天文学家很早就在宇宙中发现了一种看不见的物质，不知道它们到底是什么，因为看不见，所以就叫做暗物质，就像用大家用X代表一种未知的事物。暗物质和暗能量一起被并称为“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”，是困扰物理学家和天文学家的最重大的难题之一。
天文学家通过望远镜观测到发光天体，包括恒星，行星，小行星，星团，星系，星系团等等，这些被天文学家们统称为重子物质，它们都是由原子构成的。对于暗物质，虽然我们不知道它们是什么，但是我们知道它不发射和吸收光线或者其他形式的电磁能。既然暗物质看不见，那么天文学家究竟是如何探测到它们的存在？主要通过暗物质施加给可见重子物质或者光的引力作用从而探测到它的存在。
1924年Edwin Hubble（哈勃望远镜就是以他命名的）通过观测仙女座大星云（在梅西耶星云星表中编号为M31，肉眼可见）中的造父变星从而测量它的距离为几十万光年（这一测量距离方法有空给大家介绍一下），远远超出银河系的尺度，从而确定了M31是银河系之外的由恒星组成的星系，这是第一个被证实的河外星系。后来Hubble 测量了几千个星系的距离，尺度和旋转。
天文学家还想测量一个关键的参数--星系质量。但是像星系这么大尺度的天体又该怎么称重呢？其中一个办法是靠星系的总光度，因为星系是由恒星组成的，而光度越高的恒星质量越大，因此星系的总光度就代表了星系中恒星的总质量。另一种办法是靠测量星系盘上恒星围绕星系中心的旋转速度，根据维里定理（ virial theorem）不同恒星旋转速度差异的大小取决于这一区域引力的大小，引力的大小又取决于质量，因此可以获得星系中产生引力的总质量。对于更大尺度的星系团同样也可以用这两种方法测量质量。
在1932年，荷兰天文学家Jan Oort（彗星的发源地奥尔特星云也是他提出的）在测量我们附近的恒星速度之后，认为我们太阳系是在银河系的边缘而非中心，由这些恒星的速度得到的引力质量是大大超过银河系可见恒星的总质量，他当时就提出了银河系中还存在很多“看不见”的物质，称为“暗物质”，当时认为有可能是一些很暗以至于观测不到的恒星，尤其是在银河系的中心区域。一年以后，加州理工学院的天文学家Fritz Zwicky测量了后发星系团（Coma Cluster）中的上千个星系的速度，从而获得了星系团的引力质量，他又把所有星系的光度加起来获得了星系团的总光度。他发现如果这些引力质量都是由恒星贡献的，即使全部是光度最小的红矮星，观测到的总光度也是远远小于它们应该辐射的光度，Zwicky当时就提出了一个观点，后发星系团中存在大量的不可见的“暗物质”。但是在当时“暗物质”的观点并没有引起大家的重视。
后发星团中的上千个星系，图片来自NASA, JPL-Caltech, SDSS, Leigh Jenkins, Ann Hornschemeier (Goddard Space Flight Center) et al.
参考资料：
https://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/dark-matter.htm
http://cdms.phy.queensu.ca/Public_Docs/DM_Intro.html
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