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有没有想过,夜空为什么是黑色的?

2022-11-04

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太阳落山,天就黑了,这是再正常不过的自然现象。而我们之所以能感受到昼夜的区别,是因为白天时,面对着太阳的那一面,阳光被散射到了大气中,使我们感受到世界是明亮的。


假如地球没有大气层,天空就会一直是黑的,就像在月亮上看到的那样。所以,大家有没有想过:宇宙为什么是漆黑的?



在遥远的1823年,有一个人就思考过这个问题,他就是德国天文学家和物理学家——海因里希·奥伯斯(Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers)。


1758年10月11日-1840年3月2日)


海因里希生于264年前的德国,是一个天文爱好者,还在上大学的时候,就研究出一种确定彗星轨道的方法,直到现在科学家还在用。


大学毕业后他当起了医生,而副业就是研究彗星。他在自己家的顶层弄了个天文台,每天下了班就专!门!看!星!星!

功夫不负有心人,1802年44岁的他发现了小行星“智神星”,这是太阳系里面最大的小行星之一。


5年后,他又发现了小行星“灶神星”。这一次,他把命名权让给了他的朋友数学家高斯(对,就是那个从1加到99的高斯,学霸的朋友圈果然也很腻害)。


1815年,他又有了新发现!这次是一颗周期彗星,并且最终以他的名字命名“奥伯斯彗星”。下图是2011年“黎明号”探测器拍的灶神星。



除了发现星星以外,奥伯斯还善于发现千里马。
1804年,当年还只有20岁的贝塞尔,未来的德国物理学家、天文学家和数学家,联系上了奥伯斯,和他探讨哈雷彗星的轨道测量问题。奥伯斯立刻意识到,这个年轻人日后定当大有作为,宛若当年的自己啊!于是他立马推荐贝塞尔发表了论文,后来贝塞尔成为了天体测量学奠基人之一。

奥伯斯一生获得过许多荣誉,不过最著名的还是文章开头的疑问,科学家们称为“奥伯斯佯谬”:如果宇宙是(时间上)静态、(空间上)无限、(质量分布)均匀,而宇宙又中有无数的星星,那么宇宙的每一个方向都至少有一颗发光的星星(只要你看得够远),这么说来,夜空应该是完全明亮的(如图2所示)。

然而,事实却截然相反,我们观察到的宇宙,是图1的样子。

随着物理学的不断发展,这个佯谬在数百年里,一直引起各种各样的争论,关于“宇宙为什么是漆黑的”,目前有以下几种推测:

猜测一:宇宙是有边缘的

因为宇宙有边缘,所以某条分界线后是漆黑一片,而分界线内的星星数量有限,不足以“照亮”整个宇宙。


然而现有的证据表明,我们所探测到的宇宙空间,确实是没有边界的,所以这个猜测不成立。

不过,宇宙至少有一个起源时间,所以存在着时间上的界限,大约是137亿年前,那时的宇宙可以说是一个点。

猜测二:宇宙刚形成的时候是漆黑的,星星的光线还没有传过来

宇宙从一个点开始,不断膨胀,而最初诞生的那些星星,因为距离现在太远了,所以光线还没有传到这里来。


这就好比下雨天,我们经常是先看到闪电,之后才听见雷声,遥远星系的光线,就是我们在等待的雷声。而我们现在看到的,也只是135亿年前宇宙(其他的光线还在路上),那时星星还没形成,所以是一个无星的宇宙。

这似乎完美解释了,为什么宇宙是漆黑的。然而事实也不是这样。

我们现在探测到的“宇宙背景辐射”在各个方向上都是均匀的,并且在恒星形成之前就有,这说明,宇宙刚开始并不是黑的,即使我们能看到135亿年前的宇宙,那也应该是明亮的。

猜测三:宇宙其实是明亮的,只是我们看不见


上图是一张用哈勃望远镜拍摄到的星空图,它用的是红外镜头。由于宇宙一直在膨胀,星系之间的距离越来越大,多普勒效应导致,远离我们的恒星光波被拉长,看起来就会越红,如下图。


离我们越远、离开速度越快的星星就会红得越厉害,直到它们变成了红外线,也就是红得发黑......因此,这些红得发黑的星星,我们自然就看不见了。

好了,现在我们来总结一下:

由于宇宙在不停地膨胀,超级遥远的星星们,正在飞快地“逃开”,因而它们发出的光,早已不在人眼可见的范围内,所以我们就看不见它们了,这就是为什么宇宙“看”起来,漆黑的原因了。


“奥伯斯佯谬”的意义在于,这是从观测和理论相联系的角度,考虑宇宙的大尺度性质时提出来的,它标志着科学的宇宙学萌芽。要知道,就连100年后的爱因斯坦,也认为宇宙是静止,而奥伯斯的发问,使得后人在寻求答案的过程中,必须持一些不一样的视角。对于“奥伯斯佯谬”,科学界依然没有统一的解释,就像神秘的宇宙一样,时空之外还有时空,问题之外问题重重。

或许,这也是我们人类探索宇宙的乐趣所在:我们的起点是哪里?我们的终点是何处?在这个周期内的地球生命,对于宇宙而言也不过是沧海一粟,那么我们的意义何在?

好了,今天宇宙小知识就分享到这里,希望以后你在仰望星空的时候,能记得TABS今天的分享嗷~


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