'太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?'

銀河 宇宙 天文 地球 月球 浩瀚 數學 科技領航人 2019-09-05
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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:像我們銀河系中發現的黑暗的、多塵的分子云,會隨著時間的推移而坍塌,併產生新的恆星,其中最密集的區域形成了最巨大的恆星。然而,即使它後面有許多恆星,星光也不能穿透塵埃,它會被吸收。)

在一個有限的宇宙中,塵埃可以與星光競爭,因為撞擊塵埃的可見光被吸收並以較低的能量重新輻射。但是如果宇宙真的是無限的,奧爾伯斯悖論的問題就會出現在每一顆遮光塵埃中:每一顆塵埃都必須吸收無限量的星光,直到它也在它吸收的所有光的相同溫度下輻射出來!

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:像我們銀河系中發現的黑暗的、多塵的分子云,會隨著時間的推移而坍塌,併產生新的恆星,其中最密集的區域形成了最巨大的恆星。然而,即使它後面有許多恆星,星光也不能穿透塵埃,它會被吸收。)

在一個有限的宇宙中,塵埃可以與星光競爭,因為撞擊塵埃的可見光被吸收並以較低的能量重新輻射。但是如果宇宙真的是無限的,奧爾伯斯悖論的問題就會出現在每一顆遮光塵埃中:每一顆塵埃都必須吸收無限量的星光,直到它也在它吸收的所有光的相同溫度下輻射出來!

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:從我們的角度來看,可觀測的宇宙可能有460億光年,但肯定還會更遠,甚至可能是無限的。宇宙可能是無限的,但我們只能看到138億年來的光:大爆炸以來的時間。)

我們知道,宇宙不可能是靜止的、無限的和充滿了永遠閃耀的星星。如果是這樣的話,在所有的地方和方向,夜空將永遠是永遠的明亮。顯然,這裡還有其他工作要研究。

事實上,由於對太空認識的限制,奧爾伯斯在他那個時代根本不可能知道的,並不是宇宙的範圍不是無限的(它仍然可以是無限的),而是它在無限長的時間內不會以當前的形式返回。我們今天居住的宇宙有一個開始,這個開始被稱為大爆炸,它為所有可能存在於可觀測宇宙中的物質、輻射、能量和光劃出了一條起始線。

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太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:像我們銀河系中發現的黑暗的、多塵的分子云,會隨著時間的推移而坍塌,併產生新的恆星,其中最密集的區域形成了最巨大的恆星。然而,即使它後面有許多恆星,星光也不能穿透塵埃,它會被吸收。)

在一個有限的宇宙中,塵埃可以與星光競爭,因為撞擊塵埃的可見光被吸收並以較低的能量重新輻射。但是如果宇宙真的是無限的,奧爾伯斯悖論的問題就會出現在每一顆遮光塵埃中:每一顆塵埃都必須吸收無限量的星光,直到它也在它吸收的所有光的相同溫度下輻射出來!

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:從我們的角度來看,可觀測的宇宙可能有460億光年,但肯定還會更遠,甚至可能是無限的。宇宙可能是無限的,但我們只能看到138億年來的光:大爆炸以來的時間。)

我們知道,宇宙不可能是靜止的、無限的和充滿了永遠閃耀的星星。如果是這樣的話,在所有的地方和方向,夜空將永遠是永遠的明亮。顯然,這裡還有其他工作要研究。

事實上,由於對太空認識的限制,奧爾伯斯在他那個時代根本不可能知道的,並不是宇宙的範圍不是無限的(它仍然可以是無限的),而是它在無限長的時間內不會以當前的形式返回。我們今天居住的宇宙有一個開始,這個開始被稱為大爆炸,它為所有可能存在於可觀測宇宙中的物質、輻射、能量和光劃出了一條起始線。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

藝術家對可觀測宇宙的對數尺度概念圖

(上圖說明:星系讓位給了大規模的結構和邊緣地帶創世大爆炸的熾熱、稠密的等離子體。試圖弄清楚可見宇宙中有多少星系是我們這個時代的一大宇宙任務。)

宇宙不是永遠存在,因此我們只能觀測到距離特定和有限距離的恆星和星系。因此,我們只能從它們獲得有限數量的光、熱和能量,我們的夜空中不能有任意大量的光。

但這又引出了另一個難題。如果像大爆炸所說的那樣,宇宙在早期是熱的、稠密的、充滿物質和輻射的,那麼早期的輻射最終應該會到達我們的眼睛。無論我們往哪裡看,無論從哪個方向看,都不應該有輻射逃逸。

