十万个为什么，为什么太空是黑色的呢？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-26 13:15 标签： 太空颜色
夜空是黑色，这个是基本的观察常识，大家心里都非常清楚这一点，但是用科学的理论来解释，其实并没有那么简单，作为一个自然现象，必定会用科学的方法来解释，下面给大家分享夜空为什么是黑的详细的科学解释。一看到这个标题，你一定以为我——不是沉浸在儿童版《十万个为什么?》不能自拔，就是已经被科普整成脑残，问出如此这般连幼稚园的小盆友都会抢答的问题。但我要说的是，你怎么看待我并不重要，重要的是，这个问题的答案竟然能够暗合著名的宇宙大爆炸理论!这是真的吗?到底怎么一回事?还是回到原点，先来说说「夜空为啥是黑暗的?」这不简单嘛，你会一本正经地解释：因为地球自转，形成昼夜交替，夜晚没有太阳光，当然会变成黑暗世界啦。我马上就会反问：可是在月球上，无论有没有太阳光，阿波罗登月宇航员看到和拍到的天空都是黑的，又该怎么解释?聪明伶俐的你立马堵住窟窿：因为月球上没有大气，而地球上有大气。白天大气散射太阳光，才有了白昼，夜晚没有太阳光可以让大气散射，所以天空看起来就是黑暗的。我步步紧逼：不对吧，夜晚没有太阳，可还有皎洁的月光和闪耀的星光呢!你却不甘示弱：月有阴晴圆缺，跟阴天下雨，都看不到月亮。至于那点星光，不是被雾霾了，就是被光污染了。再说，就算跑到地球最干净的地方去看星星，最多用肉眼只能看到3000多颗，而绝大多数恒星离我们都太远了，根本看不到。我还是不依不饶：尽管我们可观测宇宙是有限的，但大宇宙是无限的，拥有的恒星也是无数个，所有恒星的星光加在一起，就应该亮如白昼，不是吗?你还是没有被说服：星光相加的效果的确有，不过——还是不可能亮如白昼。我步步为营：可是你别忘了，宇宙无限，恒星无数!无穷无尽的星光相加起来就应该亮如白昼。这就像我们跑到原始森林结果迷路了，无论朝哪个方向看，都被树木包围了，挡住了视线。你反问道：那又怎样?!我微微一笑：那我们就用数学来说话——按照这张图里给出的现成算式，R表示观测星空壳层的距离，△R表示星空壳层的厚度，N表示恒星分布密度，R宇宙表示宇宙的半径如果宇宙是无限的，宇宙半径也是无穷大，那么最终得出总亮度也应该无穷大。这就是说，从地球上每个方向看星空，星光的亮度都趋向无穷大，那么夜晚就应该亮如白昼。你也微微一笑，直指星空：不管怎么算，这个结论就是不符合观察事实，事实胜于数据和诡辩。我笑道：这的确是个问题——一个好大的问题。事实上，这个问题就是科学史上著名的【夜黑佯谬】或者叫【光度佯谬】。因为是由19世纪德国天文学家奥伯斯提出的，所以又叫【奥伯斯佯谬】。既然叫佯谬，也就是佯装这是个谬误。科学中的佯谬/悖论都是科学家们提出的疑难问题，不断提出、研究、最终解决佯谬——这就是科学研究的路径。有趣的是，最早解释这个佯谬难题的，不是奥伯斯本人，也不是别的天文学家，而是文坛巨匠爱伦·坡——一个怀揣着黑暗宇宙观、度过黑暗人生的人，恰巧解释了夜黑佯谬。他在哲理散文诗《我发现了》里头这样解释：星若无穷尽，天空将明亮。仰望银河，君可见背景片片无点状?夜空暗黑，原因仅此一桩。光行万里，发于恒星之初创。抵达地球未及时，只因路遥道太长。按照他的解释，无数星光之所以没有把夜空变得亮如白昼，是因为距离太遥远，星光尚未能到达地球。事实上，这种解释正好暗合了宇宙大爆炸学说。根据大爆炸理论，宇宙开始于138亿年前的大爆炸，我们现在的观测范围最多只能退回到宇宙的婴儿期，看到大爆炸的余晖——也就是宇宙微波背景辐射，这是人类用肉眼无法看得见的光。这是以太阳系为中心的可观测宇宙，最外侧就是观测边界——大爆炸的余晖。也就是说，宇宙在时间上的有限，也限制了我们的空间观测范围，我们的可观测宇宙并不是无限的，恰恰是有限的。另外，宇宙在加速膨胀，产生的红移效应，也使得所有从遥远星系飞到地球的光，都在朝着长波、低频的光波谱线移动。也就是说，星光变得弱爆啦。毫无疑问，这种红移效应增强了夜黑的效果。当然了，如果人类长着COBE卫星那样的天眼，能够看到微波的话，我们所看到的夜空——的确明亮如昼，就不是现在黑暗夜空了。现在你明白了吧，千万别把「夜空为什么是黑暗的?」当成小儿科问题，简单背后往往都藏有大玄机。
