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走近天文數字
（2008年06月03日 17:53:55）
來源︰中國國家天文
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□作者: 曉泓
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星系在宇宙空間中的分布並不是均勻的，它們往往表現出有集聚成團的趨向，並構成更大的天體集團，即星系團和超星系團。就空間尺度而言，不同星系團的直徑一般相差不超過一個量級，平均約為5Mpc，或者說1,600萬光年。銀河系和附近幾十個大小不等的星系構成一個範圍相對比較小的星系集團——本星系群，尺度約為650萬光年，其中最大的兩個旋渦星系便是銀河系和著名的仙女星系M31。星系團可以進一步集聚成超星系團，簡稱超團。超團往往具有扁長的外形，長徑的尺度為2億光年∼3億光年，長、短徑之比平均可達4:1，這種外形說明超團可能有緩慢的自轉。包括本星系群在內的約50個較小的群和團構成了一個龐大的天體系統——本超星系團，空間尺度約為1億光年∼2.5億光年。超團的存在已是不爭的事實，但是否還有尺度更大的星系集團則尚未有定論。
現在回過頭來看一下小天體的情況。
流星是大家都熟悉的一種天象，它們是由游弋在太陽系空間中的微粒——流星體——與地球大氣分子劇烈摩擦、燃燒、發光而生成的。流星體大多很小，比如肉眼可見的流星體直徑在0.1厘米∼1厘米之間，可歸屬太陽系最小天體之列。比較大的流星體，比如直徑幾十米的流星體，或可稱為小行星，兩者之間並沒有明確的分界線。
恆星際空間並非空無一物，而是存在大量的星際介質，包括星際氣體和星際塵埃。星際塵埃會使遠方的星光減弱，這一效應稱為星際消光。星際消光主要是由直徑10-5∼10-4厘米的微粒造成的，不到人頭發絲直徑的百分之一，也許這已不配稱為“天體”了。
天體的質量和密度
質量是表征天體的物理性質的另一個重要參數，一些主要天體的質量都是很大的。地球是太陽系內的一個普通行星，它的質量為6x1027克，或者說 60萬億億噸。木星質量約為1.9x1030克，是地球質量的318倍。衛星中質量最大的是木衛三，為1.5x1026克；月球質量7.4x1025克，是地球質量的1/81.3。在眾多小行星中，以谷神星的質量1.2x1024克為最大。除了最大的少數幾顆外，其他小行星的質量大多是根據它們的直徑和假定的物質密度推算出來的，因而並不太精確。據估計，所有小行星的總質量尚不及地球質量的1/800，它們確實是名副其實的小的行星。彗星的絕大部分質量集中在彗核內，大彗星的質量範圍為103億噸∼108億噸，而小的只有幾十億噸，大致相當于地球上一座大冰山的質量。
太陽是一顆中等質量的恆星，它的質量為2x1033克，通常記為Msun，是地球質量的33萬倍，佔太陽系總質量的99.8%。太陽以其龐大的質量控制著整個太陽系，是太陽系的當然主宰。
鑒于恆星的質量很大，以常用公制質量單位，如克、公斤、噸來表示便顯得很不方便，數字之大使人摸不著頭腦。因此，在天文學中恆星和恆星系統的質量通常以太陽質量Msun為單位來度量。不同恆星的質量大小各異，其範圍大約在百分之幾Msun到120Msun之間，有的甚至更大，但大多數恆星的質量在0.1Msun∼10Msun範圍內。對星團來說，疏散星團的質量較小，通常不超過5x103Msun，而球狀星團的質量範圍為3x104 Msun ∼3x106Msun。
在星系世界中，以橢圓星系的質量差異最大，最大的超巨橢圓星系的質量可達1013Msun，而最小的矮橢圓星系的質量僅為106Msun，只相當于銀河系中一個球狀星團的質量。在其他類別的星系中，旋渦星系的質量範圍為109 Msun∼1011Msun，不規則星系的質量範圍為108 Msun∼1010Msun。不計暗暈部分，銀河系的總質量約為1.4x1011Msun，其中以恆星形式出現的約佔90%，彌漫星際物質佔10%左右。
星系團的質量當然就比星系更大了，最大的可達1014Msun。本星系群是一個比較小的星系團，大部分成員是質量較小的所謂“矮星系”，總質量約為6.5x1011Msun，銀河系和仙女星系的質量之和佔了其中的2/3以上。更高一級的星系集團——超團的質量範圍為1015 Msun∼1017Msun。如果折算成常用單位，超團的質量可達2x1050克，即太陽質量的10億億倍，或者說2萬億億億億億噸——一個真正巨大的天文數字！
天體不僅大小和質量各不相同，而且物質密度也相差很大。
在太陽系內，地球的密度是5.52克/厘米3，其他類地行星(水星、金星、火星)的密度與之相差不大。另一方面，類木行星(包括木星、土星、天王星和海王星)的密度就小多了，其範圍在0.7克/厘米3(土星)∼1.7克/厘米3(海王星)之間。這些行星的密度數值顯然不足為奇，在地球上不難找到有類似密度的物質。在太陽系天體中，密度最為奇特的是彗星。不同彗星彗核的密度可相差100倍，平均密度約為1克/厘米3，與水差不多。然而，彗尾物質卻極為稀薄，密度只及地面大氣密度的十億億分之一，或者說6x10-21克/厘米3——這顯然是一個很小的天文數字。正因為如此，1910年5月哈雷彗星回歸時盡管彗尾曾掃過地球，但人們卻毫無感覺，可見彗尾確實是一把空空如也的“大掃帚”，有人稱之為“看得見的烏有”。
在恆星世界中，最大的超巨星半徑可超過中子星半徑的1億倍，而不同恆星的質量最大僅相差104量級，因此恆星的密度差異極為懸殊︰超巨星的密度只有10-11克/厘米3，中子星的密度則高達1016克/厘米3——1立方厘米中子星物質需要用10萬艘10萬噸超級巨輪才能拖走！太陽的平均密度只及地球的1/4，約為1.4克/厘米3，但中心的物質密度高達160克/厘米3。
星際介質的密度非常低，平均密度僅約為10-24克/厘米3，或者說1個氫原子/厘米3；其中星雲的密度為每立方厘米幾十個到幾千個原子或離子，而雲際連續介質的物質密度只有0.1個粒子/厘米3。作為比較，地球表面的大氣密度為5.8x10-4克/厘米3，由此足見星際介質的密度之低。然而，由于星際介質在銀河系內綿延分布的範圍需以萬光年計，其總質量仍可達1010Msun，即高達20萬億億億億噸之巨，這又是一個驚人的天文數字！
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文章作者:曉泓
責任編輯:skylook
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