夜空為什麼是黑的?它真的是黑的嗎?三分鐘小課堂告訴你

​每當夜晚來臨我們抬起頭凝視這璀璨的夜空時,你有沒有想過夜空為什麼是黑的?你也許會覺得答案很簡單嘛,因為沒有太陽啊。可是你知道嗎?白天的天空之所以是藍色的,完全是因為我們的大氣層把陽光給散射了。而如果沒有了大氣層,就比如月球,即便有太陽的照射,天空也一直都會是黑的。

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那就讓我們換一種問法,為什麼太空是黑色的?太空裡充滿了各種各樣的恆星,每一顆的亮度都堪比太陽,甚至更亮。而在無窮無盡的宇宙中,不論你選擇任何一個方向,只要你走的足夠遠,你都能遇到至少一顆恆星或者星系,這麼多的恆星,星系。那麼按照這種邏輯來看的話不管白天還是黑夜天空都應該亮如白晝才對啊。

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那麼,黑色的夜空是否告訴了我們在一定的距離之外,就沒有恆星或者星系了呢?是否存在一個有星星和沒有星星的邊界呢?難道宇宙真的有邊際的?答案並非如此,幾乎所有的現有證據都表明,宇宙空間是沒有邊界的。但是宇宙本身也確實有邊界,並非是空間上的邊界,而是時間上的。

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宇宙是有一個起源的,至少138億年前的宇宙是很小且高度壓縮的,那時候的宇宙對於我們現在的時間和空間概念是不適用的。而從這個所謂的起源開始,對於整個僅僅過了很短的時間,因此要造就一個明亮的夜空所需要的恆星大部分都距離我們太遙遠。它們所發出的亮光都還沒達到地球呢(可參考我先前發的《宇宙,它有多大?它有中心嗎?它有邊界嗎?它正在變大嗎?》圖文)。如果把宇宙比作一個巨大的雷雨雲,那麼我們還在等待著那些遙遠恆星的雷聲,它們還沒到達地球呢。

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等等,似乎還有更好的解釋呢,既然光穿越宇宙需要時間,那當我們把望遠鏡對著一些很遙遠的星星時,我們看到的宇宙其實還是在光發出時候的樣子,並不是因為恆星本身不存在,而只是它發出的光還沒有到達地球而已。我們之所以看不到任何星星,是因為我們窺探的宇宙哪些星星都還沒形成嗎?一個沒有星星的宇宙!這看似是個很好的解釋。因為這解釋了為什麼夜空是黑色的。

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事實卻並非如此!我們的確可以找到夜空裡的一些真空點,那是因為在那個方向上最古老星星的光都還沒來得及到達地球。可是當我們把望遠鏡對著哪些真空點時,我們卻又能看到光,不是星光,而是大爆炸時留下的光,並且我們可以觀察到宇宙的背景輻射,從各個方向幾乎完全均勻地散射,形成了所有星星的背景。說道這裡我認為夜空從一開始就不是黑的,既然望遠鏡告訴我們,夜空不是黑的,可是它為什麼看上去卻是黑的呢?

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這裡有個小提示:比如當哈勃望遠鏡拍下哪些古老的恆星,就是拍下那些極其壯美的星空圖片時,它使用的是紅外線照相機,為什麼呢?我們知道,星星都在向遠離我們的方向移動著,因為宇宙是在膨脹的。就如同音樂慢放,聲音就會變得低沉。多普勒效應使得那些遠離我們的恆星變得更紅(紅移)。離我們越是遠的恆星,移動的越快,因此也就越紅。直到它們發出的光都變成了紅外線,所以我們看不見它們,至少用我們的肉眼是看不到的,因此我們就覺得夜空是黑的。

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總結一下,如果我們生活在一個無限的,不變的宇宙裡,那麼夜空就一定是完全明亮的。現實是我們看到的夜空是黑色的,因此我們可以推斷出,宇宙有一個起源,而且並不是所有方向上都有星光。但更重要的是,那些來自遙遠恆星甚至更遙遠的宇宙背景輻射,由於宇宙的膨脹,都在可見光譜上發生了紅移,因此我們看不見這些光。至此,我們簡單的解釋了為何夜空看上去是黑的,但它其實卻並不是黑的,是不是覺得宇宙真的很有趣呢?

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