为什么夜空是黑色的?

小孩子会问这样的问题:为什么夜空是黑色的?也许答案很显然:太阳照不到那侧,就是黑色的。

实际上问题不简单,白天的天空是蓝色或者是亮的主要因为大气层对光线的散射。


如果没有大气层,我们白天在看太阳,就和图中效果一样。即便天空上闪耀着太阳,天空也是黑色的。图中是在月球的白天看地球和太阳。


所以现在我们的问题等价于:为什么宇宙是黑色的?


宇宙里到处是星星,无数像太阳那么亮的星星。


在无限的宇宙中无论你从哪个方向望过去你都能看到星星和星系


所以每个微小的角度都存在星星的光线,按理说我们抬头看夜空,应该明亮无比才对。这就像你经过一片人工树林,即便树木种的很稀疏,从远处望过去,树也是非常浓密,没有一丝缝隙的。


但事实却是夜晚的天空是黑色的,所以我们第一次尝试回答这个问题:只有宇宙是有限的,星星数量是有限的,且间距足够大,这样就可以保证天空是黑色的了。


但现有的观测都指向:宇宙没有边界。所以上述理由并不能解释“夜空为什么是黑色的”。


就我们所知,宇宙是有开端的:至少在137亿年前。那时的宇宙非常小,密度非常高。然后发生了大爆炸。


我们所说的星光经过非常久的时间才到达了望远镜,天空之黑是因为一些恒星的光尚未传到我们眼中。


这就像雷雨天,闪电出现象征着云层剧烈放电的开始,但这种剧烈的放电过程被我们听到还需要一段时间。


而当我们看到一颗星星时,我们看到的并不是他本身,而是他在很久前发出的光。恒星的平均寿命是10-100亿年,所以完全有可能当你看到它时,它已经不在了。


第二种解释:当我们仰望天空时我们看到的宇宙也许是众多星星尚未形成的宇宙。所以夜空是黑色的。


上面的描述似乎可以解释夜空为什么是黑色的,但实际上也不是这样。


当我们用望远镜观察宇宙时,所以可以看到足够多的星星,让夜空足够明亮。(有严格的计算和证明)


我们可以探测到在任何方向上都有宇宙大爆炸背景“光线”。


所以有人猜夜空在最初并不是黑色的。夜空充满了光线。


但为什么我们的望远镜探测说夜空里充满光线,而我们看夜空却是黑色呢?


以哈勃望远镜举例,当他拍摄一张壮丽的宇宙照片时,他还使用了红外照相机。为什么要用红外相机呢?


观测发现所有星体都在远离我们,也就是说宇宙在膨胀。膨胀会让光线越变越暗。就像火车高速远离你时鸣笛,音调会降低一样。这就是多普勒效应。


多普勒效应让远离我们星星发出的光波长变长,甚至可以把可见光拉长到原来的1000倍。


离我们越远的星星离开我们的速度越快。也就是说离得越远你越可能看不到他发出的光,即便中间没有任何阻碍和灰尘造成的衰减。


星光甚至偏红到肉眼根本看不见的波长段去。


夜空是黑色的因为宇宙在膨胀!补充:去年诺贝尔物理奖就是颁给了这方面研究,结论是:不但在膨胀,而且在加速膨胀。感兴趣的玩家可以参考《2011诺贝尔物理奖简介》


总结:如果宇宙是稳定的。那么夜晚的星空会非常明亮。之所以黑暗,是因多普勒效应造成的光线波长增加,多普勒效应的发生证明了宇宙在膨胀。所以夜空看上去是黑色的。

You may also like...

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.