暗物质是否存在于太阳系，它会影响行星的运动吗？

暗物质和太阳系

在宇宙中，有很多让人惊叹的演化过程，例如：引力在数十亿年的时间里，把宇宙中正在膨胀的不同部分束缚在一起，形成了巨大的超星系团和丝状结构，每一个超星系团和丝状结构都是由被巨大的星际空间隔开的星系团、星系群和单个星系组成。而大尺度结构和星系的形成除了引力的功劳以外，还少不了暗物质的作用。暗物质在星系结构形成的时间，以及形成的过程中起到了关键的作用，不管是过去、现在还是未来这个作用一直存在！

那么我们小小的太阳系呢？它是否也存在暗物质，暗物质是否也对太阳系行星的运动有影响呢？对于这些问题，我们从确认暗物质的存在说起。

我们如何确定暗物质在星系中无处不在

斯隆数字巡天，2dF星系红移巡天模拟。

我们通过对星系结构在大尺度和小尺度上的观察，并且与实际对星系结构的模拟结果相比较，我们发现，要想使模拟结构和感测结果相一致，那么在星系中除了有正常物质（质子、中子和电子）以外，还需要5倍于正常物质的某种暗物质，这种暗物质必须是受引力影响的大质量物质，但不受电磁力或光子的影响。这暗物质存在的一个证据，下面还有：

例如我们对星系团中单个星系的运动情况进行观察，我们发现单个星系在离星系中心不同距离的旋转速度是一致的！这和我们的万有引力定律相违背，想想我们的太阳系，离太阳近公转的速度快，例如水星，平均公转速度172341 km/h，离太阳远速度慢，木星的平均公转速度47051 km/h，这不仅符合我们的引力理论，也很符合我们常识！

那么在单个星系中，如果没有足够的物质来将整个星系束缚在一起，按照实际的旋转速度，整个星系将分崩离析。下图就可以看到实际情况是，离星系中心越远，速度反而没有下降！

通过对星系光度的测量，我们就能知道整个星系中恒星的质量，然后把我们能想到的所有看不见的正常物质都加起来（例如：行星、小行星、岩石、尘埃气体云、死亡的恒星、黑洞，包括我们能想到的任何由质子、中子、电子组成的物质！）与根据引力理论测量的星系实际质量相比，仍然差了5-6倍！

而且我们也通过对宇宙早期元素丰度的观察，也可以确定整个宇宙的重子总数，然后对宇宙微波背景中的温度波动进行分析，我们也发现物质总量和实际的正常物质不匹配！

所有这些证据都表明了一个事实：除了质子、中子和电子之外，这种新形式物质（暗物质）的质量大约是正常物质的五倍。

暗物质在星系中存在的方式

暗物质可以为星系提供足够的引力作用，但暗物质既不吸收也不发射光线，而且据我们所知也不会与质子、中子或电子发生碰撞。

因此，当两团正常物质和暗物质的混合体（正常物质为粉红色）发生碰撞时，正常物质会出现减速，甚至能与其他正常物质粘连在一起，而暗物质(下图为蓝色)则会完好的穿过自身和所有其他形式的物质。

因为暗物质没有传统意义上的碰撞，无法像普通物质那样以发射光子的形式失去能量，包括动量和角动量。因此，暗物质不能形成像螺旋星系那样的圆盘，也不能形成像椭圆星系或球状星团那样的集中群，暗物质必须保持在一个大的、弥漫的、蓬松的光晕中，而这个光晕远远超出了一个星系的全部范围。

例如像我们银河系这样的螺旋星系厚度可能有几千光年，直径可能有10万光年，叠加在我们星系上的暗物质晕可能向各个方向延伸了100万光年（据我们所知，其他星系也一样）。暗物质比银河系中的普通物质质量更大，分布范围更广，而且暗物质不会像组成恒星、行星和人类的正常物质一样，会聚集成团块！

暗物质对太阳系行星有没有影响？

如果暗物质扩散到了整个星系，那么我们太阳系中也应该有一些暗物质，这一点毋庸置疑，毕竟我们就生活在银河系内，所以，我们是不是应该能探测到暗物质对外行星的引力效应?

我们知道，太阳占太阳系总质量的99.8%，是太阳系内最主要的引力源，在很大程度上是太阳决定了行星的轨道。但是对于金星来说，水星在它的轨道内，那么我们就可以大致的认为，金星的轨道是由太阳和水星的质量之和决定的。对于木星来说，它的轨道是由太阳加上内部的岩石行星和小行星带决定的。

那么对于太阳系任何轨道上的物体，它的轨道是由围绕太阳的假想球体的总质量决定的，这个物体就位于假想球体的边缘。

如果有一片暗物质的海洋弥漫在整个太阳系中，那么外行星感受到的质量应该比内行星稍微大一些。如果有足够的暗物质，应该是可以探测到的。

但是科学家发现地球轨道应该能感觉到大约10^13千克的暗物质，而海王星离太阳的距离应该能感觉到大约10^17千克的暗物质。这些值真的很小，太阳的质量是210^30千克，但是10^13 - 10^17千克范围是一个普通小行星的质量。这种差异实在太小，目前还无法准确的判断！

那么如果暗物质的质量是这个数字的10万倍左右，我们或许可以检测到暗物质对天体轨道的影响！

虽说我们现在还无法检测到暗物质对太阳系的影响，内行星轨道的影响确实是可以忽略不计的，但是并不是说暗物质对太阳系就没有影响。

目前在太阳系所知的天体离太阳的距离，仍然没有足够的暗物质质量接近我们可观测的极限。

总结：只要离太阳系足够远，太阳系的暗物质还是可以被检测到的

上文我们说过，银河系的直径和暗物质晕的大小比例，那么在我们太阳系也是一样的，太阳系的直径大约200000 AU（1AU大约1.5亿公里），那么包围我们太阳系的暗物质晕要比这个大的多，离太阳越远，暗物质的总量就越多，影响越大！

如果我们能把一个质量已知的物体放到离太阳一光年远的轨道上，然后我们可以计算出这个半径内所有已知物体的质量，根据这个物体的轨道，我们就可以知道太阳系内的暗物质对这个物体的影响！希望有一天我们能够完成这个测试！

所以太阳系内是存在暗物质的，像其他星系一样，也存在暗物质晕，但是由于太阳系毕竟是一个很小的恒星系，所能捕获的暗物质总量有限，暗物质带来的影响也极其微小，不是说没影响，只是目前还没办法检测到！