我们生活在银河系中,如何测量银行系的质量?

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:

由于人类生活在银河系内部,因此无法准确观测银河系在宇宙中的运动状态,因为整个银河系都处于运动之中,地球在运动、太阳系在运动、其他天体也在不断运动。

如果人类可以离开银河系,直接看到银河系的运动状态,就可以更准确的估算银河系质量,但是由于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。

利用卫星测绘恒星运动,是计算银河系质量的主要方式。

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。

但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“伙伴”,帮助我们计算出更加精确的银河系质量。