【科普】為什麼地球能接收到太陽光，而地球和太陽之間的區域，卻是漆黑？

2022/12/08

在古代，由于人類的科技不夠發達，所以古人一直都認為地球就是唯一的世界，認為太陽和月球都在圍繞地球轉動，后來隨著人類科技的進步，人類發明了先進的交通工具，現在人類已經能夠走出地球探索宇宙，當人類走出地球看到宇宙之后，人類的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引，經過科學家多年來的研究得出，我們的地球其實就是太陽系中的一顆行星，而太陽是恒星，在50億年前，太陽系一片混亂，太陽誕生以后吸收了周圍大量的物質，所以太陽的質量占到了太陽系總質量的百分之99.86，剩下的八大行星和其它物質占到了太陽系總質量的百分之0.14，從占比上我們就能夠知道太陽的質量非常大，在太陽系中一共有八大行星，它們分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

在太陽系的八大行星當中，目前只有地球這顆行星誕生了生命，生命的出現給地球這顆行星增添了很多色彩，尤其是人類出現以后，解開了地球上很多的奧秘，科學家認為，地球之所以能夠誕生生命，主要是因為地球滿足了生命誕生的三個基本條件，這三個基本條件分別是適宜的溫度、充足的空氣、豐富的水資源，如果其他行星也能夠滿足這三個基本條件，那麼其它行星誕生生命的可能性也是非常大的，除了這三個基本條件外，科學家認為地球的大氣層和磁場也起到了非常重要的作用，大氣層能夠抵擋宇宙中的各種輻射和太陽紫外線，如果沒有大氣層，那麼宇宙中的輻射和太陽紫外線就會直接照射到皮膚上，對生物造成嚴重的傷害。

而地球磁場能夠牢牢的抓住大氣層，使得大氣層不會被太陽風吹走，科學家認為，火星之所以沒有誕生生命，就是因為火星沒有磁場，由于火星沒有磁場，所以火星大氣層很快就被太陽系吹散了，太陽對于生命來說很重要，同時也會給生命帶來危害，根據科學家的研究我們能夠知道，太陽的壽命大約是100億年，到現在太陽已經燃燒了50億年的時間，再過50億年，我們的太陽壽命就會結束，到時候太陽會變成一顆紅巨星，吞噬水星、金星、地球的軌道，最終太陽會變成一顆白矮星，不過50億年對于人類來說非常漫長，看到這里，可能很多人會產生一個疑問就是為什麼太陽能夠燃燒這麼長時間，而我們地球的燃燒很快就會熄滅？

其實我們的太陽能夠燃燒這麼長時間是因為太陽內部核聚變的反應，而我們地球上的燃燒是需要氧氣的，如果沒有氧氣，那麼地球上的火就會很快熄滅，科學家經過研究發現太陽內部每時每刻都在進行核聚變反應，通過核聚變反應，然后釋放出光子和熱量，現在我們知道，太陽光到達地球需要8分鐘的時間，不過太陽光并不是瞬間產生的，科學家經過研究得出，地球上接收到的太陽光其實是在15萬年前產生的，科學家發現太陽每秒鐘能夠釋放出400萬噸的氫，這些氫會轉化為能量釋放出去，而這些氫從太陽內部傳輸到太陽表面需要15萬年前的時間。

我們地球上所能接收到的太陽光熱量只有22億分之一，不過大家不要小看這22億分之一的能量，這22億分之一的能量相當于地球上100萬噸煤炭燃燒的能量總和，從這一點我們就能夠看出，太陽的能量對于人類來說是取之不盡用之不竭的，目前科學家也在積極的研究可控核聚變，如果可控核聚變能夠完全實現，那麼人類的科技一定能夠得到大幅度的提升。太陽是一顆恒星，在宇宙中恒星的數量非常多，我們抬頭看到的星星，其實都是宇宙中的恒星，在16世紀的時候，很多科學家都喜歡在夜晚利用望遠鏡來看宇宙中的天體，當時著名的物理學家開普勒在觀測宇宙的時候發現，宇宙中經常會有一片會發光的星星，后來他認為一大片周圍能夠發光的星星其實就是星系。

不過讓他感到疑惑的是，既然恒星能夠自己發光發熱，那麼為什麼宇宙中還有那麼多黑暗的地方？為了解釋這個奧秘，科學家們也想了很多辦法，在1826年的時候，科學家首次揭開了這個秘密，當時來自德國的物理學家奧伯斯提出了奧伯斯侼論，在當時的背景下，這個理論已經是非常超前了，他認為，宇宙如果是穩定而且無限大的話，那麼時空就像是一張大餅，會處于平實的狀態，那麼它上面就會分布著均勻的發光體，雖然他給出了解釋，但是這個解釋只能夠證明宇宙中的恒星是真實存在的，但是卻無法解釋宇宙為什麼是漆黑的，如果按照光在宇宙中傳播的速度，無論光從哪個地方發出，都應該能夠照射到地球上，所以夜空不應該是黑色的。