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来源：央视网更新时间：2017年07月23日 22:37视频简介：航天英雄杨利伟回答网友提问：宇航员在太空里会不会做梦？' + data.data.list[i].title + '';
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1823年，德国天文学家海因里希·威廉·奥尔伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）提出了一个著名的观点：如果宇宙是无限、均匀和静态的，同时无限的宇宙中有无限多颗恒星，那么从地球向任意角度看，夜空都会被恒星填满，夜空不应该是黑暗的，它应该与恒星表面一样亮。这与我们观测到黑暗星空的事实相悖。奥尔伯斯的观点被称为“奥尔伯斯悖论”，又称“奥伯斯佯谬”或“黑暗夜空悖论”。为了让描述更加直观，请看下面这张动画：黑暗夜空被遥远星光填满在这幅描绘无限而均匀的天空的动画中，每一帧都显示出越来越远的星星，距离越远的星星填补了视野中距离较近的星星之间的空白。最终，整个图像就变得像一颗星星一样明亮。事实上，我们在地面肉眼看到的夜空是这样：尽管满天星光，但总体上看它是黑暗的，星与星之间有大片的空间，我们看不见这些空间里有恒星的光芒。高原天文台的星空奥尔伯斯悖论认为，由于夜空黑暗，因此“无限”、“均匀”和“静态”这三个关于宇宙本质的假设中至少有一个是错误的。奥尔伯斯悖论在提出之后被“宇宙大爆炸”所利用。大爆炸模型中红移的假设本身就能解释夜空的黑暗：宇宙的膨胀导致来自遥远恒星和类星体的光发生红移，更加遥远的星系正以光速甚至超光速离开我们，因此来自天空的总光通量仍然是有限的。我们看不见可视宇宙之外的星球，因为它们的光不会快于光速，所以无法到达地球。而在可视宇宙的范围内，恒星的数量是有限的，它们不能填满夜空。对悖论的解释奥尔伯斯“黑暗夜空悖论”的提出，挑战的是稳态宇宙的设想。稳态宇宙设想发端于公元13世纪，其支持者认为宇宙没有开始也不会有结束，宇宙是无限的。尽管宇宙可能存在膨胀，但它不会随着时间的推移而改变外观，宇宙中的物质在大尺度上是相对均匀散布的。宇宙是有限的吗？如果宇宙是有限的，或者宇宙中的恒星数量是有限的，那么黑暗夜空的现象就很容易解释：因为有限的光点无法填满无限的夜空。夜空中的银河局部问题是，我们肉眼所见的星空真的是宇宙的全部吗？很显然并不是。即使你拥有极好的视力，在一个视线极佳的夜晚仰望星空，你所能看到的99%以上都只是银河系内部的星星。银河系里的恒星数量多达4000亿颗，它的厚度超过1000光年，直径更是达到了20万光年。天文学家们说在地球上只能看到8749颗银河系的恒星，任一时刻我们用肉眼可以分辨的恒星不超过2500颗，那是因为大气层遮挡了绝大多数的星光。即便是身处银河系如此密集的恒星群之中，我们的视野依然没有被星光填满，事实上我们的太阳系只不过是埋没在浩瀚银河中一个微不足道的小点而已！银河系想像图，太阳系只是其中极微小的一点银河系内大量的星云与尘埃阻挡了光学望远镜的视线，在更先进的射电望远镜面前却是透明的。今天的科学家可以利用超大型红外线和X射线望远镜来扫描星空，解开厚重星尘背后的秘密，他们甚至能够捕捉银河系中心射手座A*黑洞以及围绕在这个黑洞周围高速运转的恒星轨迹。这一切对于200年前只能使用几英寸口径单筒望远镜的奥尔伯斯来说完全是不可想象的事情。银河系中心黑洞射手座A*以及围绕其运行的恒星轨迹模拟宇宙无限，人类所能看到的宇宙却总是有限的，因为我们被太多东西遮住了眼睛。宇宙是均匀的吗？从目前对宇宙的观测结果来看，在可观测宇宙的大范围内，星系的分布是相对均匀的。