'暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?'

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暗物質和太陽系

在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

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暗物質和太陽系

在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

那麼我們小小的太陽系呢?它是否也存在暗物質,暗物質是否也對太陽系行星的運動有影響呢?對於這些問題,我們從確認暗物質的存在說起。

我們如何確定暗物質在星系中無處不在

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暗物質和太陽系

在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

斯隆數字巡天,2dF星系紅移巡天模擬。

我們通過對星系結構在大尺度和小尺度上的觀察,並且與實際對星系結構的模擬結果相比較,我們發現,要想使模擬結構和感測結果相一致,那麼在星系中除了有正常物質(質子、中子和電子)以外,還需要5倍於正常物質的某種暗物質,這種暗物質必須是受引力影響的大質量物質,但不受電磁力或光子的影響。這暗物質存在的一個證據,下面還有:

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暗物質和太陽系

在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如我們對星系團中單個星系的運動情況進行觀察,我們發現單個星系在離星系中心不同距離的旋轉速度是一致的!這和我們的萬有引力定律相違背,想想我們的太陽系,離太陽近公轉的速度快,例如水星,平均公轉速度172341 km/h,離太陽遠速度慢,木星的平均公轉速度47051 km/h,這不僅符合我們的引力理論,也很符合我們常識!

那麼在單個星系中,如果沒有足夠的物質來將整個星系束縛在一起,按照實際的旋轉速度,整個星系將分崩離析。下圖就可以看到實際情況是,離星系中心越遠,速度反而沒有下降!

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暗物質和太陽系

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那麼在單個星系中,如果沒有足夠的物質來將整個星系束縛在一起,按照實際的旋轉速度,整個星系將分崩離析。下圖就可以看到實際情況是,離星系中心越遠,速度反而沒有下降!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

通過對星系光度的測量,我們就能知道整個星系中恆星的質量,然後把我們能想到的所有看不見的正常物質都加起來(例如:行星、小行星、岩石、塵埃氣體雲、死亡的恆星、黑洞,包括我們能想到的任何由質子、中子、電子組成的物質!)與根據引力理論測量的星系實際質量相比,仍然差了5-6倍

而且我們也通過對宇宙早期元素丰度的觀察,也可以確定整個宇宙的重子總數,然後對宇宙微波背景中的溫度波動進行分析,我們也發現物質總量和實際的正常物質不匹配!

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暗物質和太陽系

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

通過對星系光度的測量,我們就能知道整個星系中恆星的質量,然後把我們能想到的所有看不見的正常物質都加起來(例如:行星、小行星、岩石、塵埃氣體雲、死亡的恆星、黑洞,包括我們能想到的任何由質子、中子、電子組成的物質!)與根據引力理論測量的星系實際質量相比,仍然差了5-6倍

而且我們也通過對宇宙早期元素丰度的觀察,也可以確定整個宇宙的重子總數,然後對宇宙微波背景中的溫度波動進行分析,我們也發現物質總量和實際的正常物質不匹配!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

所有這些證據都表明了一個事實:除了質子、中子和電子之外,這種新形式物質(暗物質)的質量大約是正常物質的五倍。

暗物質在星系中存在的方式

暗物質可以為星系提供足夠的引力作用,但暗物質既不吸收也不發射光線,而且據我們所知也不會與質子、中子或電子發生碰撞。

因此,當兩團正常物質和暗物質的混合體(正常物質為粉紅色)發生碰撞時,正常物質會出現減速,甚至能與其他正常物質粘連在一起,而暗物質(下圖為藍色)則會完好的穿過自身和所有其他形式的物質。

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暗物質和太陽系

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

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暗物質在星系中存在的方式

暗物質可以為星系提供足夠的引力作用,但暗物質既不吸收也不發射光線,而且據我們所知也不會與質子、中子或電子發生碰撞。

因此,當兩團正常物質和暗物質的混合體(正常物質為粉紅色)發生碰撞時,正常物質會出現減速,甚至能與其他正常物質粘連在一起,而暗物質(下圖為藍色)則會完好的穿過自身和所有其他形式的物質。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

因為暗物質沒有傳統意義上的碰撞,無法像普通物質那樣以發射光子的形式失去能量,包括動量和角動量。因此,暗物質不能形成像螺旋星系那樣的圓盤,也不能形成像橢圓星系或球狀星團那樣的集中群,暗物質必須保持在一個大的、瀰漫的、蓬鬆的光暈中,而這個光暈遠遠超出了一個星系的全部範圍。

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暗物質和太陽系

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

因為暗物質沒有傳統意義上的碰撞,無法像普通物質那樣以發射光子的形式失去能量,包括動量和角動量。因此,暗物質不能形成像螺旋星系那樣的圓盤,也不能形成像橢圓星系或球狀星團那樣的集中群,暗物質必須保持在一個大的、瀰漫的、蓬鬆的光暈中,而這個光暈遠遠超出了一個星系的全部範圍。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如像我們銀河系這樣的螺旋星系厚度可能有幾千光年,直徑可能有10萬光年,疊加在我們星系上的暗物質暈可能向各個方向延伸了100萬光年(據我們所知,其他星系也一樣)。暗物質比銀河系中的普通物質質量更大,分佈範圍更廣,而且暗物質不會像組成恆星、行星和人類的正常物質一樣,會聚集成團塊!

