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宇宙如此之大,科學家們是如何計算宇宙質素的?

2024-10-26科學

在廣闊無垠的宇宙中,存在著形形色色的天體,從渺小的行星到龐大的星系,從難解的暗物質到神秘的暗能量,它們共存於宇宙的各個角落。雖然宇宙的規模極為龐大,但科學家們已經能夠大致估算出它的總質素。社交媒體上流傳的一些觀點,比如正反宇宙相互抵消後質素為零,或者宇宙的質素僅有28克,這些論斷純屬無稽之談。目前科學界公認的宇宙總質素約為10的53次方千克,這一數碼是透過多種方法測算得到的。

本文將向您介紹一種便於理解的估算宇宙總質素的方法,那就是先測算單個恒星的質素,接著計算星系的質素,並最終推算出整個宇宙的質素。

以太陽的質素為例,它是比較容易進行測算的。太陽作為太陽系的中心,其質素對行星的運動產生重力作用。透過觀察一顆行星與太陽的距離及其繞太陽旋轉的周期,運用萬有重力定律,我們可以計算出太陽的質素。

同樣的方法也適用於其他恒星。收集足夠的數據後,科學家們發現恒星的光譜、絕對亮度與它的質素之間存在密切聯系。透過分析這些觀測數據,我們就可以推算出恒星的質素。

接下來,根據對銀河系形狀的天文觀測以及銀河系中不同大小的恒星數量,結合恒星圍繞銀河系中心(銀心)旋轉的情況,我們可以估算出銀河系中暗物質的分布和質素,從而得出銀河系的總質素。

確定了銀河系的質素後,我們再來看宇宙中數以千億計的其他星系。之前提到的恒星質素與光譜、光度之間的關系,同樣可以推廣到星系級別。這樣,我們就可以依據銀河系的質素、光譜和光度,推斷出其他星系的質素。

值得一提的是,宇宙在大尺度結構上展現出的各向同性特征:在某一方向觀測到的大約一萬個星系,在相對的另一方向也大致能觀測到相同數量的星系。利用這一特性,結合對暗物質和暗能量的觀測與分析,我們就能夠估算出宇宙的總質素,大約為10的53次方千克。