夜空為啥是黑色的?科學家:這個問題背后,隱藏著宇宙的秘密

漫酱~ 2022/12/21 檢舉 我要評論

當我們在城市晴朗的夜晚仰望星空時,漫天的繁星也許可以讓我們短暫地忘掉現實的煩惱,將自己置身于無垠的宇宙,思考許多關于人生的宏大命題。

但由于城市的光污染越來越嚴重, 你可能已經很久沒有見過璀璨的銀河了。

我們都知道,在我們頭頂的天空上有多達數十億顆會發光的恒星,按照常理來講,這麼多星星應該布滿了夜空的每一個點,填滿了整片的夜空,它們可以把黑夜照得像白天一樣亮。

但是為什麼即使在沒有光污染甚至人跡罕至的郊區,我們所看到的星星也無法照亮黑夜呢?

難道是有一塊黑色的幕布遮住了它們嗎?

德國天文學家奧伯斯在1823年就提出了這個疑問,并且在1826年完善為奧伯斯佯謬,又稱為夜黑佯謬或光度佯謬。

它的詳細闡述為:假設我們的宇宙是處于靜止狀態,也就是穩恒態,并且宇宙是無限大的,時空也是平直的,有無數個均勻分布在各處的發光星體。雖然這些發光星體的亮度和距離的平方成反比,也就是離我們越遠的星星亮度就會越暗一些。

但是在一定距離上,這些發光星體的數量也應該和距離遠近成正比,這樣一來雖然遙遠的星星暗了一些,但我們能看到更多的星星,黑夜的天空應當是無限亮的。

奧伯斯自己首先試圖對這個奇怪的現象進行一個合理的解釋。他以太陽為突破口,認為太陽離我們夠近了吧,但它的光線在照到地球上時依然有不小的損耗, 而更遙遠的恒星光線在傳播過程中,會受到宇宙空間內諸如塵埃云、行星帶等的阻擋。這就導致在漫長的距離中,最后能直接到達地球的光線已經很弱了。

但這樣的理論并不能站得住腳,因為雖然光線在路途中會被損耗,被塵埃云和行星吸收光線,但熱力學第一定律告訴我們,能量是不會憑空消失的。

物質在吸收光線的同時也在吸收著光線中的能量,自身的溫度會上升,然后把光線重新發射出來, 其次光在宇宙中會被散射,但光所輻射的能量基本是沒有虧損的,雖然直接到達地球的光線減少了。

但光在散射時會增強背景的光亮,即使星星暗淡了,天空的背景也應該是亮的。所以用光的散射和折射來解釋奧伯斯的佯謬顯然是失敗的。

究竟是哪里出了問題,導致理想模型中的天空和我們實際看到的不一樣?

重新關注回奧伯斯佯謬本身,它具有三個必要的前提條件:

首先宇宙的靜止的

其次宇宙在空間是無限大的

最后恒星是均勻分布在宇宙中的

但首先第一個條件就不存在,因為20世紀20年代美國天文學家哈勃發現了宇宙膨脹現象,徹底打破了以往的穩恒態宇宙模型,將宇宙學引入了大爆炸時代。

宇宙大爆炸理論認為宇宙在遙遠的過去處于奇點狀態, 并且在大爆炸發生后也不是無限大,而是一個超光速膨脹的空間,因此第二個條件也不存在了。

在前兩個條件都不存在的情況下,考慮到光在宇宙中只能以每秒30萬公里的速度飛行, 所以遙遠恒星發出的光很有可能還沒飛到地球,如果再考慮到宇宙本身的超光速膨脹的話,宇宙中相當一部分恒星發出的光,是永遠無法到達地球的。

最重要的一點,恒星在遠離我們時,可見光波段的光譜譜線會向紅端移動一段距離,越遙遠的星系移動的速度越快,以至于有些光已經紅移到微波的波長。

而微波是人眼看不見的,變成了宇宙微波背景輻射,因此地球夜空才會以黑色為主,而如果人眼能看到微波的話,地球夜空將無比璀璨。

總而言之

我們之所以看不到星星照耀整片夜空,并不是有什麼黑色的幕布遮住了它,而是宇宙不斷膨脹導致的結果。

我們在看繁星時也在回溯著宇宙的過去,一束跨越宇宙到達眼中的星光,可能在它出發時,地球還在一片塵埃云中孕育著。

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