夜空为什么是黑色的?

2022年08月04日
当太阳缓缓落山,天空暗了下来,天空就变成了黑色的,你有没有思考过这是为什么呢?
你可能会说是因为地球自转,背向太阳的一面没有太阳照耀就是黑夜。但在宇宙中太阳并不是唯一的发光体,宇宙中充满了无数个恒星构成的星系,我们看到的满天繁星,都是会发光发热的“太阳”。
在浩瀚的宇宙中,一颗恒星的光芒很微弱,但是无数颗恒星的光芒合起来是非常明亮的,可为什么夜空还是黑的呢?
1826年,奥伯斯提出夜空为什么是黑的这个问题。如果宇宙是无限的,那么天空将均匀地布满恒星,整个天空将显得很明亮。实际情况则是,空间并非透明,从遥远空间射来的星光被星际物质吸收了。这种理论和观测之间的矛盾,就是著名的奥伯斯悖论。
还有人用大爆炸理论解释这一现象。宇宙大爆炸理论认为,我们的宇宙最开始是一个温度极高、体积极小的火球。在距今大约200亿年前,这个火球发生了大爆炸,在大爆炸中诞生了我们的宇宙。
在空间膨胀,温度降低,物质的密度减小的过程中,原先的质子、中子等等结合成氘、氦、锂等元素。后来又逐渐形成星系、星系团等天体。
在宇宙形成的早期,宇宙刚刚开始膨胀,还比较小、比较拥挤,星系碰撞、合并是很普遍的现象。当时大量小星系落到其他星系中,渐渐形成像银河系这样较大的星系。
宇宙的状态是逐渐膨胀,就像一个在不断充气的气球。在膨胀的同时,大量恒星逐渐远离地球,这些恒星的光也不能到达地球。所以,在地球上看到的星空是黑色的。
但这些理论看似有道理,但又不能很好地解释奥伯斯悖论。
而第一个对奥伯斯悖论做出合理解释的是美国诗人爱伦·坡。他认为,遥远恒星的光没有照亮星空的原因是它们还没有到达地球,而我们无法看到比宇宙更远的地方。
宇宙的历史有150亿年,强大的天文望远镜能帮助我们看到某颗在100亿年前发出的光的恒星,但是这还不够。
物理学家开尔文对爱伦·坡的解释进行了量化。开尔文的计算表明,我们至少要能看到数百万亿光年远的范围,才能使得夜空变得明亮。由于宇宙的年龄现在远小于1万亿年,所以夜空是黑的。
本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关
来源:新华网科普公众号