地球、太阳和银河系有多重，全宇宙又有多重？

想知道宇宙有多重吗？显然，我们不成能找到一个足够大的称。问题的谜底，也许阿基米德早已给过我们提醒:“给我一个支点,我就能撬起地球。”

人类很难想象宇宙标准的概念

当然，用杠杆道理就想称出宇宙的重量的可能性也仅仅存在于理论中。其实百科全书上已经记实了科学家测量的一些数字：太阳系中的八颗行星每颗的质量是10^24至10^27千克，而太阳达到了10^30千克。我们的星系质量约为10^42千克，整个可见宇宙的质量达到了10^53千克摆布。

人类很难想象如斯庞大的质量是什么概念。然而，物理学家和天文学家却一向锲而不舍地继续完美这一看似无法权衡和绝对不成想象的测量。

2019年末，一组研究人员发布了对银河系质量的一份新估算陈述，陈述估算了包罗暗物质在内的银河系的总质量。

银河系的质量半斤八两于8900亿个太阳

该陈述显示，我们的银河系的质量半斤八两于8900亿个太阳（此中大大都是暗物质，只有600亿的太阳质量来自于我们能看到的所有恒星和气体），最大或为1000亿个太阳。这些数字可能看起来难以理解，但都可以追溯到一种质量引起的彼此感化力上。

但起首，我们需要弄清重量和质量的区别：质量和重量的素质上是两个分歧的物理量，但它们又有紧密亲密的联系，它们是经由过程牛顿第二定律公式F＝ma成立起来的。按照官方界说，“重量”描述了对物体感化的引力，它会因为引力场的转变而发生改变，可是质量并非如斯，质量不会因为引力场的改变而发生改变，质量是恒定不变的。

那您可能会继续问，既然重力是因为引力，那质量是由什么引起的呢？若是我们把物质不竭地进行切分，切到不成再分的粒子，那么物质的质量应该就是这些粒子质量的调集。

爱因斯坦的质能方程

然而，当我们真的去这么做的时辰才发现，这些质量只占了宇宙整体质量的不到1%。那99%的质量是从何而来呢？进一步研究的过程中，我们就需要领会一下爱因斯坦狭义相对论的质能方程部门，E=mc2。

这个方程其实就告诉我们一个事：质能等价。也就是说，质量和能量其实是统一个工具的两个物理量。所以必然的质量对应必然的能量，经由过程E=mc2可以进行换算。而物质99%的质量，来自于束厄局促夸克的强力所释放出的能量对应的质量。

研究人员真正追求的是质量这种恒量，然而，经由过程天文不雅测“称量”一个物体的质量，最终还要归结为测量物体与其他星球之间的引力。

01 地球有多重？

天文学家面临的第一个难题就是若何去对我们脚下的地球进行测量。早期的测验考试是经由过程猜测地球的巨细和密度，从而计较其质量。到17宿世纪，对地球直径及其体积的估量已经半斤八两靠谱了，可是没有人可以或许确定密度——无论这个星球是由水仍是岩石组成。然尔后面的科学研究证实，大师都错了，因为这个星球现实上本家儿要由金属构成。

卡文迪什和金属球尝试

为了计较出地球的密度，英国科学家亨利·卡文迪什（Henry Cavendish）在1798年测量了地球的整体重力。

艾萨克·牛顿（Isaac Newton）在17宿世纪曾证实，所有物体都对其他物体有引力，而那些质量更大的物体的引力更大。卡文迪什将小金属球用线吊起来，在四周放置较重的球体，不雅察线的扭曲，以确定引力的强度。随后经由过程比力测量出的引力强度和地球对小球的引力，他操纵牛顿方程计较出地球的密度大约为水密度的5.42倍。按照现代物理学，他和切确数字的误差只有0.7%。

02 太阳和其他行星有多重？

质量的界说与两个物体彼此引力的强度有关。是以，一旦牛顿和卡文迪什计较出了地球上重力的强度，从而得出了地球的质量，科学家们就拥有了对宇宙其他天体“称重”所需的东西。

经由过程公转周期可以计较出太阳系其他天体的质量

太阳对地球发生的引力使地球每365天绕太阳一周，是以就能计较出太阳的质量。同样，经由过程把太阳视为和其他太阳系行星匹配的天体，研究人员可以按照行星的公转周期计较其质量。同样也可以经由过程这种方式得出月球的质量。

但对小行星质量的估量仍然是基于对密度和体积的合理猜测。

03 银河系有多重？

正如可以经由过程不雅察地球环绕太阳运行的速度来揣度地球的质量一样，研究人员也能经由过程星系的扭转和运行计较出星系的质量。

恰是经由过程这些计较，科学家在20宿世纪70年月初次证实了暗物质的存在。希瑟·戈斯（Heather Goss）在Air and Space杂志中诠释道，在我们的太阳系中，水星的活动速度比海王星快近九倍，因为它离太阳系绝大大都质量的来历更近。研究人员估计，近似的模式应该呈现在其他星系中，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。

宇宙中还有良多我们无法不雅测的暗物质

这种关系在大大都星系中都当作立，但科学家们也发现了一些破例。当距离跨越必然限度时，天文学家发现螺旋星系边缘的恒星以惊人的相似速度活动着。科学家们追踪了恒星在螺旋星系边缘的活动，并确定每个星系中必需有几多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历也在拉扯它们。

但不管如何，天文学家经由过程对恒星和星系的类比阐发来权衡我们的星系质量。比来的研究操纵了数据库中近3000个被追踪的天体，如环绕银河系中间的恒星，星团和气体云，计较出星系的质量。

04 宇宙到底有多重？

在宇宙的标准，您很难找到一对扭转的参照物，是以并不克不及经由过程上述的方式进行计较。

宇宙的绝对巨细是未知的，而且宇宙是在不竭膨胀中，所以它的质量同样是不得而知的。

可是，按照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：在物理学和天文学范畴，指物体的电磁辐射因为某种原因波长增添的现象，在可见光波段，表示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宿世纪初，哈勃发现，不雅测到的绝大大都星系的光谱线存在红移现象。这是因为宇宙空间在膨胀，使天体发出的光波被拉长，谱线是以“变红”，这称为宇宙学红移，并由此获得哈勃定律），所以天文学家可以按照光在大爆炸和今天之间传布距离的对比，计较出可不雅测宇宙的体积的直径为930亿光年。

WMAP测量的明暗区域

可是，我们不太可能去经由过程计较宇宙中所有天体的密度来测量宇宙的平均密度。此次，科学家们利用了威尔金森微波各标的目的异性探测器卫星（WMAP），测量了2001年至2010年宇宙中最早的光中的暖点和冷点。经由过程测量宇宙微波布景辐射图谱中显示为敞亮和暗淡的区域，可以猜测出宇宙的密度。因为物质对光施加引力，使其轨迹弯曲。当微波布景光子标的目的我们传布时，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，天空中呈现的振荡区域就越大。

经由过程利用上述的方式，科学家计较出了宇宙的春秋和构成，包罗它的总体密度：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闻名的质能方程来转换），所以它包罗可见物质、暗物质和驱动宇宙膨胀的未知暗能量。按照这个指标，宇宙中可见物质约占5%，暗物质约占27%，暗能量约占68%。