事實上,根據現代觀測,我們可以計算出今天宇宙中還剩下多少光子,答案是每立方厘米的空間有411個光子。如果你問我們為什麼不檢測到它,答案是我們一直這樣做。如果你要帶一臺非常老式的電視,一臺帶有兔耳天線的電視,深入到星際空間的深處,遠離任何恆星或地面無線電源,你可以把它調到3頻道。你可以看電視屏幕上佈滿了“雪花點”,這就是來自大爆炸的輻射。

"

白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:像我們銀河系中發現的黑暗的、多塵的分子云,會隨著時間的推移而坍塌,併產生新的恆星,其中最密集的區域形成了最巨大的恆星。然而,即使它後面有許多恆星,星光也不能穿透塵埃,它會被吸收。)

在一個有限的宇宙中,塵埃可以與星光競爭,因為撞擊塵埃的可見光被吸收並以較低的能量重新輻射。但是如果宇宙真的是無限的,奧爾伯斯悖論的問題就會出現在每一顆遮光塵埃中:每一顆塵埃都必須吸收無限量的星光,直到它也在它吸收的所有光的相同溫度下輻射出來!

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:從我們的角度來看,可觀測的宇宙可能有460億光年,但肯定還會更遠,甚至可能是無限的。宇宙可能是無限的,但我們只能看到138億年來的光:大爆炸以來的時間。)

我們知道,宇宙不可能是靜止的、無限的和充滿了永遠閃耀的星星。如果是這樣的話,在所有的地方和方向,夜空將永遠是永遠的明亮。顯然,這裡還有其他工作要研究。

事實上,由於對太空認識的限制,奧爾伯斯在他那個時代根本不可能知道的,並不是宇宙的範圍不是無限的(它仍然可以是無限的),而是它在無限長的時間內不會以當前的形式返回。我們今天居住的宇宙有一個開始,這個開始被稱為大爆炸,它為所有可能存在於可觀測宇宙中的物質、輻射、能量和光劃出了一條起始線。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

藝術家對可觀測宇宙的對數尺度概念圖

(上圖說明:星系讓位給了大規模的結構和邊緣地帶創世大爆炸的熾熱、稠密的等離子體。試圖弄清楚可見宇宙中有多少星系是我們這個時代的一大宇宙任務。)

宇宙不是永遠存在,因此我們只能觀測到距離特定和有限距離的恆星和星系。因此,我們只能從它們獲得有限數量的光、熱和能量,我們的夜空中不能有任意大量的光。

但這又引出了另一個難題。如果像大爆炸所說的那樣,宇宙在早期是熱的、稠密的、充滿物質和輻射的,那麼早期的輻射最終應該會到達我們的眼睛。無論我們往哪裡看,無論從哪個方向看,都不應該有輻射逃逸。

事實上,根據現代觀測,我們可以計算出今天宇宙中還剩下多少光子,答案是每立方厘米的空間有411個光子。如果你問我們為什麼不檢測到它,答案是我們一直這樣做。如果你要帶一臺非常老式的電視,一臺帶有兔耳天線的電視,深入到星際空間的深處,遠離任何恆星或地面無線電源,你可以把它調到3頻道。你可以看電視屏幕上佈滿了“雪花點”,這就是來自大爆炸的輻射。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(這臺老式電視機上有老式的天線,用來接收電視信號。在地球上,只有一小部分"雪花"信號,大約1%,是由於大爆炸的輻射。)

事實上,我們確實從大爆炸中接收到了這種光,而且它在天空中以一種不可避免的方式被發現。你肉眼看不到它,是因為宇宙在宇宙歷史的進程中不斷膨脹,所以這一曾經可見的光現在已經轉變成如此長的波長,以至於你的眼睛看不到它們,你的皮膚感覺不到它們,你的身體也無法檢測到它。

但是你的微波和無線電天線可以接收到它們。事實上,這就是這種輻射最初被發現的方式,也是大爆炸最初被證實的方式:一個巨大的無線電天線,無論操作它的科學家在何時何地尋找這個信號,都能夠接收到這個信號。如果我們的眼睛已經適應了微波或無線電波,事實上,我們會看到一個明亮的“夜空”,它在各個方向上都是均勻明亮的,在任何地方都沒有黑點。

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白天,陽光從四面八方湧來,陽光從我們能看到的任何地方射向我們的眼睛。到了晚上,陽光不會覆蓋頭頂的大氣層,所以天空中到處是黑暗,沒有光點,如星星、行星或月亮。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

你是否對此產生過懷疑麼。如果宇宙是無限大的,我們的視線不應該最終撞上恆星,不管我們朝哪個方向看?考慮到那裡有數萬億個星系,望遠鏡能夠看到我們眼睛看不到的微弱星系,為什麼所有這些星系發出的光都不能照亮天空的每一個點?