这符合稳态学说对于宇宙中物质的描述。将哈勃太空望远镜对准太空的某一个区域，可以得到下面这张星空的照片：哈勃星空照片而当科学家将哈勃对准这一片星空的一片极小的“空白”区域进行长达数星期的“凝视”后，就发现原来在那个我们以为空无一物的黑暗区域深处，还有数以万计庞大星系发出的光芒！在我们以为黑暗的空隙里，依然有数以万计的遥远星系大爆炸模型认为宇宙正在快速膨胀，它的直径约为910亿光年，同样地，大爆炸论者也认为在可观测宇宙的范围内，星系物质的分布是均匀的。宇宙微波背景辐射被认为是大爆炸留下的余辉，它在太空中是均匀照亮的宇宙是静态的吗？这可能是稳态宇宙学说最致命的弱点，因为它认为宇宙相对平静，但到目前为止所有对遥远星体的观测结果却直指它的反面：哈勃在利用大口径太空望远镜测量大量星系的光谱，发现它们多多少少都存在着红移，并且距离越远的星体红移幅度越大。这意味着所有的星系正在散开，有些遥远星系离开的速度甚至有可能超过光速，这也是科学家们计算的宇宙年龄与它的理论直径不相符的重要原因。因此宇宙大爆炸学说的支持者们认为宇宙不是静态的，它正在急速膨胀，连爱因斯坦都很明智地放弃了自己稳态宇宙的观点，转而支持哈勃的大爆炸设想。爱因斯坦应哈勃邀请参观威尔逊山天文台，后放弃稳态宇宙观点总结：为什么我们能看到的星星很少？一、“宇宙大爆炸”模型告诉我们有许多星星正在超光速地远去，它们的光永远到不了地球。二、太空并不如我们想象的那样空旷、纯净与透明。我们地球的上方有稠密的大气层，它可以阻挡绝大多数的星光；在距离我们更远的银河系，还有许多尘埃和星云，它们也可以阻隔相当多的星光；而在银河系外的广阔空间里依然充斥着许多气体、尘埃和分子颗粒。太空并不全是理想的真空，事实上宇宙中根本就不存在理想真空。星际间存在大量气体物质，它们阻隔了可见光【补充】有朋友说老粥你讲的不对，如果太空中有存在吸收星光的物质，那么这些物质也会发热发光，就像阳光穿过云层那样让我们看见云，然而宇宙总体是透明的，韦伯望远镜就能“看见”几十上百亿光年外的古老星系呀！一种可能的解释是：星系之间真空度的确很高，也许几立方米的空间里只有一个小小的粒子，但科学家已经知道这些粒子的温度非常高。我们都说距离恒星越远的太空温度就越低，真空中孤立的粒子为什么很热？它的能量从哪里来？答案显然是星光，是宇宙中恒星和星系发出的光子撞击到这些粒子，从而将能量传递给了它们。那么这些粒子会发光吗？当然会，当粒子温度上升时，它也会向所有方向辐射光子。但这些光子并不一定是可见光，它也有可能是红外线、微波。还记得我们在前边提到的照亮整个宇宙的“微波背景辐射”吗？根据平方反比定律，距离越远的天体，它投射到我们望远镜的光子就越少，途中又有许多光子因为碰到宇宙中散落的粒子变成了热能和其它波长的光，使得我们能接收到的可见光或某些特定波长的光子变得更少，于是我们觉得宇宙黑暗。三、太空中有许多大质量的天体，它们可以弯曲、阻挡和吸收光线，无数个大大小小的黑洞在太空中游荡，它们像吸尘器一般吞噬光线。如果它们周围没有吸积物，我们根本就不知道它们在那儿。四、200年前的天文学家只有极其简陋的光学望远镜，他们看不见太空中的微波辐射、红外线、紫外线及X射线。即便是今天最先进的哈勃空间望远镜都无法洞察一切，科学家们还需要借助几百米口径的射电望甚至用多台射电望远镜组成阵列来探测太空，这对于奥尔伯斯是不可想象的。五、有科学家认为宇宙中有多达95%的质量属于暗能量和暗物质，只有5%属于普通物质。在大尺度的宇宙空间里，暗能量与暗物质对电磁波的作用还需要科学家们进一步探索。“奥尔伯斯悖论”的提出建立在200年前天文学家们对宇宙有限观测以及有限认知的基础之上，在今天看来，黑暗的夜空已经有很多科学解释。尽管宇宙是有限或是无限、是整体爆炸或是部分振荡的争论还在继续，相信随着科学理论与技术的发展，我们定能找到更多宇宙的真相，科学将越来越接近真理，悖论也将一个接一个被解开。

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