宇宙浩瀚無邊，神秘而迷人。當天文學家考慮宇宙是由什麼組成時，他們最直觀方式是指向它所包含的數十億個星系，它們中的每一顆都有數百萬、數十億甚至萬億顆恆星。許多恆星都有行星，還有云氣和塵埃。

在星系之間，除了熱氣體雲可能會存在於某些星系間，似乎沒有其他什麼“物質”，幾乎是真空的。所有這些都是可以檢測到的物質。那麼，利用射電、紅外和X射線天文學，以合理的準確度觀察宇宙並估計宇宙中的發光物質的質量（我們能看到的物質）有多困難呢？

檢測宇宙“物質”

現在天文學家們擁有了高度敏感的探測器，他們在搞清楚宇宙的質量以及構成宇宙質量方面取得了巨大的進步。但這不是問題所在，他們得到的答案沒有意義。難道是他們計算質量的方法是錯誤，還是有別的東西沒有包含在內，或者是存在他們檢測不到的東西？為了理解這些困難，瞭解宇宙的質量以及天文學家如何測量它是很重要的。

測量宇宙質量

宇宙爆炸藝術渲染

宇宙質量的一個最大證據是宇宙微波背景(CMB)。它不是物理的"障礙"或類似的東西。相反,它是早期宇宙的一個條件,可以使用微波探測器進行測量。CMB可追溯到大爆炸後不久,實際上是宇宙的背景溫度。把它想象成從四面八方都能探測到整個宇宙的熱量。它並不完全像從太陽散發出的熱量或從行星輻射的熱量。相反，它是在2.7開爾文溫度下（絕對溫度）測量的非常低的溫度。當天文學家去測量這個溫度時，他們發現這個背景"熱"很小，但重要的波動會蔓延開來。然而，它存在的事實意味著宇宙本質上是"平的"。這意味著宇宙會永遠膨脹下去。

宇宙膨脹藝術渲染圖

那麼，這種平坦度對於計算宇宙質量意味著什麼呢？從本質上講，鑑於宇宙的測量大小，這意味著必須有足夠的質量和能量存在宇宙裡，換句話說，宇宙所擁有的物質足以使其膨脹速度減緩，但又不發生坍縮的現象。當天文學家把所有的"正常"物質(如恆星和星系，加上宇宙中的氣體)加起來時，這只是平坦宇宙需要保持平坦的臨界密度的5％左右。

這意味著95%的宇宙尚未被探測到。它在那裡，但它是什麼？在哪兒？科學家說它以暗物質和暗能量存在。

宇宙的構成

我們可以看到的質量稱為“重子”物質。 它是行星，星系，氣體雲和星團。 無法看到的質量被稱為暗物質。 還有能量（光）可以測量；有趣的是，還有所謂的“暗能量”，而且沒有人對這是什麼有很好的瞭解。

那麼，什麼構成宇宙，以什麼樣的百分比存在？以下是宇宙中當前質量比例的細目。

宇宙中的重元素

• 首先，宇宙中有重要因素。它們約佔宇宙的0.03%，在宇宙誕生後的近5億年裡，唯一存在的元素是氫和氦，但它們佔比並不重。
• 然而，在恆星經歷了誕生、成長和死亡之後，宇宙開始孕育出比氫和氦更重的元素，這些元素在恆星內部被“煮熟”。這發生在恆星在其核心融合氫（或其他元素）時。星死通過行星狀星雲或超新星爆炸將所有這些元素傳播到太空。一旦它們散開到太空，它們是建造下一代恆星和行星的主要材料。
• 然而，這是一個緩慢的過程。即使在宇宙誕生近140億年後，宇宙質量中只有一小部分是由比氦重的元素組成的。

中微子

• 中微子也是宇宙的一部分，儘管大約只佔宇宙的0.3%。這些在恆星核心的核聚變過程中產生，中微子幾乎是無質量的粒子，以接近光速的速度傳播。再加上它們缺乏電荷，它們的微小質量意味著，除了對原子核有直接影響外，它們不會輕易與質量相互作用。測量中微子並非易事。但是，它使科學家能夠很好地估計我們的太陽和其他恆星的核聚變率，以及對宇宙中中微子總總數的估計。

星星

• 當觀星者凝視著夜空時，所見到的最多的就是星星，它們約佔宇宙的0.4%。然而，當人們看到來自其他星系的可見光時，他們所看到的大部分都是恆星。似乎很奇怪，它們只佔宇宙的一小部分。

氣體

• 那麼，還有什麼比星星和中微子更豐富的呢？事實證明，在4%的宇宙中，氣體佔了更大的部分。它們通常佔據恆星之間的空間，因此，整個星系之間的空間。星際氣體，主要是自由元素氫和氦，構成宇宙中大部分可以直接測量的質量。這些氣體可使用無線電、紅外和 X 射線波長敏感的儀器檢測到。

暗物質

• 宇宙中第二豐富的"物質"是沒有人見過的，然而，它約佔宇宙的22%。科學家分析星系的運動(自轉)以及星系團中星系的相互作用，發現所有存在的氣體和塵埃都不足以解釋星系的外觀和運動。事實證明，這些星系中80%的質量必須是"黑暗的"。也就是說，它在任何波長的光線中都無法通過伽馬射線檢測到。 這就是為什麼這個“東西”被稱為“暗物質”。
• 這個神秘物質的身份？未知。最好的候選物是冷暗物質，它被推測為類似於中微子的粒子，但質量要大得多。據認為，這些粒子，通常被稱為弱相互作用的巨粒子(WIMPs)產生於早期星系形成的熱相互作用。然而，到目前為止，我們還沒有能夠直接或間接地探測暗物質，或在實驗室中製造暗物質。

暗能量

• 宇宙中最豐富的質量不是暗物質、恆星、星系、氣體和塵埃雲。它被稱為"暗能量"，它佔宇宙的73%。 事實上，暗能量甚至都不大，這使得它對“質量”的分類有些混亂。那麼，它是什麼？ 可能它是時空本身的一個非常奇怪的屬性，或者甚至可能是一些滲透整個宇宙的無法解釋的（迄今為止）能量場，或者它都不是那些東西。沒人知道，只有時間和更多的數據才能說明問題。