這是困擾科學家數世紀的難題。如果你仔細考慮它,它甚至可能對你沒有意義。是的,我們地球上的大氣層對可見光基本上是透明的,這使我們能夠在夜間看到廣闊的深空深淵。我們在銀河系中的位置很特殊,銀河平面被前景塵埃和氣體遮蔽,這些塵埃和氣體阻擋了銀河系中心區域的光。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

夜色中的銀河系

(上圖說明:在美國大峽谷附近的拍攝到的銀河系,巧合的是,這是我自己第一次看到銀河系。銀河系的平面看起來很暗,與位於我們銀河系平面上的背景恆星形成了鮮明的輪廓。)

但除此之外,你可能期望在每一個方向和每一個地方看到光,理論上你是能夠看到的。畢竟,如果宇宙是真正無限的,那麼深空的空虛就會永遠存在。在任何你能想象到的方向,最終你的視線將遇到一個閃亮的光點。

如果這是真的,那麼夜空根本不會是黑暗的,而是會由每一個星光路徑到達地球的星星照亮。

然而,即使我們看到看似空洞的最深處,人眼或傳統望遠鏡也看不到星星或星系,我們最強大的天文臺雖然能看到許多,但它仍然只是少數在空曠的黑色背景下的光點。

是的,宇宙充滿了恆星和星系; 是的,它們距離我們很遠:數百萬,數十億甚至數百億光年。 星光穿過宇宙,到達我們最好的觀測設備,在很大程度上展示了一個豐富的宇宙。 但是,宇宙太過浩瀚,人類的最好的觀測設備所觀測到的恆星及星系也僅僅是九牛一毛。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:宇宙可能是真正無限的,有無數的恆星和星系在四面八方。但是,如果情況如此,您完全預計最終,您的視線將相交發光物體。如果是這樣的話,黑暗是不可能的。)

從科學上講,對於宇宙是有限的還是無限的,還沒有定論;我們只是不知道而已。然而,我們所知道的是,我們所能觀測到的宇宙部分必須是有限的。儘管我們在20世紀後半葉之前對宇宙的大規模結構幾乎一無所知,但我們仍然知道,一個無限大的可觀測宇宙根本不可能。

早在19世紀,海因裡希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers)就注意到了一個數學悖論。如果你處在無限的宇宙裡,恆星和星系的密度是恆定的,那麼你最終會看到,從你觀察的每個方向發出的無限多的光。你會看到附近所有的星星,然後在星星之間的空間裡,你會看到更遠的星星。在這些星星之間的空間裡,隨著距離的增加,你會看到更多的星星。不管與它們的距離有多遠——數百萬、數十億、萬億、萬億光年等等——最終,無論你在哪裡看,你都會碰到一顆恆星。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:恆星的大小、顏色和質量各不相同,包括許多明亮的藍色恆星,它們的質量是太陽的幾十倍甚至數百倍。這在半人馬座的開放星團NGC3766中得到了證實。如果宇宙是無限的,即使是這樣的星團也不會顯示恆星之間的“間隙”,因為一顆更遠的恆星最終會填補這些間隙。)

如果你願意,可以用數學方式考慮一下。 如果恆星的數密度在整個空間中是恆定的,那麼你將找到的恆星總數等於恆星密度乘以宇宙的體積。 一顆恆星越遠,它就越暗:它的亮度隨著反距離的平方 (~1/r2)而下降。

但是,您在特定距離處可以看到的恆星總數與球體的表面積有關,而球體的表面積隨著距離的平方而增加(球體表面積的公式為4πr2)。將星數乘以每顆恆星的亮度,得到一個常數。 距離一定距離的亮度是一個特殊的值:讓我們稱之為B,兩倍的距離,亮度也是B,三倍? 還是B,四倍? 還是B。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果宇宙密度均勻,你會在任何方向遇到無限多的恆星光

現在把這個系列加起來:B+ B + B + B + ...等等。你能看出這是怎麼回事嗎?不幸的是,答案是走向無窮大。除非這個系列有一些截止點,否則每個方向的夜空亮度都會獲得無限值。。