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

暗物質對太陽系行星有沒有影響?

如果暗物質擴散到了整個星系,那麼我們太陽系中也應該有一些暗物質,這一點毋庸置疑,畢竟我們就生活在銀河系內,所以,我們是不是應該能探測到暗物質對外行星的引力效應?

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因此,當兩團正常物質和暗物質的混合體(正常物質為粉紅色)發生碰撞時,正常物質會出現減速,甚至能與其他正常物質粘連在一起,而暗物質(下圖為藍色)則會完好的穿過自身和所有其他形式的物質。

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暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如像我們銀河系這樣的螺旋星系厚度可能有幾千光年,直徑可能有10萬光年,疊加在我們星系上的暗物質暈可能向各個方向延伸了100萬光年(據我們所知,其他星系也一樣)。暗物質比銀河系中的普通物質質量更大,分佈範圍更廣,而且暗物質不會像組成恆星、行星和人類的正常物質一樣,會聚集成團塊!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

暗物質對太陽系行星有沒有影響?

如果暗物質擴散到了整個星系,那麼我們太陽系中也應該有一些暗物質,這一點毋庸置疑,畢竟我們就生活在銀河系內,所以,我們是不是應該能探測到暗物質對外行星的引力效應?

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

我們知道,太陽佔太陽系總質量的99.8%,是太陽系內最主要的引力源,在很大程度上是太陽決定了行星的軌道。但是對於金星來說,水星在它的軌道內,那麼我們就可以大致的認為,金星的軌道是由太陽和水星的質量之和決定的。對於木星來說,它的軌道是由太陽加上內部的岩石行星和小行星帶決定的。

那麼對於太陽系任何軌道上的物體,它的軌道是由圍繞太陽的假想球體的總質量決定的,這個物體就位於假想球體的邊緣。

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在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

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那麼我們小小的太陽系呢?它是否也存在暗物質,暗物質是否也對太陽系行星的運動有影響呢?對於這些問題,我們從確認暗物質的存在說起。

我們如何確定暗物質在星系中無處不在

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

斯隆數字巡天,2dF星系紅移巡天模擬。

我們通過對星系結構在大尺度和小尺度上的觀察,並且與實際對星系結構的模擬結果相比較,我們發現,要想使模擬結構和感測結果相一致,那麼在星系中除了有正常物質(質子、中子和電子)以外,還需要5倍於正常物質的某種暗物質,這種暗物質必須是受引力影響的大質量物質,但不受電磁力或光子的影響。這暗物質存在的一個證據,下面還有:

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如我們對星系團中單個星系的運動情況進行觀察,我們發現單個星系在離星系中心不同距離的旋轉速度是一致的!這和我們的萬有引力定律相違背,想想我們的太陽系,離太陽近公轉的速度快,例如水星,平均公轉速度172341 km/h,離太陽遠速度慢,木星的平均公轉速度47051 km/h,這不僅符合我們的引力理論,也很符合我們常識!

那麼在單個星系中,如果沒有足夠的物質來將整個星系束縛在一起,按照實際的旋轉速度,整個星系將分崩離析。下圖就可以看到實際情況是,離星系中心越遠,速度反而沒有下降!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

通過對星系光度的測量,我們就能知道整個星系中恆星的質量,然後把我們能想到的所有看不見的正常物質都加起來(例如:行星、小行星、岩石、塵埃氣體雲、死亡的恆星、黑洞,包括我們能想到的任何由質子、中子、電子組成的物質!)與根據引力理論測量的星系實際質量相比,仍然差了5-6倍

而且我們也通過對宇宙早期元素丰度的觀察,也可以確定整個宇宙的重子總數,然後對宇宙微波背景中的溫度波動進行分析,我們也發現物質總量和實際的正常物質不匹配!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

所有這些證據都表明了一個事實:除了質子、中子和電子之外,這種新形式物質(暗物質)的質量大約是正常物質的五倍。

暗物質在星系中存在的方式

暗物質可以為星系提供足夠的引力作用,但暗物質既不吸收也不發射光線,而且據我們所知也不會與質子、中子或電子發生碰撞。

因此,當兩團正常物質和暗物質的混合體(正常物質為粉紅色)發生碰撞時,正常物質會出現減速,甚至能與其他正常物質粘連在一起,而暗物質(下圖為藍色)則會完好的穿過自身和所有其他形式的物質。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

