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宇宙中那麼多會發光的恆星,為什麼地球的夜晚還是黑的呢?

現代科學界一般將它稱為奧伯斯佯謬,是1823年由德國天文學家海因里希·威廉·奧伯斯提出來的。當然了他並不是第一個提出這個問題的人,在他之前兩百年前同為德國的科學家開普勒就已經提出這個問題了。如果宇宙是均勻的和無限的,那麼在夜晚我們無論從夜空的哪個方向看過去,整個夜空都會被無數的星星照得像白天一樣亮才對,但為什麼實際看上去卻是黑的呢?

對此開普勒實在想不出任何答案,就假設宇宙是有限的,並且被一層外殼包圍著,所以只有有限的星星可以照亮夜空。

【奧伯斯】

後來也有人提出說宇宙中分布著大量塵雲,這些塵雲吸收了來自遠方的星星發出的光線。這種觀點似乎很有說服力,但還是有漏洞。因為這些塵雲不斷吸收光線,那麼只要經過足夠長的時間,就會被加熱到相當高的溫度,它自身也就會向外界發出光芒。這就像把一塊鐵放進火中烘烤,它最終也會發出紅光一樣。

第三種解釋是,因為許多星星都離地球太過遙遠了。當一顆星星離地球越遠,它的光線到達地球時就越弱。這種解釋也存在一個缺陷,當我們看得越遠時,所看到的星星的數量也就越多。光線的強度是跟隨距離的平方而減小的,而我們能看到的星星的數量則是跟隨距離的平方而增加的,這樣一來兩者的效果應該相互抵消才對。

最後完美解答這個問題的竟然是美國的恐怖和推理小說作家愛倫·坡。他提出:光線傳播需要一定的時間,而遠處的星星實在距離我們太遠了,以至於直到今天它們發出的光線還未到達地球。

【愛倫·坡】

事實上,從太陽上發出的光線到達地球需要八分多鐘,也就是說當我們看見太陽時,其實我們看見的是八分多鐘以前的太陽。而天琴座最亮的星星織女星距離地球有27光年,也就是說我們今天所看到的織女星是27年前的織女星。

1901年,蘇格蘭物理學家開爾文計算出,如果到達地球的所有星星的光線要把整個夜空照亮,那麼至少要等上幾百萬億年,可是宇宙至今的年齡也才137億年。而且還要考慮到一顆星星一般只有幾十億的壽命,等到遠處星星的光線照到地球時,近處的一些星星早就死了。

這個理論還引出一個有趣的現象,那就是如果我們望得足夠遠的話,那我們將會看到宇宙的起源。2004年,哈勃望遠鏡就拍到了距離地球130億光年的一團星系。2016年,哈勃望遠鏡有刷新了記錄,拍攝到了134億光年處的GN-z11星系。它是迄今為止人類看到最遙遠和最古老的星星。

【GN-z11星系】

而實際上奧伯斯本人給出的解釋並不正確,因為塵埃雲雖然吸收了星光,但是它們自身將被加熱成如同恆星那樣明亮。所以本質上,塵埃雲只是相當於一個中轉站,它們並不會阻隔光線,而只是起到了傳遞的作用。

那真正的原因是什麼呢?現代科學認為原因是宇宙膨脹。宇宙膨脹導致的結果有兩個:第一,是因為多普勒效應。因為宇宙膨脹的緣故, 所有的星系都在遠離我們而去,這樣它們發出的光就會出現紅移(多普勒效應),光線的波長變長, 而波長變長導致光線的能量變低,導致最後到達地球的光線非常之弱。

第二, 星系的遠離,不僅造成紅移,它們發出的光線也將需要更長的時間才能到達地球,我們所能看到的星系也將會越來越少。

這個波段的光人肉眼是看不到的,因此天空是黑的。從微觀來說,人看到東西是因有光子進入到眼睛裡,當太陽發出的光進入到人眼中就是晝。地球是行星,質量太小不能夠點燃核聚變,因此不能發光。地球繞太陽旋轉,本身存在自轉,因此在運動過程中會產生晝與夜,被太陽光照的一面即是晝,被遮擋的一面是夜。太陽與地球的距離定為天文單位。太陽發出的光到地球大約8分13秒。雖然天空中有很多發光的恆星,但距太陽最近的恆星是半人馬座α星,這是一個三星系統,包括半人馬座α星A、半人馬座α星B與半人馬座α星C即比鄰星,與太陽系的距離為約為4.37光年。

換句話說,我們在地球上看到半人馬座α星是4.37年之前發出的光。對於宇宙其他恆星發出的光,在地球上則需要更多年才能看到。我們之所以在夜晚能夠看到這些恆星,是因為背景天光很暗,在白天地球因太陽光太亮,並不能全部被看到,這樣地球的夜晚就依舊是黑的。


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