Почему ночное небо темное?
Если как следует задуматься над вопросом о том, почему ночное небо темное, то вам может показаться что все это не имеет смысла. При этом у любого, кто хоть раз всматривался в ночное небо не возникает никаких сомнений в том, что оно очень темное. Атмосфера на нашей планете в значительной степени прозрачна для видимого света, что позволяет нам всматриваться в бескрайний космический океан. В течение дня солнечный свет заливает атмосферу во всех направлениях, причем как прямой, так и отраженный солнечный свет поступает отовсюду. Ночью солнечный свет не проникает в атмосферу, поэтому небо выглядит темным. Но это – лишь часть сложного ответа на вопрос о том, почему мы вообще считаем, что небо и в том числе космос – черного цвета.
Бесконечна ли Вселенная?
Вселенная полна звезд и галактик, которые находятся на огромных расстояниях друг от друга: миллионы, миллиарды или даже десятки миллиардов световых лет. Звездный свет путешествует по Вселенной и достигает наших телескопов, открывая тайны мироздания. Не исключено, что Вселенная бесконечна, а количество звезд и галактик в ней невозможно сосчитать. На самом деле ученые до сих пор не определились, конечна Вселенная или нет; мы просто не знаем. Зато мы знаем, что та часть Вселенной, которую мы можем наблюдать, должна быть конечной.
Еще в 1800-х годах Генрих Ольберс обратил внимание на один математический парадокс. Если бы наша Вселенная была бесконечна с постоянной плотностью звезд и/или галактик, то мы бы видели бесконечное количество света со всех сторон, куда бы ни посмотрели. Сначала мы бы увидели звезды поблизости, а затем – в промежутках между ними – разглядели бы еще более дальние звезды. При этом вне зависимости от расстояния – миллионы, миллиарды, триллионы квадриллионы световых лет и т. д. — в конце концов, куда бы мы ни посмотрели, мы бы наткнетесь на звезду.
Важно понимать, что звезды могут быть самых разных цветов, форм и размеров. Так, на просторах Вселенной существуют звезды многократно превосходящие массу нашего Солнца. Лучше всего это иллюстрирует снимок звездного скопления NGC 3766, в созвездии Центавра. Если бы Вселенная была бесконечной, даже в таком скоплении не было бы «промежутков» между звездами, так как более удаленная звезда в конечном итоге заполнила бы эти промежутки.
Парадокс Ольберса
Но общее число звезд, которые можно увидеть на определенном расстоянии, связано с площадью поверхности сферы, которая увеличивается с увеличением расстояния в квадрате. Умножьте количество звезд на яркость каждой звезды, и вы получите постоянную величину. Но яркость на некотором расстоянии – это особая величина: назовем ее Б. Но что получается: если звезда находится в два раза дальше, то это тоже яркость Б. В три раза? Все Еще Б. В четыре? И снова Б. Если сложить все Б вместе, то получим Б + Б + Б + Б + ….. и так далее. Ответ, как это водится, лежит в направлении бесконечности.
Немецкий астроном, физик и врач Генрих Ольберс еще в XIX веке использовал эту линию рассуждений, которая привела его к выводу о том, что наблюдаемая Вселенная не может быть бесконечной. Однако уверенным в этом на все он не был. В конце концов, существовали и другие астрономические проблемы. Одно из распространенных возражений состояло в том, что этот наивный анализ не принимал во внимание всю светонепроницаемую пыль, которую можно увидеть, просто взглянув на плоскость Млечного Пути. Даже сегодня, как пишет Forbes, многие из самых известных астрономических достопримечательностей заполнены свето-блокирующей пылью.
Темные, пыльные молекулярные облака, подобные тому, что находятся в пределах Млечного Пути, со временем разрушатся и дают начало новым звездам, причем в самых плотных областях формируются самые массивные звезды. Но звездный свет не может пробиться сквозь пыль – он поглощается ею. В конечной Вселенной эта пыль может соперничать со звездным светом, поскольку видимый свет, попадающий в пыль, поглощается и вновь излучается при более низких энергиях. Но если бы Вселенная действительно была бесконечной, то проблема парадокса Олберса обнаружилась бы для каждой пылинки: каждая пылинка должна была бы поглощать бесконечное количество звездного света, пока она тоже не излучала бы при той же температуре весь поглощаемый ею свет!
Другими словами, что-то было не так. Наша Вселенная не может быть статичной, бесконечной и наполненной вечно сияющими звездами. Если бы это было так, то ночное небо было бы ярким, во всех местах и во всех направлениях. Очевидно, здесь есть что-то еще. С нашей точки зрения, наблюдаемая Вселенная может составлять 46 миллиардов световых лет во всех направлениях но есть, конечно, еще одна, ненаблюдаемая Вселенная, возможно, даже их бесконечное количество, о чем подробнее можно прочитать в этой статье.
Вселенная может быть бесконечна, но мы видим лишь свет, что путешествовал на протяжении 13,8 миллиардов лет: именно столько времени прошло после Большого Взрыва. В конечном итоге, сама природа Вселенной — расширяющаяся, развивающаяся и имеющей начало – является причиной того, что мы не видим света вокруг себя, а ночное небо кажется темным.
