從古至今,我們都會思考夜空為何是黑色的?

每一天,當太陽從西邊落下時,天空就會裹上藍色的絲綢。隨著太陽裹挾著藍色絲綢向西落下,來自太空的黑暗從東方開始漸漸籠罩天空。太空可能是黑暗的,但它不是空的。夜空中點綴著數不清的星星,也許比我們的太陽還要閃耀,在我們尚未涉足的世界環繞著。

從古至今,我們都會思考夜空為何是黑色的?

僅我們的星系就擁有大約2000億顆恆星,在可觀測的宇宙中至少有1000億個星系!如果每天晚上都有無數的星星像太陽一樣閃耀著,為什麼夜空會是黑暗的呢?

探索

這個自古以來困擾著而我們的問題,終於在不到一個世紀的時間前才找到了答案。

史蒂芬·霍金在《時間簡史》中寫下過這樣一句話;“人類求知的最深切的意願足以為我們所從事的不斷探索提供正當的理由。而我們的目標恰恰正是對於我們生存其中的宇宙作完整的描述。”

從古至今,我們都會思考夜空為何是黑色的?

圖解:在內華達州不受光汙染的黑巖沙漠看見的在人馬座方向上的銀河(包括銀河中心)。在右下方是天蠍座,位於心宿二上方的亮星是木星。

我們的“探索”始於亞里士多德,他認為所有的星星,包括太陽、月球和我們太陽系的所有行星,都以同心圓圍繞地球旋轉。然而,希臘人觀察到許多星星的位置似乎是固定的; 不管從哪個方向看,它們似乎都沒有移動。托勒密用一個模型總結了這一觀點,在這個模型中,除了鑲在外殼上的恆星外,所有的天體都繞著地球轉。

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圖解:託密勒宇宙模型-至於最外層恆星之外是什麼呢?是一直都不清楚的。這種擦邊球的說法是為了給天堂和地獄留下空間。

然而,託密勒的宇宙模型看起來不錯,實際上預測的行星軌道與世紀觀測並不相符。預測與觀測相一致的是哥白尼模型。他只是認為是地球和其他行星繞著太陽轉,而不是太陽繞著地球轉。哥白尼,身為一個牧師,為了避免被誣衊為異教徒,他只好將他的模型匿名的流傳。

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圖解:地心說(上圖)與日心說(下圖)二者模型之比較

當伽利略觀察到一群衛星圍繞木星旋轉時,哥白尼的模型得到了證實。然而,令開普勒失望的是(強迫症警告),行星並不是圍繞太陽做完美的圓周運動,而是呈略微拉長的圓圈或橢圓形。但是當託密勒發現束縛太陽和恆星運動的力無法和他的磁力模型相兼容時,他更自閉了。

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圖解:伽利略的地理軍事兩用圓規,於設備製造商馬克·安東尼奧·馬哲勒尼於1604製造

現在我們都這道,這個力其實是引力,而不是別的力。萬有引力理論最早是由牛頓在他的《數學原理》中提出的,這可能是物理科學史上最偉大的智力成就。最後,雖然哥白尼的模型完全取代了托勒密的模型,但牛頓仍然為託密勒模型的“固定恆星”所困擾。如果萬有引力迫使物體之間相互吸引,它們為什麼不互相移動呢? 事實上,如果星星的數量是有限的,它們不應該在某個時刻墜落到一起嗎?

你會舉起重物來對抗地心引力嗎

牛頓認為,如果真的有無數均勻分佈在無限空間中的恆星,那麼這種情況就不會發生。現在,因為每顆恆星都被無限的恆星包圍著,沒有中心點可以落進去。

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圖解:被稱為牛頓蘋果樹後代的一顆蘋果樹,發現於劍橋大學的植物種植園。

然而,德國哲學家海因裡希·奧勃斯(Heinrich Olbers)反對說,如果宇宙確實是由無限多顆恆星組成的,那麼地球表面的每道視線都應該在一顆恆星的表面上結束。這樣的話將使整個天空,無論白天還是黑夜,都像太陽一樣明亮。奧博斯推測,我們和恆星之間的物質會吸收它們的光,阻止它們到達我們身邊。然而,如此多的熱和光會加熱中間物質本身,這就如同白熾燈一樣。亮度也是相當於被加強。那麼,實際上為什麼不是這樣呢?

你和奧爾伯問題的答案就像哥白尼模型的問題一樣顯而易見。

不斷膨脹的宇宙

奇怪的是,生活在20世紀之前的每一位天文學家都建立了一個新的理論模型或修改了舊的模型,這些模型基本上都是基於一個微妙而又極其重要的假設——宇宙是靜止的。牛頓本人相信宇宙永遠處於一種一成不變的狀態; 他相信一個靜態的宇宙,它的居民從一開始就在那裡。

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圖解:奧伯斯使用的望遠鏡,現存於不萊梅福克博物館。

關於黑夜還有一種說法是,假定恆星並不是永遠那麼亮,而是在有限遠的過去才開始發光。這種情況下,吸光物質還沒有加熱,或者遠處的恆星的光線尚未到達我們這裡。

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圖解:獵戶座星雲,離我們最近的恆星託兒所之一(圖片來源:peresanz / Fotolia)

然而這迫使我們去問下一個問題,是什麼事件導致了這種情況,導致恆星首次發光的事件又是什麼?我們可以把是“什麼導致了”這個問題回溯到宇宙開端的原因。事實上,宇宙開端是有原因的。它被稱為宇宙大爆炸,發生在約137億年前。更令人驚訝的是,自誕生以來,宇宙並沒有停止膨脹。

埃德溫·哈勃是歷史上最著名的天文學家之一,他在1929年發現了宇宙膨脹的證據,當時他觀察到,無論你往哪裡看,遙遠的星系都在以驚人的速度遠離我們。哈勃作出了一個具有里程碑意義的觀察:宇宙在膨脹! 隨後,我們通過回溯膨脹到一個點的時間來計算宇宙的年齡,這個點的密度是無限的奇點,它突然出現爆炸並擴展成我們今天所觀察到的浩瀚宇宙。斯蒂芬·霍金認為這“可能是現代宇宙學最引人注目的發現”。

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圖解:宇宙大爆炸模型。圖片來源(維基百科)

隨著宇宙不斷膨脹,遙遠的恆星和星系離我們越來越遠。光是宇宙中速度最快的東西,但它的速度仍然是有限的。從100萬光年外的恆星發出的光需要100萬年才能到達我們這裡。因此,我們所觀察到的並不是恆星現在的樣子,而是它在一百萬年前的樣子。或許它已經死了,但我們只有在一百萬年後才會知道。

此外,隨著恆星遠離我們運動,光的能量就會減少,就像離我們而去的火車發出的轟鳴聲一樣。大爆炸中爆炸的光的波長逐漸從伽馬射線被拉長到微波。這一發現使物理學家們產生了一種預感,我們的探索可能會慘淡的結束。我們所觀察到的恆星是可見的,因為它們既沒有後退到足夠遠的距離以至於發出超出可見光範圍的波長的光,也沒有發出比可見範圍更短的的波長的光。

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圖解:梵高星空(圖片來源:Van Gogh / Wikimedia Commons)

然而,隨著宇宙的不斷膨脹,這一代人所研究的恆星將會遠離到非常遠的距離,以至於未來幾代人天文學家的天文學工具將會像盲人的眼鏡一樣。它們將永遠存在於邊緣。目前,我們生活在天文學的黃金時代,如果我們想知道我們為什麼在這裡,我們從哪裡來,我們又將去往何方,現在似乎是探索的最佳時間。

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Akash Peshin- sciabc-青幫大佬

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