如何測量銀河系的質量？

由於我們身處銀河系之中，並且銀河系的範圍又很大，想要測出銀河系的總質量不是一件容易的事情。根據不同方法測出的銀河系質量有一定的偏差，從最輕的8000億倍太陽質量，到最重的1.5萬億倍太陽質量。

銀河系中最容易被我們觀測到的是恆星，因為它們會發光，據此可以測量出恆星的距離和質量。但即便統計出銀河系中有多少恆星，也無法精確測量出銀河系的總質量。因為銀河系中還有大量的星際塵埃，它們本身不會發光，只能依靠反射恆星光或者受到恆星輻射的激發而發光。

然而，能夠用各種波段的天文望遠鏡探測到的普通物質只佔銀河系總質量的15%，另外85%是那些十分神秘的暗物質，它們無法用電磁波手段探測到，只能藉助於引力的方法，因為暗物質可以產生引力作用。

理論上，通過測量銀河系邊緣恆星的運動速度以及它們離銀河系中心的距離，可以估算出銀河系的總質量。銀河系中的恆星都會繞著整個銀河系的共同質心（銀心）旋轉，它們的軌道速度與其軌道之內的銀河系質量直接相關。根據這種方法測出的銀河系總質量大約為太陽質量的8500億倍，其中恆星總質量大約為太陽質量的500億倍。

在2018年，亞利桑那大學的天文學家提出了一種新的方法來給銀河系稱重[1]。銀河系周圍存在不少的衛星星系，例如，肉眼可見的大、小麥哲倫星系，它們都在繞著銀河系運動。由於受到銀河系的強大引力作用，離得較近的衛星星系中的恆星會被拽出來，從而產生恆星流。通過測量衛星星系以及恆星流的角動量，就能間接測出銀河系的總質量，因為角動量是守恆的，所以這種方法更為可靠。結果表明，銀河系的總質量大約為太陽質量的9600億倍。隨著觀測數據的增加，這種測量方法的精度也會進一步提高。

參考文獻

[1]Ekta Patel, Gurtina Besla, et al., Estimating the Mass of the Milky Way Using the Ensemble of Classical Satellite Galaxies, Astrophysical Journal, 2018, 857, 78.

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