Waarom is de hemel 's nachts donker?
Vandaag gaan we proberen antwoord te geven op de bedrieglijk simpele vraag die we in de titel van dit artikel gesteld hebben. Laten we het uitgebreid gaan hebben over de 'paradox van de donkere hemel'!
Inhoud
- Waarom wordt de donkere hemel een paradox genoemd?
- Wat is de paradox van Olbers, simpel uitgelegd?
- Mogelijke (maar onjuiste) oplossingen voor de paradox van Olbers
- Wat is de beste oplossing voor de paradox van Olbers?
Waarom wordt de donkere hemel een paradox genoemd?
Misschien denk je: "Waar hebben we het over? De hemel is 's nachts donker omdat de zon niet schijnt!" Maar denk eens aan de sterren.
Ons melkwegstelsel alleen al bevat 100 tot 400 miljard sterren en het waarneembare heelal bevat 100 tot 200 miljard sterrenstelsels. Dat zijn wel heel veel sterren en dat is nog zwak uitgedrukt! Voeg aan deze informatie dan de veronderstelling toe dat ons universum wel eens oneindig zou kunnen zijn. Elk klein stukje je hemel dat je bekijkt, zou ontelbaar veel sterren moeten bevatten en de nachthemel zou dus oogverblindend helder moeten zijn.
In werkelijkheid is dit echter niet zo. Deze tegenstrijdigheid wordt de paradox van Olbers genoemd en die gaan wij in een paar minuten proberen op te helderen.
Wat is de paradox van Olbers, simpel uitgelegd?
Het formuleren van de 'paradox van de donkere hemel' wordt meestal toegeschreven aan de Duitse astronoom Heinrich Wilhelm Olbers, maar er zijn nog veel meer beroemde mensen geweest (waaronder Johannes Kepler en Edgar Allan Poe) die een bijdrage hebben geleverd aan een oplossing voor dit vraagstuk. Simpel gezegd luidt de paradox als volgt:
Als het heelal oneindig is en het heelal een oneindig aantal sterren heeft, dan zou de hele hemel bedekt moeten zijn met sterren. We zouden een ster moeten kunnen zien in elke richting die we uitkijken en daarom zou de nachthemel fel verlicht moeten zijn. Waarom is de hemel dan donker?
Om de paradox van Olbers beter te begrijpen, moet je jezelf eens voorstellen dat je midden in een dicht bos staat. Overal waar je kijkt, zou je een muur van bomen zien, zonder ruimte ertussen. En het is maar een bos, dat zeker groot kan zijn maar absoluut niet oneindig is. Probeer deze vergelijking nu eens toe te passen op een oneindig heelal vol met sterren.
Mogelijke (maar onjuiste) oplossingen voor de paradox van Olbers
In de loop der eeuwen zijn er meerdere pogingen geweest om het raadselachtige fenomeen van de donkere nachthemel te verklaren. Laten we een paar van deze verklaringen eens onder de loep nemen, zodat we ze kunnen uitsluiten.
De sterren in het heelal zijn niet gelijkmatig maar grillig verdeeld
Waarom dit niet klopt: deze hypothese had de paradox kunnen verklaren, maar moderne astronomische gegevens wijzen anders uit. Het heelal lijkt bijna perfect isotroop (oftewel hetzelfde in elke richting).
Het heelal heeft een eindig aantal sterren
Waarom dit niet klopt: zelfs als het heelal eindig zou zijn, is het aantal sterren in het heelal nog steeds dermate gigantisch dat ze de hele nachthemel zouden moeten verlichten.
Sommige sterren zien we niet omdat ze te ver weg staan en daardoor te zwak schijnen
Waarom dit niet klopt: laten we het oneindige heelal opdelen in bolvormige lagen, met de aarde in het midden. Als één laag een bepaalde hoeveelheid sterren bevat, dan zou de laag die twee keer verder van de aarde af staat vier keer meer sterren moeten bevatten wegens de homogeniteit van het heelal. Maar volgens de omgekeerde kwadratenwet zouden de sterren in de laag die verder weg is, ook vier keer zwakker moeten schijnen bij waarneming vanaf de aarde. Dat betekent dat de totale helderheid van elk van deze lagen hetzelfde zou zijn. Elke laag sterren zou dus voor evenveel licht moeten zorgen, ongeacht hoe ver weg die laag is. Daaruit volgt dat de hemel gelijkmatig verlicht zou moeten zijn.
De ruimte zit vol met interstellair stof dat het licht van veraf gelegen sterren blokkeert
Waarom dit niet klopt: het is onvermijdelijk dat het sterrenlicht het stof zou opwarmen. Volgens de wet van behoud van energie zou het stof dan al gauw het geabsorbeerde licht moeten beginnen uit te stralen en even fel moeten gaan schijnen als de sterren.
Wat is de beste oplossing voor de paradox van Olbers?
Er zijn twee factoren die de 'paradox van de donkere hemel' kunnen uitleggen. Deze twee factoren zorgen er allebei voor dat we lege ruimte zien tussen de sterren aan de nachthemel.
- 1. Het heelal is niet oneindig oud.
Ons heelal is ongeveer 13,8 miljard oud. Licht heeft tijd nodig om zich te verplaatsen. Daardoor kunnen we alleen objecten waarnemen die maximaal 13,8 miljard lichtjaar van ons af staan en niet meer dan dat. Doordat het heelal oneindig is, zijn er veel sterren en sterrenstelsels die voor ons onzichtbaar zijn, omdat het licht ervan ons nog niet bereikt heeft.
- 2. Het heelal breidt zich uit.
De uitdijing van het heelal werd ontdekt door Edwin Hubble in 1929. Hij zag dat het licht van verafgelegen sterren en sterrenstelsels zich 'uitrekte' doordat ze snel van ons af bewegen. Dit fenomeen wordt 'roodverschuiving' genoemd en doet zich voor wanneer licht een langere golflengte krijgt en verschuift naar de rode kant van het elektromagnetische spectrum. De lichtgolven van objecten op grote afstand worden zo ver uitgerekt, dat ze infrarood worden. Menselijke ogen kunnen geen infraroodlicht zien en daardoor worden sterren en sterrenstelsels die heel ver van ons af staan, onzichtbaar voor ons.
Conclusie: overal waar je aan de hemel kijkt, is een ster of een sterrenstelsel. Veel daarvan kun je gewoon niet zien omdat hun licht ons nog niet bereikt heeft of verschoven is naar het infrarode spectrum. Daardoor lijkt de nachthemel voor het menselijk oog donker.
