天体质量是怎么称出来的？其实不仅能称重天体，还能称重整个星系

来源：互联网 2024-11-12 23:30:35 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

地球的质量为5.965乘以10的24次方千克，而太阳就要比地球大多了，它的质量约为地球质量的33万倍，也就是1.9891乘以10的30次方千克。

这是一些典型的天文数字，其所表示的也是天体的质量，而每当提及天体质量的时候，总会有人提出这样的问题，天体质量到底是怎么称出来的？哪来这么大的秤？你还别说，天体的质量还真可以说是用秤称出来的，而这杆秤并不是什么庞然大物，它只是一个很小的实验装置，我们称其为扭秤。什么是扭秤呢？根据万有引力定律可知，任何有质量的物体之间都具有相互的引力作用，只不过由于引力是四种基本力中最为弱小的，所以我们无法察觉两个物体之间的相互引力作用。引力很弱吗？没错，整个地球的引力都在把桌面上的水杯向下拉，而我们轻而易举就可以拿起来，整个地球的引力还不如我们的力气大，你说它弱不弱？

正是由于引力很弱，所以只有在宇宙天体级别的物体之间，我们才能够看到相互的引力作用，然而我们却不能够拿两个宇宙天体来做实验，怎么办呢，有没有什么办法可以测量非常微小的力呢？有的。

如果我们将一个物体悬挂在一根细丝上，就会发现，只需要施加非常非常微小的力，就可以让这个细丝转动，根据这一原理，英国物理学家卡文迪许自制了“扭秤”。扭秤的结构并不复杂：将两个金属球系在一根木棒的两端，然后将木棒用细丝悬挂起来，此时扭秤是静止不动的，之后只要拿两个更大的铜球接近两端的金属球，引力作用就会显现，细丝悬挂的扭秤便会开始转动。只需要在细丝上安装一面镜子，然后通过镜子转动将光线反射到远处的一个刻度尺上，就可以对这种微小的力实现测量。

卡文迪许通过扭秤实验测定了万有引力常数。

有了万有引力常数，一切问题便可迎刃而解，只需要根据人在地球上所受的重力，便可以计算出地球的质量以及密度。事实上，我们不仅可以通过计算得出所在地球的质量，还可以计算其它天体的质量。

因为天体之间都具有相互的引力作用，只需要根据天体的运动速度和运动方式，便可以计算出天体的质量，比如根据太阳系中其它天体的运动速度，便可以计算出太阳的质量。事实上通过天体之间的相互引力作用，不仅能够计算出单一天体的质量，甚至于还可以计算出整个星系的质量。怎么操作呢？其实与测量单个天体质量大同小异。

以银河系为例，通过对银河系外围恒星以及外围小星系运行速度的观测和计算，就可以得出整个银河系的质量。

那么银河系到底有多重呢？有趣的是，依据不同计算方式，所得出的结果存在着很大的差异。通过计算银河系中可见物质的重量，再进行累加的方式，计算出的银河系质量约为太阳质量的2000亿倍。这也是很长时间以来公认的数据。

然而，通过计算银河系外围恒星及星系的运行速度，所得出的结果，银河系总质量约为太阳质量的1.5万亿倍，可以说两个数据相差很大，这是为什么呢？1.5万亿倍太阳质量，这个结果是欧洲航天局盖亚卫星与哈勃太空望远镜共同协作所得出的，之所以与以前的数字差距很大，是因为银河系中不仅有可见的物质，还有不可见的。

黑洞、中子星、白矮星以及恒星，这些位于银河系之中的大质量天体都是可见的物质，而除此之外，还有一些不可见的物质，我们称其为暗物质。

暗物质是什么？暗物质是一种理论上可能存在于宇宙之中的不可见物质，它与我们已知的所有物质都不相同，暗物质不能像物质一样组成宇宙中的天体，且我们也无法看到它。除了银河系质量数据的差异之外，在天文观测中还存在着很多与万有引力定律不符的情况，然而只要肯定了暗物质的存在，那么所有与万有引力不符的情况就都有了合理的解释。如果暗物质存在，那么它们才是宇宙中的主角，以银河系质量为例，可见物质只占据了银河系物质总量的一小部分，而大部分都来自于那些不可见的暗物质。

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