早在19世紀,奧爾伯斯就用這一推理來得出結論,可觀測到的宇宙不可能是無限的,但他不能肯定。畢竟,還有其他天文問題。一個常見的反對意見是,這種天真的分析沒有考慮到客觀存在的遮光塵埃,你只要看看銀河系平面就能看到這些塵埃。即使在現代,我們許多最著名的天文景點都充滿了遮光的塵埃。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:像我們銀河系中發現的黑暗的、多塵的分子云,會隨著時間的推移而坍塌,併產生新的恆星,其中最密集的區域形成了最巨大的恆星。然而,即使它後面有許多恆星,星光也不能穿透塵埃,它會被吸收。)

在一個有限的宇宙中,塵埃可以與星光競爭,因為撞擊塵埃的可見光被吸收並以較低的能量重新輻射。但是如果宇宙真的是無限的,奧爾伯斯悖論的問題就會出現在每一顆遮光塵埃中:每一顆塵埃都必須吸收無限量的星光,直到它也在它吸收的所有光的相同溫度下輻射出來!

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(上圖說明:從我們的角度來看,可觀測的宇宙可能有460億光年,但肯定還會更遠,甚至可能是無限的。宇宙可能是無限的,但我們只能看到138億年來的光:大爆炸以來的時間。)

我們知道,宇宙不可能是靜止的、無限的和充滿了永遠閃耀的星星。如果是這樣的話,在所有的地方和方向,夜空將永遠是永遠的明亮。顯然,這裡還有其他工作要研究。

事實上,由於對太空認識的限制,奧爾伯斯在他那個時代根本不可能知道的,並不是宇宙的範圍不是無限的(它仍然可以是無限的),而是它在無限長的時間內不會以當前的形式返回。我們今天居住的宇宙有一個開始,這個開始被稱為大爆炸,它為所有可能存在於可觀測宇宙中的物質、輻射、能量和光劃出了一條起始線。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

藝術家對可觀測宇宙的對數尺度概念圖

(上圖說明:星系讓位給了大規模的結構和邊緣地帶創世大爆炸的熾熱、稠密的等離子體。試圖弄清楚可見宇宙中有多少星系是我們這個時代的一大宇宙任務。)

宇宙不是永遠存在,因此我們只能觀測到距離特定和有限距離的恆星和星系。因此,我們只能從它們獲得有限數量的光、熱和能量,我們的夜空中不能有任意大量的光。

但這又引出了另一個難題。如果像大爆炸所說的那樣,宇宙在早期是熱的、稠密的、充滿物質和輻射的,那麼早期的輻射最終應該會到達我們的眼睛。無論我們往哪裡看,無論從哪個方向看,都不應該有輻射逃逸。

事實上,根據現代觀測,我們可以計算出今天宇宙中還剩下多少光子,答案是每立方厘米的空間有411個光子。如果你問我們為什麼不檢測到它,答案是我們一直這樣做。如果你要帶一臺非常老式的電視,一臺帶有兔耳天線的電視,深入到星際空間的深處,遠離任何恆星或地面無線電源,你可以把它調到3頻道。你可以看電視屏幕上佈滿了“雪花點”,這就是來自大爆炸的輻射。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

(這臺老式電視機上有老式的天線,用來接收電視信號。在地球上,只有一小部分"雪花"信號,大約1%,是由於大爆炸的輻射。)

事實上,我們確實從大爆炸中接收到了這種光,而且它在天空中以一種不可避免的方式被發現。你肉眼看不到它,是因為宇宙在宇宙歷史的進程中不斷膨脹,所以這一曾經可見的光現在已經轉變成如此長的波長,以至於你的眼睛看不到它們,你的皮膚感覺不到它們,你的身體也無法檢測到它。

但是你的微波和無線電天線可以接收到它們。事實上,這就是這種輻射最初被發現的方式,也是大爆炸最初被證實的方式:一個巨大的無線電天線,無論操作它的科學家在何時何地尋找這個信號,都能夠接收到這個信號。如果我們的眼睛已經適應了微波或無線電波,事實上,我們會看到一個明亮的“夜空”,它在各個方向上都是均勻明亮的,在任何地方都沒有黑點。

太陽被遮擋了,銀河系中還有其他發光恆星,為什麼夜空還這麼黑?

如果我們能用眼睛看到微波,整個夜空看起來就像綠色的橢圓形。

它需要兩個事實,一起解釋為什麼夜空是黑暗的。第一個是宇宙只存在了有限的時間,這限制了我們目前可觀測到的輻射的範圍和數量。第二,我們只能看到電磁光譜的有限部分的光,那就是可見光部分。

相反,如果我們能用微波光觀察天空,天空在任何時候,都從四面八方閃爍著光芒。有點諷刺的是,夜晚在人類眼中看上去顯得黑暗,那是因為我們人類眼睛對光侷限性所導致。

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