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夜空为什么是黑的?

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作者|周已皓

审核|郑成卓

编辑|赵经远


当夜幕降临,在远离喧嚣城市的宁静之处,天空展现出一片深邃、神秘的黑暗。这种黑暗,对于许多人来说,似乎是理所当然的——没有阳光的夜晚,不就应该是这样的吗?但仔细想想,这背后其实隐藏着一个不为人知的宇宙谜题。

波特尔暗空分级|图源:Stellarium Labs

那么问题来了,没有太阳光,不还是有星星的光吗?天上的星星凑在一起,难道夜空不应该和白昼一样亮吗?

让我们来玩一个思维游戏:假设宇宙没有边界,它是无限的。在这个无限的宇宙中,无数的星星发出的光汇聚在一起,理论上应该让整个夜空亮如白昼。

无穷无尽的星光相加起来,应当使夜空亮如白昼|图源:wikipedia

想象一下,您站在一片边界无限的森林中央,四周的树木虽然稀疏,但由于森林的无穷无尽,无论您朝哪个方向望去,总能看到树木的身影。如同这片森林,假设宇宙也是无边界的,那么无数的星星就会在夜空中密布,每一寸空间都闪耀着光芒,夜空本应如同白昼一般明亮。

但现实却与此截然相反——我们看到的夜空是黑的,不是亮如白昼的。这个令人困惑的现象就是“奥伯斯详谬”,它是在1823年由德国天文学家海因里希·奥伯斯提出的。

爱伦·坡|图源:The New York Public Library

而最奇妙的是,最早提出解决这个问题想法的人,是一位诗人——爱伦·坡,他于1848年在《尤里卡》中写道:“唯一可以解释我们用望远镜只观测到黑暗的就是,假设这个看不见的背景距离我们异常遥远,以至于那里的光线无法到达我们的眼中。”假设宇宙的年龄是有限的,由于光的速度也是有限的,这就使得天体发出的光只传播了有限的距离,我们因此无法看到过于遥远的天体。这与后来的“宇宙大爆炸”理论所持的观点非常相似。

宇宙大爆炸|图源:NASA

根据“宇宙大爆炸”的模型,我们的宇宙是在不断膨胀的,而这种膨胀就带来两种后果:首先,宇宙的膨胀会弱化遥远恒星发出的光,直接减少了我们所能观测到的光源;其次,宇宙膨胀使遥远星系红移,这使得它们发红,甚至红移至人类眼睛看不见的波段。而且,在接收光子数量相同的情况下,一个天体发出的光线越红,它就会显得越暗。所以,离我们距离越遥远的星系亮度下降得越快。当不同波段的望远镜望向漆黑的夜空时,黑夜也变得丰富多彩了。

这些理论,共同解释了夜空为什么是黑的,也给我们展示了一个五彩缤纷的“黑夜”。

试想,倘若黑夜不是黑的,我们又如何能注意到天幕上明亮的星空呢?牛郎和织女的浪漫也许不会存在,曹操就不会有“星汉灿烂,若出其里”的豪情,杜甫也不会有“人生不相见,动如参与商”的哲思……因为有了黑夜,不仅让我们的星空显得如此珍贵,还赋予了人类无尽的梦想和灵感。


参考文献

[1]Harari Z . Analytical Resolution of the Dark Night Sky (Olbers') Paradox[J]. Astronomische Nachrichten,2019,340(6).

[2]Salvador B . Anthropogenic disruption of the night sky darkness in urban and rural areas.[J]. Royal Society open science,2016,3(10).

[3]Arthur S . Why is the Sky Dark at Night?:Teaching the Evolution of Our Models of the Cosmos[J]. Interchange,2014,45(3-4).

[4]Kardel W . Into the Dark Reclaiming the Night Skies[J]. The Planetary report,2012,32(2).

[5] 居之.从“夜空为什么是黑的”谈起[J].天文爱好者,2007(1):62-65.

[6] KEN CROSWELL,SHEA. 黑夜中的畅想——夜空为什么是黑暗的?[J]. 求知导刊,2014(1):38-41.

[7]夜空为什么是黑色的[J]. 智慧数学,2019(7):44-45.

[8]夜空为什么是黑暗的?微信公众号“三体引力波”,https://mp.weixin.qq.com/s/caKkASUsp5zP6qoXQW4oFg


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科普62a1537e
学士级
杜甫诗日:“人生不相见,动如参与商”。
2023-12-16