因為暗物質沒有傳統意義上的碰撞,無法像普通物質那樣以發射光子的形式失去能量,包括動量和角動量。因此,暗物質不能形成像螺旋星系那樣的圓盤,也不能形成像橢圓星系或球狀星團那樣的集中群,暗物質必須保持在一個大的、瀰漫的、蓬鬆的光暈中,而這個光暈遠遠超出了一個星系的全部範圍。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如像我們銀河系這樣的螺旋星系厚度可能有幾千光年,直徑可能有10萬光年,疊加在我們星系上的暗物質暈可能向各個方向延伸了100萬光年(據我們所知,其他星系也一樣)。暗物質比銀河系中的普通物質質量更大,分佈範圍更廣,而且暗物質不會像組成恆星、行星和人類的正常物質一樣,會聚集成團塊!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

暗物質對太陽系行星有沒有影響?

如果暗物質擴散到了整個星系,那麼我們太陽系中也應該有一些暗物質,這一點毋庸置疑,畢竟我們就生活在銀河系內,所以,我們是不是應該能探測到暗物質對外行星的引力效應?

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

我們知道,太陽佔太陽系總質量的99.8%,是太陽系內最主要的引力源,在很大程度上是太陽決定了行星的軌道。但是對於金星來說,水星在它的軌道內,那麼我們就可以大致的認為,金星的軌道是由太陽和水星的質量之和決定的。對於木星來說,它的軌道是由太陽加上內部的岩石行星和小行星帶決定的。

那麼對於太陽系任何軌道上的物體,它的軌道是由圍繞太陽的假想球體的總質量決定的,這個物體就位於假想球體的邊緣。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

如果有一片暗物質的海洋瀰漫在整個太陽系中,那麼外行星感受到的質量應該比內行星稍微大一些。如果有足夠的暗物質,應該是可以探測到的。

但是科學家發現地球軌道應該能感覺到大約10^13千克的暗物質,而海王星離太陽的距離應該能感覺到大約10^17千克的暗物質。這些值真的很小,太陽的質量是2✕10^30千克,但是10^13 - 10^17千克範圍是一個普通小行星的質量。這種差異實在太小,目前還無法準確的判斷!

那麼如果暗物質的質量是這個數字的10萬倍左右,我們或許可以檢測到暗物質對天體軌道的影響!

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暗物質和太陽系

在宇宙中,有很多讓人驚歎的演化過程,例如:引力在數十億年的時間裡,把宇宙中正在膨脹的不同部分束縛在一起,形成了巨大的超星系團絲狀結構,每一個超星系團和絲狀結構都是由被巨大的星際空間隔開的星系團、星系群和單個星系組成。而大尺度結構和星系的形成除了引力的功勞以外,還少不了暗物質的作用。暗物質在星系結構形成的時間,以及形成的過程中起到了關鍵的作用,不管是過去、現在還是未來這個作用一直存在!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

那麼我們小小的太陽系呢?它是否也存在暗物質,暗物質是否也對太陽系行星的運動有影響呢?對於這些問題,我們從確認暗物質的存在說起。

我們如何確定暗物質在星系中無處不在

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

斯隆數字巡天,2dF星系紅移巡天模擬。

我們通過對星系結構在大尺度和小尺度上的觀察,並且與實際對星系結構的模擬結果相比較,我們發現,要想使模擬結構和感測結果相一致,那麼在星系中除了有正常物質(質子、中子和電子)以外,還需要5倍於正常物質的某種暗物質,這種暗物質必須是受引力影響的大質量物質,但不受電磁力或光子的影響。這暗物質存在的一個證據,下面還有:

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如我們對星系團中單個星系的運動情況進行觀察,我們發現單個星系在離星系中心不同距離的旋轉速度是一致的!這和我們的萬有引力定律相違背,想想我們的太陽系,離太陽近公轉的速度快,例如水星,平均公轉速度172341 km/h,離太陽遠速度慢,木星的平均公轉速度47051 km/h,這不僅符合我們的引力理論,也很符合我們常識!

