地球有多重宇宙有多重银河系的质量相当于8900亿个太阳

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想知道宇宙有多重吗？显然，我们找不到足够大的规模。问题的答案，也许阿基米德已经给了我们一个提示:“给我一个支点，我就能撬起地球。”

人类很难想象宇宙尺度的概念人类很难想象宇宙尺度的概念

当然，用杠杆原理来衡量宇宙的可能性只存在于理论上。事实上，百科全书记录了一些科学家测量的数字:太阳系八大行星的质量各为1024-1027千克，而太阳的质量为1030千克。我们星系的质量约为1042kg，整个可见宇宙的质量约为1053kg。

人类很难想象这样大质量的概念。然而，物理学家和天文学家一直在坚持完善这种看似不可测量、绝对不可想象的测量。2019年底，一批研究人员发表了一份新的银河系质量估算报告，对包括暗物质在内的银河系总质量进行了估算。

银河系的质量相当于8900亿个太阳银河系的质量相当于8900亿个太阳

报告显示，我们银河系的质量相当于8900亿个太阳，最大为1000亿个太阳。这些数字可能看起来难以理解，但它们都可以追溯到质量引起的相互作用力。

但首先要搞清楚重量和质量的区别:质量和重量在本质上是两个不同的物理量，但又是密切相关的，是由牛顿第二定律公式F=ma建立的。根据官方定义，“重量”描述的是作用在物体上的引力，引力会因引力场的变化而变化，但质量不是这样，质量不会因引力场的变化而变化，质量是不变的。

那么你可能会继续问，既然引力是由于引力，那么是什么导致了质量呢？如果把物质分成无法分离的粒子，那么物质的质量应该是这些粒子的集合。

爱因斯坦的质能方程爱因斯坦质能方程

然而，当我们真正做到这一点时，我们发现这些质量只占宇宙总质量的不到1%。99%的质量来自哪里？在进一步研究的过程中，我们需要知道爱因斯坦狭义相对论的质能方程，E=mc2。

这个方程其实告诉我们一件事:质量和能量是等价的。换句话说，质量和能量实际上是同一事物的两个物理量。所以一定的质量对应一定的能量，可以用E=mc2来转换。而99%的物质质量来自于与强作用力束缚夸克释放的能量相对应的质量。

研究者真正追求的是质量的恒量。然而，通过天文观测“称量”一个物体的质量，最终归结为测量该物体与其他行星之间的引力。

地球有多重？

天文学家面临的第一个问题是如何测量我们脚下的地球。早期的尝试是通过猜测地球的大小和密度来计算地球的质量。到了17世纪，对地球直径和体积的估计相当可靠，但没有人能确定密度——这颗行星是由水还是岩石构成的。但是，下面的科学研究证明，大家都错了，因为这个星球其实主要是由金属组成的。

卡文迪什和金属球实验卡文迪什和金属球实验

为了计算地球的密度，英国科学家亨利·卡文迪什在1798年测量了地球的全球引力。17世纪，艾萨克·牛顿证明了所有物体对其他物体都有引力，质量越大的物体引力越大。卡文迪什用金属丝吊起一个小金属球，在附近放了一个较重的球，观察金属丝的扭曲程度来确定重力的强弱。然后，通过比较测得的重力强度和地球对球的重力，他用牛顿方程计算出地球的密度约为水的5.42倍。根据现代物理学，他和精确数字的误差只有0.7%。

太阳和其他行星有多重？

质量的定义与两个物体相互吸引的强度有关。因此，一旦牛顿和卡文迪什计算出地球上的重力强度，从而计算出地球的质量，科学家就有了“称量”宇宙中其他天体所需的工具。

通过公转周期可以计算出太阳系其他天体的质量太阳系其他天体的质量可以用公转周期来计算

太阳对地球的引力使地球每365天绕太阳一周，这样就可以计算出太阳的质量。同样，通过把太阳看作是与太阳系其他行星相匹配的天体，研究人员可以根据行星的公转周期来计算其质量。月球的质量也可以通过这种方法得到。

但是小行星的质量估计还是基于密度和体积的合理猜测。

03银河系有多重？

就像地球的质量可以通过观察地球绕太阳运动的速度来推断一样，研究人员也可以通过星系的旋转和运行来计算星系的质量。

正是通过这些计算，科学家们在20世纪70年代首次证明了暗物质的存在。希瑟·戈斯在《空气与空间》杂志上解释说，水星在我们的太阳系中比海王星移动快近9倍，因为它更靠近太阳系中大多数质量的来源。研究人员预测，类似的模式应该会出现在其他星系中，即远轨道的恒星比近轨道的恒星慢。

宇宙中还有很多我们无法观测的暗物质宇宙中仍然有许多我们无法观察到的暗物质

这种关系在大多数星系中都成立，但科学家也发现了一些例外。当距离超过一定极限时，天文学家发现螺旋星系边缘的恒星以惊人相似的速度运动。科学家们跟踪了螺旋星系边缘的恒星运动，并确定了每个星系必须有多少物质才能使这些恒星在其轨道上运动。然后把每个星系所有已知的“正常”物质加起来，发现远远达不到要求。

这意味着还有第二个无形的质量来源也在拉动他们。

但是不管怎样，天文学家通过恒星和星系的类比分析来测量我们星系的质量。最近的研究通过使用数据库中近3000个被跟踪的物体来计算星系的质量，例如银河系中心周围的恒星、星团和气体云。

宇宙有多重？

在宇宙的尺度上，很难找到一对旋转的参考物体，所以不能用上述方法计算。

宇宙的绝对大小未知，宇宙在膨胀，所以它的质量也未知。但是根据美国天文学家埃德温·哈勃的发现，离地球越远的星系离地球越远，速度越快。因此，天文学家可以根据大爆炸和今天的传播距离的比较，计算出哈勃体积的体积和直径为930亿光年。

WMAP测量的明暗区域由WMAP测量的亮区和暗区

然而，我们不太可能通过计算宇宙中所有天体的密度来测量宇宙的平均密度。这一次，科学家们使用威尔金森微波各向异性探测卫星来测量2001年至2010年宇宙中最早光线的暖点和冷点。通过测量宇宙微波背景辐射谱中的亮区和暗区，可以推断宇宙的密度。因为物质对光施加引力，使其轨迹弯曲。当微波背景光子向我们传播时，它们的路径被宇宙中的物质弯曲。宇宙中的物质越多，光路越弯曲，天空中的振荡面积就越大空。

通过使用上述方法，科学家计算了宇宙的年龄和组成，包括它的总密度:大约每立方米6个质子。

这个数字代表了宇宙的能量密度，所以它包括了可见物质、暗物质和驱动宇宙膨胀的未知暗能量。根据这个指标，宇宙中可见物质约占5%，暗物质约占27%，暗能量约占68%。

宇宙中的物质分布宇宙中物质的分布