看到以自己的名字命名的星星。皇家天文學會的同行們在看過赫歇爾的望遠鏡後對自己原有的老古董再也提不起興趣，紛紛請求赫歇爾為他們製作新的望遠鏡。赫歇爾也樂於出售望遠鏡而獲取利潤，大約60架望遠鏡賣給了皇家學會的同仁和歐洲大陸的天文學家們。作為天文學家和頂級望遠鏡的製作者，赫歇爾一時聲勢無兩。在他的一生中，赫歇爾取得了一系列偉大的發現：他發現了一顆新的大行星——天王星；他（和他的妹妹還有兒子）建立了史上最大的，至今仍然在使用的星雲團全表；他製作了一份雙星全表，證明了很大比例的雙星不僅僅在視覺上，而且在物理上是相互聯絡的；他發現了紅外線的存在……在本書後面，我們還會看到赫歇爾的名字，現在，讓我們繼續太陽系邊疆的探索之旅。
太陽系的邊疆
天王星的發現使得天文學家猜測，可能還有大的行星存在於太陽系外圍。畢竟太陽的質量非常大，比所有大行星的質量加起來還要大數百倍，完全可以在幾十倍日地距離的地方控制更多的天體。可以預想到，天王星之外的大行星可能比天王星看起來更加暗淡，公轉週期也更長，但天文學家還是可以透過細緻的巡天觀測來尋找可疑的候選者。
然而，令人感到意外的是，下一顆大行星存在的證據卻是由一個數學家發現的，而線索就藏在天王星的運動資料中。在開普勒的太陽系模型中，大行星都在自己的橢圓軌道上規矩地執行，互相毫不干涉。另外，我們知道這只是一種對實際情況的簡化。因為牛頓的引力定律指出任何兩個天體之間都會存在互相吸引的力。不同的行星公轉週期不同，因此相互間會週期性地靠近。當兩顆大行星靠近彼此時，它們的引力就會使得對方都稍微偏離完美的橢圓軌道，這種偏離被稱作“攝動”。
海王星的發現則要歸功於法國天文學家奧本·尚·約瑟夫·勒維耶（Urbain jean joseph Le Verrier）傑出的數學能力。在發現天王星後，一些數學家和天文學家意識到天王星的軌道似乎受到了另一個大行星的干擾。勒維耶精確地計算出了這個可能天體的大小、軌道和應該出現的位置。在他的再三請求下，柏林天文臺在他預測的位置發現了這個大行星，勒維耶根據其他行星命名的慣例，用海洋之神尼普頓（Neptune）的名字命名其為海王星。
水星、金星、地球和火星一般被稱為類地行星。顧名思義，這類行星像地球一樣，有堅實的表面，並且都有鐵質的核心。而木星、土星、海王星和天王星則是比地球巨大得多的行星。在過去，人們曾籠統地將這四顆行星稱作類木行星，但現在我們已經知道這些行星可以分為兩類：木星和土星這樣的主要成分是氫、氦元素的“氣態巨行星”；海王星、天王星這樣的主要由冰凍的水、氨與甲烷構成的“冰巨星”。
在海王星外是否還有大行星存在？我們至今還沒有發現。1930年，美國科學家克萊德·威廉·湯博（Clyde William Tombaugh）發現了冥王星。這是一個太陽系外圍的小天體，距離太陽約40倍日地距離，質量只有月球的1/6。在之後的70多年裡，冥王星被定義為太陽的第九大行星。但人們從一開始就發現，冥王星和其他八大行星有很多不同。其他的八大行星軌道都非常接近圓，而冥王星的軌道橢率（ellipticity）較大，甚至和海王星軌道交會。有的時候，冥王星會執行到比海王星更靠近太陽的地方。更重要的是，冥王星的質量太低，在自己的軌道上不佔據主導地位。圍繞冥王星地位的爭論自發現之後一直不曾停止。