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走近天文数字
（2008年06月03日 17:53:55）
来源：中国国家天文
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□作者: 晓泓
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星系在宇宙空间中的分布并不是均匀的，它们往往表现出有集聚成团的趋向，并构成更大的天体集团，即星系团和超星系团。就空间尺度而言，不同星系团的直径一般相差不超过一个量级，平均约为5Mpc，或者说1,600万光年。银河系和附近几十个大小不等的星系构成一个范围相对比较小的星系集团——本星系群，尺度约为650万光年，其中最大的两个旋涡星系便是银河系和著名的仙女星系M31。星系团可以进一步集聚成超星系团，简称超团。超团往往具有扁长的外形，长径的尺度为2亿光年～3亿光年，长、短径之比平均可达4:1，这种外形说明超团可能有缓慢的自转。包括本星系群在内的约50个较小的群和团构成了一个庞大的天体系统——本超星系团，空间尺度约为1亿光年～2.5亿光年。超团的存在已是不争的事实，但是否还有尺度更大的星系集团则尚未有定论。
现在回过头来看一下小天体的情况。
流星是大家都熟悉的一种天象，它们是由游弋在太阳系空间中的微粒——流星体——与地球大气分子剧烈摩擦、燃烧、发光而生成的。流星体大多很小，比如肉眼可见的流星体直径在0.1厘米～1厘米之间，可归属太阳系最小天体之列。比较大的流星体，比如直径几十米的流星体，或可称为小行星，两者之间并没有明确的分界线。
恒星际空间并非空无一物，而是存在大量的星际介质，包括星际气体和星际尘埃。星际尘埃会使远方的星光减弱，这一效应称为星际消光。星际消光主要是由直径10-5～10-4厘米的微粒造成的，不到人头发丝直径的百分之一，也许这已不配称为“天体”了。
天体的质量和密度
质量是表征天体的物理性质的另一个重要参数，一些主要天体的质量都是很大的。地球是太阳系内的一个普通行星，它的质量为6x1027克，或者说 60万亿亿吨。木星质量约为1.9x1030克，是地球质量的318倍。卫星中质量最大的是木卫三，为1.5x1026克；月球质量7.4x1025克，是地球质量的1/81.3。在众多小行星中，以谷神星的质量1.2x1024克为最大。除了最大的少数几颗外，其他小行星的质量大多是根据它们的直径和假定的物质密度推算出来的，因而并不太精确。据估计，所有小行星的总质量尚不及地球质量的1/800，它们确实是名副其实的小的行星。彗星的绝大部分质量集中在彗核内，大彗星的质量范围为103亿吨～108亿吨，而小的只有几十亿吨，大致相当于地球上一座大冰山的质量。
太阳是一颗中等质量的恒星，它的质量为2x1033克，通常记为Msun，是地球质量的33万倍，占太阳系总质量的99.8%。太阳以其庞大的质量控制着整个太阳系，是太阳系的当然主宰。
鉴于恒星的质量很大，以常用公制质量单位，如克、公斤、吨来表示便显得很不方便，数字之大使人摸不着头脑。因此，在天文学中恒星和恒星系统的质量通常以太阳质量Msun为单位来度量。不同恒星的质量大小各异，其范围大约在百分之几Msun到120Msun之间，有的甚至更大，但大多数恒星的质量在0.1Msun～10Msun范围内。对星团来说，疏散星团的质量较小，通常不超过5x103Msun，而球状星团的质量范围为3x104 Msun ～3x106Msun。
在星系世界中，以椭圆星系的质量差异最大，最大的超巨椭圆星系的质量可达1013Msun，而最小的矮椭圆星系的质量仅为106Msun，只相当于银河系中一个球状星团的质量。在其他类别的星系中，旋涡星系的质量范围为109 Msun～1011Msun，不规则星系的质量范围为108 Msun～1010Msun。不计暗晕部分，银河系的总质量约为1.4x1011Msun，其中以恒星形式出现的约占90%，弥漫星际物质占10%左右。
星系团的质量当然就比星系更大了，最大的可达1014Msun。本星系群是一个比较小的星系团，大部分成员是质量较小的所谓“矮星系”，总质量约为6.5x1011Msun，银河系和仙女星系的质量之和占了其中的2/3以上。更高一级的星系集团——超团的质量范围为1015 Msun～1017Msun。如果折算成常用单位，超团的质量可达2x1050克，即太阳质量的10亿亿倍，或者说2万亿亿亿亿亿吨——一个真正巨大的天文数字！
天体不仅大小和质量各不相同，而且物质密度也相差很大。
在太阳系内，地球的密度是5.52克/厘米3，其他类地行星(水星、金星、火星)的密度与之相差不大。另一方面，类木行星(包括木星、土星、天王星和海王星)的密度就小多了，其范围在0.7克/厘米3(土星)～1.7克/厘米3(海王星)之间。这些行星的密度数值显然不足为奇，在地球上不难找到有类似密度的物质。在太阳系天体中，密度最为奇特的是彗星。不同彗星彗核的密度可相差100倍，平均密度约为1克/厘米3，与水差不多。然而，彗尾物质却极为稀薄，密度只及地面大气密度的十亿亿分之一，或者说6x10-21克/厘米3——这显然是一个很小的天文数字。正因为如此，1910年5月哈雷彗星回归时尽管彗尾曾扫过地球，但人们却毫无感觉，可见彗尾确实是一把空空如也的“大扫帚”，有人称之为“看得见的乌有”。
在恒星世界中，最大的超巨星半径可超过中子星半径的1亿倍，而不同恒星的质量最大仅相差104量级，因此恒星的密度差异极为悬殊：超巨星的密度只有10-11克/厘米3，中子星的密度则高达1016克/厘米3——1立方厘米中子星物质需要用10万艘10万吨超级巨轮才能拖走！太阳的平均密度只及地球的1/4，约为1.4克/厘米3，但中心的物质密度高达160克/厘米3。
星际介质的密度非常低，平均密度仅约为10-24克/厘米3，或者说1个氢原子/厘米3；其中星云的密度为每立方厘米几十个到几千个原子或离子，而云际连续介质的物质密度只有0.1个粒子/厘米3。作为比较，地球表面的大气密度为5.8x10-4克/厘米3，由此足见星际介质的密度之低。然而，由于星际介质在银河系内绵延分布的范围需以万光年计，其总质量仍可达1010Msun，即高达20万亿亿亿亿吨之巨，这又是一个惊人的天文数字！
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