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[造就]宇宙有多重？这个数字是你永远想象不到的( 二 )


但对小行星质量的估计仍然是基于对密度和体积的合理猜测 。
03 银河系有多重？
正如可以通过观察地球围绕太阳运行的速度来推断地球的质量一样 ， 研究人员也能通过星系的旋转和运行计算出星系的质量 。
正是通过这些计算 ， 科学家在20世纪70年代首次证明了暗物质的存在 。 希瑟·戈斯（Heather Goss）在Air and Space杂志中解释道 ， 在我们的太阳系中 ， 水星的运动速度比海王星快近九倍 ， 因为它离太阳系绝大多数质量的来源更近 。 研究人员预计 ， 类似的模式应该出现在其他星系中 ， 即在星系中的远轨道的恒星运行速度比近轨道的恒星要慢 。
[造就]宇宙有多重？这个数字是你永远想象不到的
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宇宙中还有很多我们无法观测的暗物质
这种关系在大多数星系中都成立 ， 但科学家们也发现了一些例外 。 当距离超过一定限度时 ， 天文学家发现螺旋星系边缘的恒星以惊人的相似速度运动着 。 科学家们追踪了恒星在螺旋星系边缘的运动 ， 并确定每个星系中必须有多少物质才能让这些恒星在它们的轨道上运行 。 然后将在每个星系中的所有已知的“正常”物质（气体、尘埃和恒星）加起来 ， 发现还远远达不到要求 。
这意味着 ， 还有第二种无形的质量来源也在拉扯它们 。
但不管怎样 ， 天文学家通过对恒星和星系的类比分析来衡量我们的星系质量 。 最近的研究利用了数据库中近3000个被追踪的天体 ， 如围绕银河系中心的恒星 ， 星团和气体云 ， 计算出星系的质量 。
04 宇宙到底有多重？
在宇宙的尺度 ， 你很难找到一对旋转的参照物 ， 因此并不能通过上述的方法进行计算 。
宇宙的绝对大小是未知的 ， 并且宇宙是在不断膨胀中 ， 所以它的质量同样是不得而知的 。 但是 ， 根据美国天文学家埃德温·哈勃的发现 ， 距离地球较远的星系都在远离地球 ， 离得越远 ， 远离的速度就越快（注：在物理学和天文学领域 ， 指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象 ， 在可见光波段 ， 表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离 ， 即波长变长、频率降低 。 20世纪初 ， 哈勃发现 ， 观测到的绝大多数星系的光谱线存在红移现象 。 这是由于宇宙空间在膨胀 ， 使天体发出的光波被拉长 ， 谱线因此“变红” ， 这称为宇宙学红移 ， 并由此得到哈勃定律） ， 所以天文学家可以根据光在大爆炸和今天之间传播距离的对比 ， 计算出可观测宇宙的体积的直径为930亿光年 。

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WMAP测量的明暗区域
但是 ， 我们不太可能去通过计算宇宙中所有天体的密度来测量宇宙的平均密度 。 这次 ， 科学家们使用了威尔金森微波各向异性探测器卫星（WMAP） ， 测量了2001年至2010年宇宙中最早的光中的暖点和冷点 。 通过测量宇宙微波背景辐射图谱中显示为明亮和暗淡的区域 ， 可以推测出宇宙的密度 。 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了 。 宇宙中物质越多 ， 光路弯曲的越多 ， 天空中出现的振荡区域就越大 。
通过使用上述的方法 ， 科学家计算出了宇宙的年龄和组成 ， 包括它的总体密度：大约为每立方米六个质子 。
这个数字代表了宇宙的能量密度（因为物质和能量可以用爱因斯坦著名的质能方程来转换） ， 所以它包括可见物质、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% 。

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宇宙中的物质分布
现在 ， 科学家就可以同卡文迪什在1798年所做的那样 ， 通过对体积和密度的估计 ， 估计宇宙的整体质量大约是：


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