Почему ночное небо темное?
Сегодня мы попробуем ответить на обманчиво простой вопрос, вынесенный в заголовок этой статьи. Давайте подробно разберем “парадокс темного неба”.
Содержание
- Почему темное небо — это парадокс?
- Что такое парадокс Ольберса?
- Возможные (но неправильные) решения парадокса Ольберса
- Как решается парадокс Ольберса?
Почему темное небо — это парадокс?
Возможно, вы думаете: “А что тут обсуждать? Ночью небо становится темным, потому что Солнце садится!”. Но подумайте о звездах.
Наша галактика, Млечный Путь, содержит от 100 до 400 миллиардов звезд. А галактик в наблюдаемой Вселенной — от 100 до 200 миллиардов. То есть число звезд в космическом пространстве, мягко говоря, огромно! Прибавьте к этому гипотезу о том, что наша Вселенная бесконечна. При таких условиях любой крохотный участок неба должен быть заполнен мириадами звезд, и небо должно быть ослепительно ярким.
Однако в реальности мы ничего подобного не наблюдаем. Это противоречие называется парадоксом Ольберса, и мы разрешим его в течение пары минут.
Что такое парадокс Ольберса?
Формулирование “парадокса темного неба” традиционно приписывается немецкому астроному Генриху Вильгельму Ольберсу, хотя многие другие известные люди (включая Иоганна Кеплера и Эдгара По) внесли вклад в решение этой проблемы. Вот как звучит этот парадокс:
Если Вселенная бесконечна и в ней содержится бесконечное количество звезд, значит все небо должно быть заполнено звездами. В любой точке ночного неба мы должны видеть звезду, а значит небо должно ярко светиться. Почему же оно темное?
Чтобы лучше понять парадокс Ольберса, представьте, что вы находитесь посреди густого леса. Куда бы вы ни посмотрели, вы увидите “стену” из деревьев без каких-либо промежутков между отдельными стволами. И это всего лишь лес — он может быть большим, но уж никак не бесконечным. А теперь попробуйте применить эту аналогию к бесконечной Вселенной, заполненной звездами!
Возможные (но неправильные) решения парадокса Ольберса
В течение нескольких последних веков ученые предпринимали множество попыток объяснить парадокс Ольберса. Давайте разберем некоторые из этих объяснений (и опровергнем их).
Звезды во Вселенной распределены фрактально, а не равномерно
Почему это неверно: Эта гипотеза могла бы разрешить парадокс, однако современные астрономические данные не подтверждают ее. Судя по всему, Вселенная почти идеально изотропна (то есть одинакова во всех направлениях).
Число звезд во Вселенной конечно
Почему это неверно: Даже если число звезд конечно, оно все равно достаточно большое для того, чтобы звезды заполнили все небо.
Мы не видим некоторые звезды, потому что они слишком далеко и поэтому слишком тусклые
Почему это неверно: Давайте поделим бесконечную Вселенную на сферические слои с Землей в центре. Если в одном таком слое содержится определенное число звезд, то слой, находящийся в два раза дальше от Земли будет содержать в четыре раза больше звезд по причине однородности Вселенной. Однако согласно закону обратных квадратов, свет от звезд в более далеком слое будет в четыре раза тусклее при наблюдении с Земли. Это значит, что светимость каждого из этих двух слоев будет одинаковой. Таким образом, каждый слой звезд будет излучать одинаковое количество света, вне зависимости от расстояния до Земли. В результате все небо будет равномерно освещено.
Космос заполнен межзвездной пылью, которая блокирует свет от далеких звезд
Почему это неверно: Свет, излучаемый звездами, неизбежно нагрел бы космическую пыль. Согласно закону сохранения энергии, пыль вскоре стала бы излучать поглощенный свет и сиять так же ярко, как звезды.
Как решается парадокс Ольберса?
Существует два главных фактора, которые могут объяснить “парадокс темного неба”. Именно из-за них мы видим пустое пространство между звездами на ночном небе.
- 1. У Вселенной есть возраст
Возраст нашей Вселенной — около 13,8 миллиардов лет. Для преодоления расстояний свету требуется определенное время, поэтому мы можем наблюдать объекты, находящиеся не дальше 13,8 световых лет от Земли. Так как размер Вселенной бесконечен, многие звезды и галактики остаются невидимыми для нас просто потому, что свет от них еще не достиг Земли.
- 2. Вселенная расширяется
Расширение Вселенной было открыто Эдвином Хабблом в 1929 году. Он обнаружил, что волны света от далеких звезд и галактик “растягиваются” из-за того, что эти объекты быстро удаляются от нас. Этот феномен называется красным смещением: он возникает, когда длина световой волны увеличивается и смещается в сторону красной части электромагнитного спектра. Излучение от очень далеких объектов “растягивается” так сильно, что становится инфракрасным. Наши глаза не приспособлены к инфракрасному свету, поэтому мы не можем видеть далекие звезды и галактики.
Подводим итог: Звезды и галактики на небе есть повсюду, куда бы вы ни посмотрели. Однако вы не можете увидеть многие из них, так как либо их свет еще не достиг нас, либо он сместился в инфракрасную область спектра. Поэтому для человеческого глаза небо кажется темным.
