這就要把牛頓老爺子抬出來了，如果沒有牛頓的萬有引力公式，我們是無法計算出恆星或其他天體的質量的。

牛頓的萬有引力公式就是指明瞭兩個物體之間的引力關係，透過這個公式，就可以得出其中任意物體的質量了。

這個公式揭示了兩個物體的質量與距離的平方之間的關係，當然還要有一個重要的常數值G，叫做萬有引力常數。

這時我們就要請出另一位老爺子，卡文迪許，他是第一個測量G值得人，而且是透過一個並不複雜得扭秤機構測量得，當時得測量值與今天得測量值在精度上是非常接近得了。

這樣，我們就可以觀測任意天體之間得相對運動，得出其軌道半徑，然後就可以利用這些公式計算出天體得質量來了。

當然，理論上看起來很簡單，但是實際上無論是觀測，還是測量，還是計算，都沒有想象的那麼簡單。這裡只是把基本的原理講解出來，真正的計算或者推算過程還是很複雜的。

宇宙中幾乎所有的東西都有質量，從原子和亞原子粒子（比如大型強子對撞機研究的粒子）再行星、恆星、星系和巨大的星系團。到目前為止，科學家所知道唯一沒有質量的粒子是光子和膠子。它們分別是傳遞電磁力和強力的介導粒子。

質量是一個物體的固有屬性，就像你每天很關心自己的體重一樣，質量對於天體物理學的研究也至關重要。但是天空中的物體太遙遠，我們不能觸控到它們，當然也不能透過傳統的方法去測量它們的重量，例如，拿起來稱一稱。那麼，天文學家是如何確定宇宙中物質的質量呢？

恆星與質量

我們直到一個典型的恆星相當大，通常比行星要大得多。那為什麼要關心恆星的質量呢？因為恆星質量的資訊非常重要，它揭示了恆星過去、現在和未來的進化線索。我們直到宇宙中所有的恆星（包括我們的太陽）都是透過將輕元素聚變成重元素來發光、發熱的。而所有的恆星都是由大量的氫和少量的氦組成，因此它們的質量存在差異，就這唯一的因素就絕對了一個恆星生命週期內的所有表現和死亡後的結局。

天文學家使用哈勃太空望遠鏡發現了9個超過太陽質量100倍的大質量恆星。它們位於銀河系附近大麥哲倫星雲中的R136星團中。其中還包括了目前我們所知宇宙中質量最大的恆星，有256個太陽質量。要想算出恆星的壽命有多長，質量是一個重要因素。

我們可以使用幾種間接的方法來確定恆星的質量。其中一種被稱為引力透鏡法，透過測量光經過大質量物體在引力作用下的彎曲路徑，雖然彎曲量很小，但仔細測量就可以發現這個物體的引力質量。

直到21世紀，天文學家才將引力透鏡效應應用於測量恆星的質量。在此之前，天文學家必須依靠圍繞一個共同質心執行的雙星系統來測量恆星的質量。對於天文學家來說，雙星質量（圍繞一個共同的質心旋轉的兩顆恆星）很容易測量。

天狼星A和天狼星B的哈勃太空望遠鏡影像，這是一個距離地球8.6光年的雙星系統。

首先，我們需要測量系統中所有恆星的軌道，並且記錄恆星的軌道速度，然後確定恆星經過軌道需要多長時間，即所謂的“軌道週期”。 知道了以上所有的資訊，天文學家就可以確定恆星的質量。

因此，我們無需接觸恆星，就可以使用數學和已知的物理定律來計算恆星的質量。但是，這個方法並不適用於所有的恆星。因為有些恆星沒有伴星（例如，太陽）有些恆星距離我們十分遙遠，無法獲得其軌道資訊，我們就可以使用亮度和溫度來確定恆星的質量。因為質量不同的恆星其亮度和溫度有很大的不同。將宇宙中的各類恆星的亮度和溫度資訊繪製在圖表上時，我們就得到了一個恆星演化圖。

其中大質量恆星是宇宙中最熱、最藍的恆星，較小質量的恆星（如太陽）比這些大質量恆星的溫度要低。恆星溫度、顏色和亮度的圖表被稱為赫茨普朗-羅素圖，根據定義，它也顯示了恆星的質量，這取決於恆星在圖表上的位置。如果恆心位於主序線上，那麼天文學家就知道這顆恆星的質量既不會很大也不會很小。因為最大質量和最小質量的恆星一般在主序列之外。

赫茨普朗-羅素圖描繪了恆星的溫度與其亮度之間的關係。圖中恆星的位置提供了它處於哪個階段的資訊，以及它的質量和亮度資訊。恆星演化

目前我們已經很好的掌握了恆星是如何誕生、生存和死亡的。這種生與死的順序被稱為“恆星演化”。一顆恆星在其一生中如何演化的最大預測指標是它與生俱來的質量，即它的“初始質量”。低質量恆星通常比高質量恆星更冷、更暗。因此，我們只需觀察一顆恆星的顏色、溫度，以及它在赫茨普龍格-羅素圖中的“位置”，就能很好地瞭解一顆恆星的質量。透過與已知質量（顏色、溫度和亮度）類似的恆星（如上文提到的雙星）進行比較，可以讓我們更加精確的直到給定恆星的質量。

當然，恆星並不是一輩子都保持同樣的質量。隨著年齡的增長，恆星會逐漸失去其質量。恆星在生命週期內會逐漸消耗核燃料，最終，在它們生命的盡頭會經歷了巨大的質量損失。像太陽這樣的恆星死亡時，會輕輕地外殼的氫吹走，形成行星狀星雲，如果恆星質量比太陽大得多（8倍以上），恆星就會在核坍縮超新星的爆炸中死亡，將大部分物質拋灑到星際介質中，其核心會留下一顆中子星或黑洞。

蟹狀星雲的合成影象，這是一顆超新星的遺蹟，預示著一顆非常大的恆星的死亡。

透過觀察一些已知質量恆星的死亡方式，我們就可以推斷出其他類似質量的恆星在死亡時會發生什麼。

總結恆星的質量是許多其他特徵重要的預測指標，包括恆星的壽命。天文學家使用間接的方法來確定恆星的質量，包括：星光彎曲、雙星系統的軌道資訊、單顆恆星的顏色、溫度和亮度。一般來說，大質量恆星比小質量的恆星壽命短。這是因為它們消耗核燃料的速度要快得多。像我們太陽這樣的恆星是中等質量，其死亡時會形成行星狀星雲。