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科学家如何测量银河系的质量?
我们生活在银河系内部,是银河系的一部分。作为一个巨大尺度的星系,人类一直在尝试探索银河系的秘密,并测量银河系的质量。
“不识庐山真面目,只缘身在此山中。”即使在太阳系,依旧有很多科学结论有待讨论验证,那么在银河系内部,科学家如何判断银河系的质量呢?
计算银河系的质量:
在太空中,计算质量并不能直接称重,科学家需要通过天体的运动状态、引力作用,利用物理公式推导出天体的质量。
如果人类可以离开银河系,直接看到银河系的运动状态和引力作用效果,从而准确的估算银河系质量,但是我们身处银河系之内,因此只能通过银河系内部天体的运动规律、结构分布计算银河系的质量。
天文学家的观测点由于也在银河系内部,并且地球会跟随银河系一起运动,因此观测难度非常大,往往需要漫长的观察时间,才能确定天体的运动轨道。
观察银河系天体运动的主要方式,是利用卫星测绘恒星运动,恒星是银河系最主要的质量来源,也是计算银河系质量的主要目标。
虽然银河系中拥有数千亿颗天体,但银河系的质量,主要集中在恒星和黑洞上。科学家一直都在观测和记录银河系内的恒星运动。
电子设备的普及和发展,让天体记录有了更加方便的手段,人造卫星的普及,也让太空探测更加方便,欧空局的盖亚卫星,计划测绘出近17亿颗银河系恒星的运动轨道,从而绘制出银河系的简单地图。
得到银河系恒星的移动数据,就可以大致推断出银河系内的引力作用。银河系的运动核心,就是依靠天体之间的引力。
通过记录大量恒星的运动状态,利用足够多的单体数据,就可以推断出银河系的其他质量分布。
就像是一块巨大的拼图,能够确定中间的拼图分布,就可以慢慢推断出其他位置的拼图,进而获得整个拼图的样式。
通过引力结构计算质量,会包含暗物质质量:
银河系中除了我们可以看到的物质,还存在无法观察和干涉的暗物质。
银河系属于螺旋星系,如果按照正常的引力作用,外侧旋臂的旋转速度应该慢于内部旋臂,但是根据目前的观测数据,银河系的旋臂基本处于相同的速度。这意味着,银河系内部存在未知的引力作用,也就是暗物质产生的引力。
由于目前科学家主要使用引力作用推断银河系质量,因此计算得到的总质量,包含正常物质和暗物质。
根据目前的观测数据,银河系的总质量,大约是1-1.2万亿颗太阳质量。
但是该数据具有严重的行星、卫星缺失,因为系外行星和卫星的发现十分困难,目前科学家的天文观测手段,很难在恒星系中观测到系外行星,系外行星的卫星更是难以观察。
想要观察到系外行星,科学家只能寻找行星过境现象——系外行星经过恒星时,产生阴影,可以被地球观测。
根据恒星被影响的程度,科学家可以推断出系外行星的体积和质量,根据光谱现象,还可以大致推断系外行星的大气组成,但存在较大误差。由于系外行星的观测难度非常高,目前确认的系外行星数量只有数千颗。
虽然目前的银河系质量计算相对令人信服,但依旧有很多缺失质量。
天文学家对银河系的探索从未停止,未来人类会发现越来越多的银河系天体,帮助我们计算出更加精确的银河系质量。
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2020-11-29 广告