Почему небо ночью темное кратко
Обновлено: 07.07.2024
История исследований
Предположение о бесконечно глубокой небесной сфере послужило Диггенсу аргументом в пользу того, что небесная сфера не вращается, а вращается лишь Земля. Однако, еще одно немаловажное следствие из этого предположения некое подобие фотометрического парадокса (о нем поговорим несколько позже), который по его версии состоял в том, что бесконечно удаленные звезды просто не видно, в силу своей удаленности. А если нет источника света на небе, то в этом месте мы будем видеть лишь тьму. Такое, казалось бы, простое объяснение, дало начало будущим исследователям этого вопроса.
Анимация добавления звезд на небосвод, слой за слоем
Хотя исходящий от звезды поток энергии излучения должен уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния до нее, также уменьшается и телесный угол (угловая площадь, которую занимает звезда на небе) обратно пропорционально квадрату расстояния до звезды. Как известно, поверхностная яркость звезды равняется отношению потока энергии излучения к телесному углу звезды, а значит — не зависит от расстояния. Если считать поверхностную яркость Солнца, которое является типичной звездой во Вселенной, — типичной яркостью большинства звезд, то любая точка небосвода должна светиться таким же образом, как светится и наша звезда. Очевидно, мы наблюдаем совсем иную картину.
Решение парадокса Ольберса
Графическое представление парадокса Ольберса
Данный аргумент лишает парадокс основной предпосылки, согласно которой наблюдаемые звезды находятся на сколь угодно больших расстояниях. Если за этим пределом наблюдаемой Вселенной и существуют какие-то звезды, то их излучение просто не успело бы дойти до Земли. Из этого следует, что небосвод не обязан полностью покрываться свечением далеких звезд.
Расширение Вселенной
Пример космологического красного смещения
В 1922-1924-м годах, основываясь на расчетах Альберта Эйнштейна, российский и советский физик и математик Александр Фридман, создал модель, известную как нестационарная Вселенная, согласно которой Вселенная расширяется, а значит окружающие нас объекты постоянно удаляются. Исходя из упомянутых ранее работ, из-за продолжительного удаления от Земли окружающих ее различных источников электромагнитного излучения (даже целых галактик), это излучение теряет свою интенсивность в результате эффекта Доплера. Это также дополняется влиянием гравитационного красного смещения. Стоит отметить, что красное смещение вносит небольшой вклад в потерю яркости излучения дальних объектов, и темное небо объясняется.
Схема расширения Вселенной
Открытие группы Кристофера Конселиса
Фотография газообразной Крабовидной туманности в видимом (слева) спектре, сделанная телескопом Хаббл, и инфракрасном (справа), предоставленная обсерваторией Гершель.
Таким образом, имея ввиду наличие такого огромного количества светящихся объектов во Вселенной, перед нами снова возникает все тот же вопрос о черном небе ночью. Решение этой проблемы, по словам Конселиса, кроется все в тех же потерях света, приходящего от дальних объектов. В силу своего далекого расположения, на пути излучения этих галактик возникает множество препятствий, вроде других облаков космической пыли и других объектов. Сегодня мощнейшие телескопы позволяют нам заглянуть на расстояние около 10 миллиардов световых лет, что заметно ограничивает число источников электромагнитного излучения. Также надо учитывать, что наблюдая за объектами на таком большом расстоянии — мы видим их состояние в то далекое время, когда они, быть может, только начинали образовываться.
Подведем итоги
До недавнего времени большинство учебников по астрономии не могли верно ответить на этот вопрос, хотя Эдгар По дал нам подсказку еще 140 лет назад. “Наука” публикует фрагмент книги Митио Каку “Параллельные миры" о том, почему нам кажется, что между звездами ничего нет.
Еще во времена Иоганна Кеплера астрономы знали, что если бы Вселенная была однородной и бесконечной, то, куда бы мы ни бросили взгляд, мы видели бы небо, освещенное бесконечным количеством звезд. В какую бы точку ночного неба ни был устремлен наш взгляд, он в конце концов натыкался бы на несметное количество звезд, и мы видели бы небо, залитое бесконечным количеством звездного света. Тот факт, что ночное небо — черное, а не яркое, веками считался глубоким космическим парадоксом.
Если бы непрерывность звезд была бесконечна, тогда бы заднее поле неба являло нам единообразную светящесть, подобную исходящей от Млечного Пути, ибо безусловно не было бы точки на всем этом заднем поле, где не существовало бы звезды. Единственный способ поэтому, при таком положении вещей, понять пустоты, что открывают наши телескопы в бесчисленных направлениях, — предположить, что рассеяние от незримого заднего поля так несметно, что ни один его луч доселе совершенно не мог нас достигнуть.
При внимательном рассмотрении этой замечательной фотографии становится понятно, что между галактиками — лишь тьма. Именно эта тьма является причиной того, что ночное небо — черное. Это последняя граница, за которой мы не видим света дальних звезд. Однако эта тьма 47 Парадоксальная Вселенная и сама является микроволновым реликтовым излучением. Таким образом, окончательный ответ на вопрос, почему ночное небо черное, таков: на самом деле ночное небо совсем не черное. Если бы наши глаза каким-то образом могли воспринимать микроволновое излучение, а не только видимый спектр, мы бы увидели излучение, порожденное Большим взрывом и наполняющее ночное небо. В каком-то смысле излучение Большого взрыва появляется каждую ночь. Если бы наши глаза могли улавливать микроволны, мы бы увидели, что за самой далекой звездой обретается само творение.
Разгадать загадку, которая не давала покоя более 200 лет, помогли исследования, проведенный с помощью космического телескопа Хаббл.
Немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс ( Heinrich Wilhelm Olbers) в начале 19-го века недоумевал: почему ночью небо черное? Почему его не озаряют бесчисленные звезды? В этом недоразумении - суть парадокса, названного именем астронома, - парадокс Ольберса (Olbers' paradox).
По логике астронома, да и вообще, по здравому разумению, ночному небу следовало бы выглядеть эдаким сверкающим куполом, сплошь усыпанным фонарями звезд, от которых должно быть светло, как днем. Но почему-то не светло ночами. Парадокс.
И вот недавно британские ученые из Ноттингемского университета (University of Nottingham, U.K), ведомые Кристофером Конселисом (Christopher Conselice), подвели итоги исследований, длившихся более 15 лет, и нашли разгадку - не менее парадоксальную, чем сам парадокс Ольберса. Они выяснили, что в обозримой Вселенной , как минимум, в 10 раз больше галактик, чем принято было считать.
Конселис уверяет: в обозримой Вселенной более 2 триллионов галактик. А в молодой Вселенной их было еще больше. Но многие слились. Процесс этот, кстати, продолжается. И когда-нибудь наша галактика Млечный путь сольется с соседней - Туманностью Андромеды. Они неуклонно сближаются.
Небо, наблюдаемое в телескоп, уже не кажется совсем темным: становятся видны объекты, котрые были не видны невооруженным глазом.
Открытие Конселиса не только пугает, но и в который раз заставляет задуматься - одиноки ли мы во Вселенной. Ну, не может такого быть, что бы где-то в необозримых космических глубинах - хотя бы в тех еще необнаруженных 90 процентах галактик, не завелся кто-то еще разумный.
Прикинем. Галактик - 2 триллиона. В каждой - от 100 миллиардов до триллиона звезд. У каждой звезды, как теперь считают астрономы, по 3-4 планеты, как минимум. Астрономическое число планет - с 24 нулями. И нет еще одной обитаемой? Поверить трудно.
Грустно другое. Если Эйнштейн прав и быстрее света передвигаться невозможно, то пообщаться с братьями по разуму не получится. Никогда не получится. Не долетим друг до друга. Хотя узнать о существовании соседей наверное сможем.
Подробнее о шансах найти внеземную жизнь читайте
Возрастная категория сайта 18 +
Вплоть до ХХ века на этот вопрос не было получено ответа.
Представьте себя в большом березовом лесу. Тогда в каком бы направлении мы ни посмотрели, в конце концов луч зрения наткнется на ствол какого-нибудь дерева. Казалось бы, что лес стоит сплошной белой стеной. А теперь представим себе бесконечную статическую Вселенную, в которой звезды и галактики находятся в постоянном (статическом) положении друг к другу. Луч зрения земного наблюдателя в любом направлении в конце концов наткнется на поверхность звезды, поэтому вся небесная сфера должна перекрываться звездными дисками.
На рисунке справа схематично показан участок неба, который видел бы наблюдатель.
Круги разных диаметров - диски звезд. Яркость не зависит от расстояния: она определяется только свойствами излучающей поверхности. Поэтому во всех направлениях небо должно быть таким же ярким, как каждая звезда. Поскольку Солнце - типичная звезда, то все небо должно быть ночью и днем таким же ярким, как Солнце.
В этом и состоит фотометрический парадокс Ольберса, названный так в честь немецкого астронома XVIII века Генриха Ольберса, который первым четко сформулировал его. Несмотря на то, что этот парадокс был выведен для фонового излучения звезд в видимом свете, он характерен и для других диапазонов длин волн.
Наличие парадокса обнаружило несовершенство гипотезы о статической бесконечной Вселенной.
Парадокс Ольберса, или фотометрический парадокс, был разгадан благодаря открытию, сделанному в 20-х годах нашего столетия американским астрономом Э. Хабблом, которое привело к представлению о том, что Вселенная не статична, а однородно расширяется.
Исходя из измерений расстояний до ближайших галактик, Хаббл установил, что все галактики удаляются от нас, и скорость удаления V пропорциональна расстоянию r до галактики (V = H0 r).
Этот закон назван законом Хаббла, где H0 - постоянная Хаббла:
Таким образом, представление о статической картине Вселенной, где все объекты как бы застыли на своих местах, сменило представление картины Вселенной, объекты которой друг от друга разбегаются, и расстояния между ними непрерывно увеличиваются.
Скорость разбегания сильно влияет на свет, идущий от галактики к Земле. Действительно, каждый последующий фотон (квант света) , излучаемый звездой в галактике, должен дольше двигаться к Земле, чем квант, испущенный в предыдущий момент времени. Так что за один и тот же момент времени наблюдатель на Земле воспримет меньшее число квантов, чем в случае, если бы галактика все время находилась на одном месте (случай статической Вселенной) . Кроме эффекта уменьшения числа квантов, приходящих на Землю в единицу времени, излучаемые кванты уменьшают свою частоту (увеличивают длину волны) из-за эффекта Доплера.
Вместе оба эффекта ослабляют свет звезд далеких галактик. Это ослабление становится особенно сильным, когда скорость удаления галактик близка к скорости света. Тогда в пределе энергия (частота) воспринимаемых на Земле квантов стремится к нулю, а время их прибытия - к бесконечности.
Согласно закону Хаббла, галактики, находящиеся на расстоянии удаляются от нас со скоростью, равной скорости света, поэтому их излучение ослаблено до нуля, а излучение более далеких галактик до нас не доходит вообще. Т. е. для нас Вселенная - конечна, она ограничена радиусом в 20 млрд. световых лет.
Поэтому небо не столь яркое, как Солнце. Величину R иногда называют радиусом видимой части Вселенной, или радиусом Метагалактики.
Читайте также: