Почему небо темное ночью?

Прочитано: 176 раз(а)


Почему небо темное ночью? 200-летняя история вопроса, изменившего наше понимание Вселенной.

Когда 7 мая 1823 года над немецким городом Бременом взошла заря, Генрих Ольберс завершил статью, которая оставила его имя в истории. После смерти жены и дочери доктор Ольберс недавно оставил работу офтальмолога, чтобы посвятить себя своим ночным страстям: звездам, луне, метеоритам и кометам.

Как и многие его сверстники, Ольберс занимался астрономией. Он приобрел прочную репутацию в академическом мире и проводил долгие ночи, наблюдая за небом из обсерватории на втором этаже своего дома.

В то утро Ольберс пришел к странному выводу: исходя из всего, что было известно о Вселенной в то время, ночное небо не должно было быть темным. На самом деле, все небо должно было сиять так же ярко, как солнце.

Ольберс был не первым , кто заметил этот парадокс. Но его имя мы прикрепляем к нему сегодня. Загадка темноты ночного неба эхом отзывалась на протяжении веков от Ольберса и поэта Эдгара Аллана По до современных астрономов 20-го века и космических зондов.

Конечный свет в бесконечной вселенной

Как и многие его современники, Ольберс следовал Исааку Ньютону и Рене Декарту , считая, что Вселенная бесконечна.

Если бы Вселенная была конечной и статической, сила гравитации должна была бы притянуть все звезды вместе в центральной точке. Но если бы Вселенная простиралась вечно, гравитационные силы в среднем уравновешивались бы во всех направлениях.

Но Ольберс понял, что эта модель космоса несовместима с наблюдениями. В безграничной вселенной, наполненной бесконечным числом звезд, куда бы мы ни посмотрели ночью, наш взгляд должен останавливаться на поверхности звезды, почти так же, как любой луч зрения в лесу заканчивается деревом.

Эту проблему Ольберс поднял в своей статье от 7 мая 1823 года: космологическая модель того времени предполагала, что каждая точка на небе должна быть такой же яркой, как поверхность солнца. Не должно быть ночи.

Ольберс предложил решение: свет от более далеких звезд поглощался пылью или другим веществом, плавающим в космосе. Английский астроном Джон Гершель позже указал, что это не может быть правдой, потому что все, что поглощает столько света, в конечном итоге нагревается настолько, чтобы светиться.

Когда Ольберс умер 2 марта 1840 года в возрасте 81 года, загадка, которую мы сегодня знаем как парадокс Ольбера, так и не была решена.

Интуиция поэта

Восемь лет спустя, по ту сторону Атлантического океана, поэт и писатель Эдгар Аллан По думал, что нашел ответ . 3 февраля 1848 года он прочитал публичную лекцию о своих идеях перед 60 людьми в библиотеке Нью-Йоркского общества.

Балансируя между метафизикой и наукой, По утверждал, что космос возник из единого состояния материи («Единства»), которое раздробилось и рассеялось под действием отталкивающей силы.

Это означало, что Вселенная была конечной сферой материи. Если конечная Вселенная населена достаточно небольшим количеством звезд, то мы не увидим ни одной звезды в каждом направлении, куда бы мы ни посмотрели. Ночь может снова стать темной.

Даже если мы предположим, что Вселенная бесконечна, если она началась в какой-то момент в прошлом, то время, необходимое свету, чтобы достичь нас , ограничило бы размер Вселенной, которую мы можем видеть. Это время в пути создало бы горизонт, за которым далекие звезды оставались бы недоступными.

Аудитория По в библиотеке Нью-Йоркского общества не оказала ему того восторженного приема, на который он надеялся. Позже в том же году он опубликовал свои теории в поэме в прозе «Эврика» , которая была мало распространена.

В следующем году, 7 октября 1849 года, По умер в возрасте 40 лет. Прошло более века, прежде чем ученые подтвердили его догадки о загадке темного ночного неба.

Два с половиной факта

В первой половине 20-го века было разработано много новых теорий космоса, вдохновленных общей теорией относительности Эйнштейна, которая по-новому объясняла гравитацию, пространство и время. Во второй половине века эти космологические теории начали проверяться наблюдениями.

В 1963 году британский астроном Питер Шойер утверждал, что космология основана только на «двух с половиной фактах»:

  • факт 1: ночное небо темное, что было известно давно
  • факт 2: галактики удаляются друг от друга , как показали наблюдения Хаббла, опубликованные в 1929 году
  • факт 2.5: содержимое вселенной, вероятно, эволюционирует по мере того, как разворачивается космическое время.

Сильные споры по поводу интерпретации фактов 2 и 2.5 волновали научное сообщество в 1950-х и 1960-х годах. Была ли Вселенная по существу стационарной или она началась в результате огромного взрыва — Большого взрыва? Сторонники обеих сторон уступали, однако им нужно было объяснить темноту ночного неба.

Время жизни звезд

Британский космолог Эдвард Харрисон разрешил конфликт в 1964 году. Он показал, что главным фактором, определяющим яркость ночного неба, на самом деле является конечный возраст звезд.

Число звезд в наблюдаемой Вселенной чрезвычайно велико , но оно конечно. Это ограниченное количество, каждое из которых горит в течение ограниченного времени, распределенное по гигантскому объему, позволяет тьме проявляться между звездами.

Позже Харрисон понял, что это решение уже было предложено не только Эдгаром Алланом По, но и британским физиком лордом Кельвином в 1901 году.

Наблюдения 1980-х годов подтвердили резолюцию, предложенную По, Кельвином и Харрисоном. Парадокс Ольбера наконец разрешился .

Ископаемый свет

Или, возможно, не совсем. Если посмотреть под другим углом, у парадокса есть еще одно решение: ночное небо на самом деле не такое темное.

После открытия расширения Вселенной в конце 1920-х годов ученые поняли, что Вселенная могла изначально быть чрезвычайно компактной, плотной и горячей. Это модель «горячего Большого Взрыва», которая у нас есть сегодня.

Одним из основных предсказаний этой модели является существование «ископаемого света», испускаемого на космическом рассвете. Этот ископаемый свет можно было бы наблюдать сегодня, но не невооруженным глазом, поскольку расширяющаяся Вселенная сместила бы его в сторону более длинных волн.

Это излучение — космический микроволновый фон — было обнаружено в 1964 году . В настоящее время измеренное с исключительной точностью космическое фоновое излучение является наиболее распространенным светом во Вселенной.

Теперь мы знаем, что космос также освещается вторым, гораздо более слабым фоновым светом , создаваемым галактиками по мере их формирования и эволюции. Этот свет называют космическим ультрафиолетовым, оптическим и инфракрасным фоном.

Таким образом, мы также можем ответить на парадокс Ольбера, сказав, что небо не темное, а слабо мерцает тусклым реликтовым излучением всего, что было за конечное время существования Вселенной.

Новые ответы, новые вопросы

В 2023 году парадокс Ольбера превратился в богатую область исследований. В нашей собственной работе мы проводим все более точные измерения яркости ночного неба и моделируем звезды космоса с помощью суперкомпьютеров. Теперь мы можем определить количество звезд на небе с большой точностью.

Тем не менее загадки остаются. В прошлом году космический зонд New Horizons, находящийся за пределами орбиты Плутона и вдали от пыли внутренней части Солнечной системы, обнаружил, что небо в два раза ярче , чем мы ожидали.

Так что вопрос темноты неба живет, пересекая века и культуры.

Почему небо темное ночью?



Новости партнеров