宇宙与科学 科学思维要由简入繁，看似简单实则复杂，星系和宇宙质量如何测算
由简入繁的宇宙与科学
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宇宙学家绘制的宇宙演化时间线 ， 大爆炸后大约1.8亿年诞生了第一批恒星
宇宙无时无刻不在吸引着人类 ， 系外星球 ， 闪亮恒星 ， 浩瀚星河 ， 还有那神秘的暗物质与暗能量 。 人类在看待宇宙的时候是充满梦幻与想象的 ， 比如说宇宙中有没有和我们相同等级的文明 ， 他们是不是也在思考着同样的问题？宇宙中拥有生命吗 ， 宇宙到底有多大等等 。 思维有多远 ， 人类的想象就可以走多远 。
想要更多的了解宇宙 ， 探索宇宙 ， 梦幻与想象不是最关键的 ， 我们还需要科学的帮助 。 回归科学本质 ， 宇宙起源 ， 跳出想象思维 ， 我们总会有很多看似简单但其实是最根本的问题 。 比如宇宙中有多少颗星球 ， 多少个星系 ， 黑洞与暗物质暗能量有关系吗？宇宙之外是什么 ， 大爆炸之前是什么等等 。 这些问题看似简单 ， 但是解答起来是非常复杂的 ， 这里面存在很复杂的科学变量 。 万物没有绝对 ， 一切都在变化之中 。
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宇宙中的所有物质分布在宇宙网结构中 ， 插图是一幅放大了的局部宇宙网高分辨率图像 ， 这个部分跨越了1亿光年 ， 宇宙网的空洞结构由暗物质暗能量组成
人类科学还在萌芽期间 ， 随着我们对宇宙科学探索的深入 ， 会有更多问题浮现出来 ， 有的时候 ， 看似简单的问题 ， 会更难解答 。 今天我们探讨的是就是一个看似简单的问题 ， 如何给不同的天体结构“称重” 。 天文学家在进行理论推导时总会说到这颗系外行星多大 ， 那个星系是多少个银河系有多少太阳质量等等 ， 星球星系的大小超乎我们的想象 ， 天文学家们是如何知道或者计算的呢？计算恒星或者其他天体结构的背后拥有其科学道理 。
从计算星球质量开始在计算其他星球质量之前 ， 我们需要从确定地球的质量开始 ， 牛顿万有引力定律告诉我们 ， 两个物体之间的引力是成比例的 ， 引力的大小与两物体间质量的乘积成正比 ， 也可以记做它们的质量除以它们质心之间距离的平方 。 为了得到一个合理的近似值 ， 我们可以假设它们的地理中心是它们的质量中心 。
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知道太阳的质量 ， 我们就可以计算其他星球的质量
知道地球的质量和半径以及地球与太阳的距离 ， 我们就可以再次利用万有引力定律计算出太阳的质量 。 地球和太阳之间的引力是万有引力常数G乘太阳的质量地球的质量 ， 除以地球和太阳之间距离的平方 。 有一个需要注意的是引力必须等于地球保持绕太阳（近乎圆形）轨道所需的向心力 ， 向心力是地球的质量乘其速度除以与太阳的距离的平方 。 通过天文测定到太阳的距离 ， 我们可以计算出地球绕太阳的速度 ， 从而计算出太阳的质量 。
一旦我们有了太阳的质量数据 ， 就可以通过天文方法确定其他行星的轨道半径和周期 ， 计算所需的向心力 ， 这样的话我们就可以确定任何行星的质量了 。 换句话说 ， 行星的质量是由它对其他天体的引力作用决定的 。
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几个系外行星和主恒星与地球的真实比例
为了计算其他行星的质量 ， 我们必须以某种方式测量它对另一个天体的引力的强度 。 如果这颗行星有一颗天然卫星 ， 那么这就简单多了 ， 通过观察卫星绕其主行星运行所需的时间 ， 我们可以利用牛顿方程来推断行星的质量 。 对于没有被发现的或者说压根没有自然卫星的行星 ， 我们就需要采取其他方法了 。 比如水星和金星就没有卫星 ， 但它们确实对彼此和太阳系其他行星产生了微小的引力 ， 天文学家可以利用这些小偏差来确定这些无天然卫星行星的质量 。
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