Dlaczego przestrzeń jest tak ciemna pomimo wszystkich gwiazd we wszechświecie?
Pytanie, dlaczego przestrzeń jest ciemna, mimo że jest wypełniona gwiazdami, od wieków intryguje ludzi. W rzeczywistości to pytanie ma specjalną nazwę w astronomii: Paradoks Olbersa.
Astronomowie szacują, że w obserwowalnym wszechświecie znajduje się około 200 miliardów bilionów gwiazd. Wiele z tych gwiazd świeci równie jasno – lub nawet jaśniej – niż nasze własne Słońce. Dlaczego więc nocne niebo nie płonie światłem?
Jak astronom który bada gwiazdy i planety, w tym te spoza Układu Słonecznego, zadaję sobie tego typu pytania, aby zrozumieć kosmos. Odpowiedź na pytanie, dlaczego przestrzeń jest tak ciemna, kryje się nie tylko w ogromnych odległościach między gwiazdami a Ziemią.
Na pierwszy rzut oka możesz pomyśleć, że ciemność wynika z tego, że gwiazdy są niesamowicie daleko. Chociaż prawdą jest, że odległość sprawia, że gwiazdy wydają się ciemniejsze — gwiazda znajdująca się 10 razy dalej wydaje się 100 razy ciemniejsza — to wyjaśnienie nie rozwiązuje do końca zagadki. Jest jeszcze więcej do odkrycia.
Wyobraź sobie bańkę
Załóżmy przez chwilę, że wszechświat jest tak stary, że światło nawet najodleglejszych gwiazd zdążyło dotrzeć do Ziemi. W tym wyimaginowanym scenariuszu wszystkie gwiazdy we wszechświecie w ogóle się nie poruszają.
Wyobraź sobie dużą bańkę z Ziemią w środku. Gdyby bąbel miał średnicę około 10 lat świetlnych, zawierałby około tuzina gwiazd. Oczywiście w odległości kilku lat świetlnych wiele z tych gwiazd wyglądałoby z Ziemi na dość słabo.
Jeśli będziesz stale powiększać bąbel do średnicy 1000 lat świetlnych, następnie do 1 miliona lat świetlnych, a następnie do 1 miliarda lat świetlnych, najdalsze gwiazdy w bąblu będą wyglądać jeszcze słabiej. Ale w coraz większej bańce będzie coraz więcej gwiazd, a wszystkie one dostarczają światła. Chociaż najdalsze gwiazdy wydają się coraz ciemniejsze, byłoby ich znacznie więcej, a całe nocne niebo powinno wyglądać bardzo jasno.
Wygląda na to, że wróciłem do punktu wyjścia, ale tak naprawdę jestem trochę bliżej odpowiedzi.
Wiek ma znaczenie
Na ilustracji z wyimaginowaną bańką poprosiłem cię, abyś wyobraził sobie, że gwiazdy się nie poruszają i że wszechświat jest bardzo stary. Ale wszechświat istnieje tylko około 13 miliardów lat.
Chociaż w ujęciu ludzkim jest to zadziwiająco długi okres, w ujęciu astronomicznym jest krótki. Jest na tyle krótki, że światło gwiazd odległych o ponad 13 miliardów lat świetlnych tak naprawdę nie dotarło jeszcze do Ziemi. Zatem faktyczny bąbel wokół Ziemi, zawierający wszystkie gwiazdy, które widzimy, rozciąga się jedynie na ok 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi.
W bańce po prostu nie ma wystarczającej liczby gwiazd, aby wypełnić każde pole widzenia. Oczywiście, jeśli spojrzysz na niebie w niektórych kierunkach, zobaczysz gwiazdy. Jeśli spojrzysz na inne fragmenty nieba, nie zobaczysz żadnych gwiazd. A to dlatego, że w tych ciemnych plamach gwiazdy, które mogłyby blokować pole widzenia, są tak daleko, że ich światło nie dotarło jeszcze do Ziemi. W miarę upływu czasu światło tych coraz bardziej odległych gwiazd będzie miało czas, aby do nas dotrzeć.
Przesunięcie Dopplera
Możesz zapytać, czy nocne niebo w końcu całkowicie się rozjaśni. Ale to prowadzi mnie z powrotem do innej rzeczy, którą kazałem ci sobie wyobrazić: że wszystkie gwiazdy się nie poruszają. Wszechświat faktycznie się rozszerza, a najbardziej odległe galaktyki oddalają się od Ziemi z prędkością bliską prędkości światła.
Ponieważ galaktyki oddalają się tak szybko, światło ich gwiazd zmienia się w kolory, których ludzkie oko nie widzi. Efekt ten nazywany jest przesunięciem Dopplera. Zatem nawet gdyby miał wystarczająco dużo czasu, aby do ciebie dotrzeć, nadal nie mógłbyś zobaczyć na własne oczy światła najodleglejszych gwiazd. A nocne niebo nie byłoby całkowicie oświetlone.
Napisane przez Briana Jacksona, profesora astronomii na Uniwersytecie Stanowym Boise.
Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego w Rozmowa.