從20世紀90年代起，天文學家開始不斷地發現冥王星外的小天體。2005年，人們找到了比冥王星還要重的Eris（鬩神星，136199 Eris）。這成了壓倒冥王星地位的最後一根稻草。在2006年的天文學年會上，天文學家用投票的方式為行星頒佈了新的定義，要求一個繞太陽運動的天體必須質量大得可以清除軌道上的其他天體才能被稱作行星。而冥王星只比它的衛星稍大一點點，於是被剝離出了行星的隊伍。天文學家為冥王星、鬩神星以及小行星帶中最大的天體——穀神星這樣的天體開闢了一個新的小眾分類“矮行星”。這次投票在當時引起了公眾的強烈反對，但隨著時間的推演，人們慢慢接受了這個新的更加合理的分類方法。
冥王星和鬩神星附近的軌道上還存在大量的小天體，這些天體合起來構成了一個圓盤狀的區域，被稱作“柯伊伯帶”2。雖然像冥王星和鬩神星這樣的天體主要是由岩石和金屬構成，但柯伊伯帶中的小天體大多是由凍結的水、氨和甲烷構成，和彗星的構成成分類似。這些小天體大多在柯伊伯帶中年復一年地圍繞太陽轉動，但也會有很少的小天體偶然地遊蕩到太陽系中心區域，當這些小天體靠近太陽時，太陽的光熱會使得冰昇華，在小天體背後形成長長的尾巴。這時，小天體就變成了一顆彗星。彗星在人類歷史中向來是壞運氣的代名詞。在中國，彗星的出現被認為伴隨著戰亂。甚至到20世紀初，人類還是會因為哈雷彗星彗尾掃過地球而感到恐慌。彗星和小行星一樣在各類科幻電影中扮演著人類殺手的角色。在電影《彗星來的那一夜》（Coherence）中，彗星甚至扮演了連線平行世界的角色。然而，從彗星主體上解離下來的碎片卻是地球上美麗流星雨的來源，當地球執行過彗星的軌道時，這些碎片落入地球，在和大氣層摩擦的過程中形成了流星雨。
柯伊伯帶的位置距離太陽中心40-50個日地距離3，但這裡還不是太陽系的邊界。整個太陽系其實被包裹在一個被稱作“奧爾特雲”的結構中。奧爾特雲由大量的微小天體構成，成分主要為水冰4、甲烷等物質。奧爾特雲的外邊界大約在10萬倍日地距離處，這也是太陽引力影響範圍的邊緣。距離太陽最近的恆星——比鄰星到太陽的距離是奧爾特雲外緣的兩倍。
地球和太陽之間的距離是1。5億公里，光需要8分鐘才能從太陽來到地球。為了更好地在腦海中形成影象，我們可以將太陽系的物理的尺度縮小10億倍。在這個縮小版的太陽系裡，人的大小和一個原子差不多，地球只有1。3釐米，比葡萄略小一些。地球的衛星月亮懸掛在30釐米之外，大小和葡萄籽一樣。在我們的微縮版太陽系中，太陽是一個直徑1。5米的火球，離地球150米，只需要步行一分鐘。按照離太陽的距離由近到遠，地球是太陽的第三顆大行星。從地球步行前往太陽，途中你會經過和地球差不多大小的金星，以及比月球略大一些的水星。從太陽到木星（大小和柚子差不多），需要坐一站公交車（約800米距離），如果我們不下車再坐一站就到了土星（和蘋果差不多大）。天王星和海王星的大小和檸檬差不多，分別距離太陽4站和6站公交車車程。海王星外是由小天體構成的柯伊伯帶，更遠處的奧爾特雲外邊緣大約距離太陽2光年。在我們的微縮版太陽系中，抵達奧爾特雲的邊界需要20，000公里，差不多需要坐飛機飛行20小時；而距離太陽最近的比鄰星，需要乘飛機40小時才能到達（40，000公里外）。
圖1。3太陽系大行星位置示意圖
