天文學家通過觀察測出銀河系質量,天文學家使用哪種的測量方法?

2020-12-04 量子探索

假設我們要測量一個蘋果的質量,很簡單,我們僅僅需要一個天平秤就可以輕鬆的搞定,但假設我們要測量一個天體的質量,那麼使用天平秤這種方法就不太實際了,因為我們製造不出來可以稱量太陽的太平稱,即使製造出來了,也沒有人敢去到太陽上面測量太陽的質量,那無疑自殺,所以我們要測量太陽的質量就不能使用直接測量的方式,我們可以通過數學手段將我們已知的或者可測量的數據代入公式中,就可以推導出太陽的質量。

想要計算中太陽的質量,我們需要利用到兩個公式,第一個是萬有引力公式:GMm/R^2,第二個是計算離心力公式:m(2π/T)^2*r,由於地球繞太陽做橢圓運動,所以地球運動時會受到離心力的作用,根據高中物理的常識,地球受到的離心力等於地球與太陽之間的萬有引力,我們可以將這兩個公式聯立,就可以得出太陽的質量:GM/R^2=(2π/T)^2*R,R代表日地距離,T地球公轉周期,這兩個數值我們是可以測量的,所以我們就可以將數值代入,計算出太陽的質量M=1.9891*10^30千克。

相似於太陽、地球這樣有行星或者衛星環繞的天體,我們都可以使用萬有引力公式與離心力公式計算出質量,但如果想要計算銀河系的質量,這種方法就不適用了,因為我們無法找到了一個圍繞銀河系旋轉的天體,即使有這樣一個天體,它和銀河系的距離,它的公轉周期也是極難測量的,而且銀河系並不是一個密度均勻的球狀天體,所以準確測量銀河系的質量是一個長期的且極其複雜的工作。

因為銀河系並不是一個密度平均的球狀天體,所以我們就需要弄清楚組成銀河系的各個部分,例如:銀河系的旋臂、星系核心部分、星團和外部球狀星團,而且由於太陽系就位於銀河系的旋臂之中,所以我們想完全觀察出銀河系的旋臂是很困難的,當然,想要準確的計算出銀河系的質量,除了要搞清楚銀河的各個組成部分之外,我們還需要計算銀河系中一些看不見的物質,例如廣泛分布於宇宙中、佔宇宙總質量大部分的暗物質與隱藏在角落中想要吞噬一切的黑洞,但是觀察到並且計算出這兩種物質的質量就不是一件簡單的事情。

美國宇航局和歐洲航天局使用哈勃和蓋亞天文望遠鏡,經過長期的天文觀測、使用最精準的計算手段將銀河系的質量大致計算出來:大約為1.5萬億太陽質量,這其中包括400萬個太陽質量的恆星級別黑洞,當然,1.5萬億太陽質量中並不包括沒有計算出的暗物質與被暗物質鎖住的那一部分質量,所以銀河系的質量肯定要比這個數據還要大,如果將我們生存的太陽系質量與銀河系質量相比的話,簡直就是滄海一粟。

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