根據科學家的研究我們能夠知道，宇宙中恒星的數量有很多，在我們的銀河系中，就有大約1000億顆恒星，這些恒星都能夠自己發光發熱，光速是宇宙中最快的飛行速度，光速大約是每秒30萬千米，如果說宇宙是靜態的。那麼宇宙中應該沒有夜晚，因為光速雖然在宇宙中傳播的速度是有限的，但是源源不斷的光子在宇宙中傳播，一定能夠將宇宙照亮，海因里希.奧博斯提出這個理論之后，他也試圖解釋，他認為宇宙中其它恒星發出的光線可能被其它天體擋住了，或者是被宇宙塵埃擋住了，答案真的是這樣嗎？根據愛因斯坦的理論，我們能夠知道，光線不可能憑空消失，如果光線被宇宙塵埃擋住。那麼我們應該能夠看到光線的折射和反射，但是在宇宙中我們什麼都看不到，所以光線一定不是被宇宙塵埃擋住了。

直到19世紀的時候，埃德文.哈勃出現以后，解釋了宇宙為什麼是漆黑的，當時30歲的哈勃被威爾遜山天文台聘用，當時他借助天文台的望遠鏡對宇宙進行了觀測，那可是當時世界上最大的望遠鏡，口徑達到了驚人的2. 5米，哈勃利用望遠鏡辨認出了宇宙中的造父變星，并且用它來確定這些星云之間的距離，但是它計算出銀河系的范圍達到了10萬光年，光年是一個距離單位，一光年相當于光速飛行一年的時間，10萬光年就相當于光速飛行10年的時間，經過埃德文.哈勃多年來的研究發現，遙遠星系的光譜出現了紅移現象，并且隨著星系的距離不斷增加，紅移的現象就會變得越來越明顯，當時很多人認為這是多普勒效應。

多普勒效應指的是物體輻射的波長因為光源和觀測這的相對運動而產生的變化，在運動的波源前面，波波壓縮，波長變得較短，頻率變得較高，在運動的波源后面，會產產生相反的效應，波長變得較長，頻率就會變得較低，波源的速度就會越高，所產生的效應就會越大，根據光坡紅移和藍移的情況，能夠計算出波源觀測方向運動的速度，恒星光譜線位移顯示恒星遵循觀測方向運動的速度，這種現象被稱為是多普勒效應，不過多普勒效應并不能夠完全解釋宇宙為什麼是漆黑的，直到1929年的時候。哈勃通過大量的分析之后表明，那麼距離地球越來越遠的星系，它們遠離我們的速度會變得越來越快。

用數學方程表示：v=HD，其中v是河外星系的退行速度，D是距離，而H被稱為哈勃常數（所代表的含義就是每隔一段百萬秒差距的距離，星系退行的速度就會上漲一個數值），根據2013年普朗克衛星提供的數據顯示，哈勃常數的數值大約在67.8公里每秒，也即是每隔一個百萬秒差距（約326萬光年），星系的速度就增加67.8公里每秒。之后他又提出了宇宙膨脹的理論，這個理論提出之后，很多科學家當時都感到不可思議，因為在此之前，人類一直都認為我們的宇宙是靜態的，但是宇宙膨脹的理論徹底打破了人類對宇宙的傳統認知，于是有很多科學家紛紛對宇宙進行了觀測，最后發現，埃德文. 哈勃的這個理論是正確的，這個理論不僅僅讓人類對宇宙有了新的認識，而且也解釋了宇宙為什麼是漆黑的。

由于宇宙在不斷的膨脹，而且膨脹的速度已經遠遠的超過了光速，科學家認為，在宇宙大爆炸一秒鐘內，宇宙就膨脹到了10萬光年的范圍，經過138億年的時間，宇宙才膨脹成我們現在看到的樣子，到現在為止我們的宇宙還在快速的膨脹，既然如此，那麼光速在宇宙中的飛行速度是恒定不變的，而宇宙膨脹的速度超過了光速，那麼就說明光速還沒有給過去，宇宙已經變得更大了，所以宇宙中那些漆黑的地方，是因為光子還沒有飛到那里，雖然這個理論解釋了宇宙為什麼是漆黑的，但是太陽和地球之間的距離是有限的，為什麼這片區域內還是漆黑的呢？

