星はたくさんあるのに、なぜ夜空は黒い(暗い)の?

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星はたくさんあるのに、なぜ夜空は黒い(暗い)の?

この記事のタイトルで尋ねられた一見簡単な質問に答えようとします。「暗い空のパラドックス」について詳しく話しましょう!

内容

なぜ「暗い夜空」はパラドックスと見なされるのか?

「太陽が沈んでいるので、夜は空が暗い!」 と思われるかもしれません。しかし、星について考えましょう。

天の川銀河だけでも1,000億から4,000億個の星が含まれており、観測可能な宇宙には1,000億から2,000億個の銀河が含まれています。控えめに言っても、それは膨大な数の星です!これに、宇宙が実際には無限であるかもしれないという仮定を加えます。このような状況では、空の小さな部分は無数の星で満たされ、空がまばゆいばかりに明るくなるはずです。

ただし、実際にはそうではありません。この不一致は「オルバースのパラドックス」と呼ばれ、数分で解決します。

オルバースのパラドックスとは?

「暗い空のパラドックス」の定式化は通常、ドイツの天文学者ハインリッヒ・ヴィルヘルム・オルバースに起因しますが、他の多くの有名人(ヨハネス・ケプラーやエドガー・アラン・ポーを含む)もこの問題の解決に貢献することがありました。簡単に言うと、パラドックスは次のとおりです。

宇宙が無限であり、その中に無限の数の星がある場合、空全体が星で覆われている必要があります。どんな方向から見ても星が見えるはずなので、夜空が明るく照らされているはずです。それでは、なんで夜空が暗いのですか?

オルバースのパラドックスをよりよく理解するために、厚い森の真っ只中にいる自分を想像してみます。どこを見ても、隙間のない木の壁が見えます。そして、それはただの森であり、大きくなる可能性がありますが、決して無限ではありません。今、このアナロジーを恒星で満たされた無限の宇宙に利用してみてください!

オルバースのパラドックスに対する可能な(しかし間違った)解決策

何世紀にもわたって、暗い夜空の不可解な現象を説明するためのいくつかの試みがありました。これらの説明のいくつかを分解して、反論します。

​​宇宙の恒星は、均一ではなく、フラクタルに分布しています

これが間違っている理由:この仮説はパラドックスを説明している可能性がありますが、現代の天文データはそれをサポートしていません。 宇宙はほぼ完全に等方性(つまり、すべての方向で同じだ)であるように見えます。

宇宙には有限の数の恒星があります

これが間違っている理由:たとえそれが有限であっても、宇宙の恒星の数は依然として膨大であり、夜空全体を照らすのに十分でしょう。

星が遠すぎて暗すぎるため、一部の恒星は見えません

これが間違っている理由:無限の宇宙を、地球を中心とした球形の層に分割しましょう。1つの層に一定量の恒星が含まれている場合、宇宙の均質性により、地球から2倍離れた位置にある層には4倍の恒星が含まれます。ただし、逆二乗の法則によれば、地球から観測した場合、次の層の恒星も4倍の調光でも輝きます。これは、これらの各層の総光度が同じになることを意味します。したがって、恒星のすべての層は、どれほど離れていても、同じ量の光を生成します。その結果、空は均一に照らされます。

宇宙は、遠くの恒星からの光を遮る星間塵で満たされています

これが間違っている理由:星の光は必然的に塵を加熱します。エネルギー保存の法則によれば、塵はすぐに吸収された光を再放射し始め、恒星のように明るく輝きます。

オルバースのパラドックスに対する最善の解決策

「暗い空のパラドックス」を説明できる主な要因は2つあります。両方のせいで、夜空の恒星の間に空きスペースが見えます。

  • 1. 宇宙は無限に古いわけではありません。

宇宙は約138億年前のものです。光は移動するのに時間がかかるので、138億光年離れた場所にある物体しか観測できません。宇宙は無限の大きさであるため、多くの恒星や銀河は、それらの光がまだ人間に届いていないという理由だけで私たちには見えません。

  • 2. 宇宙は膨張しています。

宇宙の膨張は1929年にエドウィン・ハッブルによって発見されました。ハッブルさんは、遠くの恒星や銀河が地球から急速に遠ざかっていくにつれて、それらからの光が「伸びる」のを見ました。この現象は「赤方偏移」として知られています。これは、光の波長が長くなり、電磁スペクトルの赤方偏移に向かってシフトするときに発生します。非常に離れた物体からの光波は、非常に引き伸ばされて赤外線になります。人間の目は赤外線を見ることができないので、非常に遠い星や銀河は人々には見えなくなります。

結論:空を見るとどこにでも星や銀河があります。それらの光がまだ人間に届いていないか、赤外線スペクトルにシフトしているため、それらの多くを見ることができません。そのため、夜空は人間の目には暗く見えます。

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画像クレジット:Vito Technology, Inc.
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