那麼在單個星系中,如果沒有足夠的物質來將整個星系束縛在一起,按照實際的旋轉速度,整個星系將分崩離析。下圖就可以看到實際情況是,離星系中心越遠,速度反而沒有下降!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

通過對星系光度的測量,我們就能知道整個星系中恆星的質量,然後把我們能想到的所有看不見的正常物質都加起來(例如:行星、小行星、岩石、塵埃氣體雲、死亡的恆星、黑洞,包括我們能想到的任何由質子、中子、電子組成的物質!)與根據引力理論測量的星系實際質量相比,仍然差了5-6倍

而且我們也通過對宇宙早期元素丰度的觀察,也可以確定整個宇宙的重子總數,然後對宇宙微波背景中的溫度波動進行分析,我們也發現物質總量和實際的正常物質不匹配!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

所有這些證據都表明了一個事實:除了質子、中子和電子之外,這種新形式物質(暗物質)的質量大約是正常物質的五倍。

暗物質在星系中存在的方式

暗物質可以為星系提供足夠的引力作用,但暗物質既不吸收也不發射光線,而且據我們所知也不會與質子、中子或電子發生碰撞。

因此,當兩團正常物質和暗物質的混合體(正常物質為粉紅色)發生碰撞時,正常物質會出現減速,甚至能與其他正常物質粘連在一起,而暗物質(下圖為藍色)則會完好的穿過自身和所有其他形式的物質。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

因為暗物質沒有傳統意義上的碰撞,無法像普通物質那樣以發射光子的形式失去能量,包括動量和角動量。因此,暗物質不能形成像螺旋星系那樣的圓盤,也不能形成像橢圓星系或球狀星團那樣的集中群,暗物質必須保持在一個大的、瀰漫的、蓬鬆的光暈中,而這個光暈遠遠超出了一個星系的全部範圍。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

例如像我們銀河系這樣的螺旋星系厚度可能有幾千光年,直徑可能有10萬光年,疊加在我們星系上的暗物質暈可能向各個方向延伸了100萬光年(據我們所知,其他星系也一樣)。暗物質比銀河系中的普通物質質量更大,分佈範圍更廣,而且暗物質不會像組成恆星、行星和人類的正常物質一樣,會聚集成團塊!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

暗物質對太陽系行星有沒有影響?

如果暗物質擴散到了整個星系,那麼我們太陽系中也應該有一些暗物質,這一點毋庸置疑,畢竟我們就生活在銀河系內,所以,我們是不是應該能探測到暗物質對外行星的引力效應?

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

我們知道,太陽佔太陽系總質量的99.8%,是太陽系內最主要的引力源,在很大程度上是太陽決定了行星的軌道。但是對於金星來說,水星在它的軌道內,那麼我們就可以大致的認為,金星的軌道是由太陽和水星的質量之和決定的。對於木星來說,它的軌道是由太陽加上內部的岩石行星和小行星帶決定的。

那麼對於太陽系任何軌道上的物體,它的軌道是由圍繞太陽的假想球體的總質量決定的,這個物體就位於假想球體的邊緣。

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

如果有一片暗物質的海洋瀰漫在整個太陽系中,那麼外行星感受到的質量應該比內行星稍微大一些。如果有足夠的暗物質,應該是可以探測到的。

但是科學家發現地球軌道應該能感覺到大約10^13千克的暗物質,而海王星離太陽的距離應該能感覺到大約10^17千克的暗物質。這些值真的很小,太陽的質量是2✕10^30千克,但是10^13 - 10^17千克範圍是一個普通小行星的質量。這種差異實在太小,目前還無法準確的判斷!

那麼如果暗物質的質量是這個數字的10萬倍左右,我們或許可以檢測到暗物質對天體軌道的影響!

暗物質是否存在於太陽系,它會影響行星的運動嗎?

雖說我們現在還無法檢測到暗物質對太陽系的影響,內行星軌道的影響確實是可以忽略不計的,但是並不是說暗物質對太陽系就沒有影響。

目前在太陽系所知的天體離太陽的距離,仍然沒有足夠的暗物質質量接近我們可觀測的極限。

總結:只要離太陽系足夠遠,太陽系的暗物質還是可以被檢測到的

上文我們說過,銀河系的直徑和暗物質暈的大小比例,那麼在我們太陽系也是一樣的,太陽系的直徑大約200000 AU(1AU大約1.5億公里),那麼包圍我們太陽系的暗物質暈要比這個大的多,離太陽越遠,暗物質的總量就越多,影響越大!

如果我們能把一個質量已知的物體放到離太陽一光年遠的軌道上,然後我們可以計算出這個半徑內所有已知物體的質量,根據這個物體的軌道,我們就可以知道太陽系內的暗物質對這個物體的影響!希望有一天我們能夠完成這個測試!

所以太陽系內是存在暗物質的,像其他星系一樣,也存在暗物質暈,但是由於太陽系畢竟是一個很小的恆星系,所能捕獲的暗物質總量有限,暗物質帶來的影響也極其微小,不是說沒影響,只是目前還沒辦法檢測到!

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