著名的科學家費里斯曾經通過大量的研究發現，銀河系之外的很多星系光譜線理應有自己發射的軌道，但是他們卻偏離了自己原本的軌道，而且還朝著另一個沒有規則的方向運動，這到底是為什麼呢？在1922年的時候，科學家經過大量的實驗證明，由于宇宙在不斷的膨脹當中，所以恒星發出的光通過紅移現象之后，它們原本的路線就會發生偏移，這就使得其它遙遠的恒星光芒是沒有辦法到達地球上的，而太陽和地球之間并不是虛無的，在這個區域內有很多宇宙塵埃和其它細小的物質，由于這些物質的質量非常小，所以我們幾乎看不到他們，而這些物質無法反射太陽光，所以這片區域就是漆黑的。

或者說宇宙中的真空區域內，沒有能夠吸收光子的物質，所以光子無法被吸引，自然我們也就看不到光亮，而且在可見的范圍內，即使光能夠到達地球，但那已經是不可見光了，空間膨脹已經把能夠看見的光波拉長了，這時候就會相應的降低了頻率，這種紅移現象把光紅移成了紅外線或者是頻率更低的微波，所以我們看不到他們，除了這些解釋之外，科學家認為宇宙中一定有一種我們看不到的神秘物質，這種物質也可能會把光子吸收，而這種物質就被稱為是暗物質，可能很多朋友都聽說過暗物質，在很早的時候暗物質就被科學家提出來了，最早提出暗物質的科學家是荷蘭的楊. 奧爾特。

太陽系邊緣的奧爾特云就是以他的名字命名的，在1932年的時候，奧爾特在研究銀河系自旋時發現，如果按照現在的引力定律，那麼根本無法解釋銀河系最外層的天體快速運動的原因，按理來說，越是靠近銀河系中心的區域，天體受到的引力影響就越大，越是遠離銀河系中心區域的天體，受到的引力影響是越小的，而它們產生的離心力是非常大的，如果按照這理論來看的話，那麼銀河系邊緣的天體應該會被離心力甩出去，但是為什麼銀河系邊緣的天體并沒有被離心力甩出去，而是能夠穩穩地圍繞銀河系轉動。當時他認為，一定有一種我們看不見的神秘物質，這種物質就被稱為是暗物質，關于暗物質最有力的證據就是引力透鏡效應，比如說最典型的子彈星系團的引力透鏡。

子彈星系團是由船底兩個碰撞的星系組成的，如果不引入暗物質，那麼按照這兩個星系的質量來計算的話，那麼不可能出現如此明顯的引力透鏡，所以科學家根據引力透鏡效應反推出了暗物質的存在，科學家認為，在我們的宇宙中能夠看見的物質（恒星、行星、彗星、小行星、中子星等等）只占到宇宙總質量的百分之5，而看不到的神秘物質暗物質占到了宇宙總質量的百分之95，從占比上我們就能夠知道，暗物質才是真正主宰宇宙的主要物質，為了能夠尋找暗物質，科學家們也做了很多努力，在我國四川省，建立了一個2400米深的實驗室，這個實驗室建造在錦屏大河灣的下面，同時也是全世界最大的地下實驗室。

為什麼要把實驗室選在這里呢？因為這里足夠安靜，而且實驗室幾乎不會受到宇宙射線的干擾，只有在這麼安靜的環境中才有可能捕捉到暗物質，這個實驗室基地是由當時清華大學的副校長發現的，經過多次的考察和研討，最終才確定下來，從2010年開始，這個實驗室就開始正式運行了，不過經過這麼多年的時間，科學家還是沒有發現暗物質。科學家認為，或許暗物質比我們想象的還要神秘，不過科學家并沒有放棄對暗物質的尋找，未來隨著人類科技的進步，說不定我們能夠發現暗物質，如果暗物質真的存在宇宙中，那麼光子的消失或許就和它們有關系。

目前來看，科學家認為，暗物質不僅僅能夠控制天體的運動，而且還能夠推動宇宙不斷的膨脹，只不過暗物質到底是一種什麼樣的物質，現在科學家也沒有準確的答案，科學家認為，在宇宙大爆炸之后，暗物質就產生了，它就像是宇宙的秩序者一樣，維持著宇宙的平穩，目前人類無法解釋的宇宙現象實在是太多了，雖然人類現在對光子的了解非常多，但是光子也是一種非常神秘的物質，在宇宙中，光子是唯一一個具有波粒二象性的物質，而且它在靜止時的質量為0，除了光子之外，科學家現在還沒有發現其它物質的質量能夠達到零，所以著名的物理學家愛因斯坦認為，任何有質量的物質都無法達到光速，更不可能超越光速。