Почему ночью темно?
Ночью темно, потому что нет солнца? Подарок: Еще в 16 веке, после серьезных размышлений, астрономы пришли к выводу, что наше небо на самом деле должно быть ярко освещено миллионами и миллионами звезд в космосе после захода солнца. Тот факт, что ночное небо не соответствует этой теории, известен космологам с 1950-х годов как «парадокс Ольберса».
Тезкой был Вильгельм Ольберс из Бремена, врач и астроном, который строго научно подошел к загадке в 1826 году в специализированном журнале "Astronomisches Jahrbuch". Ольберс был не первым и не последним, кто интересовался «своим» парадоксом, и он также совершенно ошибся в своем изображении. Однако даже тогда было задокументировано, как трудно было опровергнуть контрфактическое представление о том, что ночное небо такое же яркое, как день. На протяжении веков астрономы пытались дать несколько объяснений, некоторые из которых достаточно правильны с сегодняшней точки зрения, а некоторые более забавны.
Бесконечное количество звезд?
В сущности, идея остается неизменной с вопросом о том, сколько на самом деле маленьких звездочек, и, следовательно, является вычислительной задачей. Так же думал и Ольберс: насколько большим, по его мнению, должно быть число звезд вокруг Земли, чтобы вместе они покрывали все небо? На основе астрономических знаний своего времени почти 200 лет назад он оценил плотность звезд в нашем Млечном Пути и экстраполировал: Если звезды в космосе так же плотны, как в наблюдаемой окрестности, и распределены однородно, то наш взгляд поражает каждое пятно не позднее 1016 световых лет до звездного света. Другими словами, если Вселенная имеет радиус больше 1016 световых лет с центром на нашей Земле (и содержит ранее предполагаемую плотность звезд), то все небо покрыто всеми малые или большие звездные диски полностью затянуты облаками - и яркие, как днем. Результат арифметической задачи затем привел к парадоксу: астрономическое сообщество во времена Ольберса не могло вообразить небесконечную вселенную, то есть такую, которая не бесконечно превосходила бы радиус 1016. световых лет. Так почему ночью еще темно?
Тень фильтра Starlight?
Объяснение Ольберса было очень прагматичным: может быть, что-то там, в космосе, блокирует звездный свет? Может облака пыли? Исследователь комет Филипп Лойс де Шесо уже сформулировал эту идею за 80 лет до бременского звездочёта. Однако лучистая энергия не просто постепенно исчезает в космическом вакууме. Если пыль или другое вещество преградит ему путь, ему придется нагревать его до тех пор, пока сами пылевые облака не засияют, как звезды с высокой энергией - гипотеза, которую астрономы могут подтвердить сегодня, но до сих пор не могут точно рассчитать. Последнюю попытку предпринял Кристофер Конселис из Ноттингемского университета с коллегами, которые собрали воедино данные с телескопа Хаббл. Теперь они думают, что пыль и газ действительно светятся в свете далеких звезд и галактик. Но затем они испускают большую часть энергии в виде инфракрасных и ультрафиолетовых длин волн, которые невидимы для человеческого глаза и не освещают ночное небо на этой планете. При таком освещении видимый звездный свет может фактически «исчезнуть» из глаз земного наблюдателя.
Красное смещение
На самом деле, чтобы сделать длины волн невидимыми для нас, не обязательно нужна пыль – достаточно времени и огромных расстояний. Еще в 1955 году космолог Герман Бонди указал, что так называемое красное смещение в нашей расширяющейся Вселенной делает ночное небо в целом более темным, чем оно было бы в нерасширяющейся, то есть статической Вселенной: нас, сдвигая частоту света, излучаемого в видимом диапазоне, как видно с нашей точки зрения, постепенно смещается в длинноволновую и, наконец, в невидимую инфракрасную область. Тот же эффект обеспечивает то, что электромагнитные волны Большого взрыва, излучаемые издалека, достигают нас сегодня в виде длинноволновых смещенных микроволн «космического фонового излучения».
Как бы то ни было: ни красное смещение расширяющейся Вселенной, ни нагретые, темно светящиеся фильтры пылевых облаков не являются реальной причиной темноты наших ночей. Потому что, в конце концов, во Вселенной слишком мало энергии, чтобы превратить нашу ночь в день, или, другими словами, слишком мало звезд и, следовательно, слишком мало светимости в достаточной близости.
Количество и долговечность звезд
Это становится ясным, когда вы подходите к арифметической задаче Ольберса с учетом современных знаний. Первоначально бременский астроном просчитался, потому что не знал фактической плотности звезд во Вселенной. Сегодня известно, что галактики, скопления галактик и сверхскопления галактик сгущаются менее плотно, чем предполагалось ранее, и поэтому наш вид ночного неба на самом деле будет не после 1016, а примерно только после 10 Самое позднее 23 световых года приходится на звезду. Но это применимо только в условиях, не встречающихся в реальной вселенной: например, ни одна звезда не живет достаточно долго, чтобы светить 1023 лет; Ведь самой Вселенной всего 13,8 миллиарда лет. И даже если бы он продолжал расширяться в ходе расширения: самый удаленный источник света сегодня находился бы на расстоянии около 46,6 миллиардов световых лет, но не 1023, то есть 100 триллионов световых лет. лет. Ночью темно, потому что во Вселенной слишком мало звезд, а она слишком мала, чтобы покрыть наше ночное небо.
Последний ответ
Но почему так мало звезд? Ответ - и, таким образом, современный вариант разрешения парадокса Ольберса - исходит из 1964 года и принадлежит космологу Эдварду Харрисону, написавшему на эту тему книгу, достойную прочтения. Он подсчитал, что энергии во Вселенной примерно в десять квадриллионов раз меньше, чем для освещения ночи. И даже если бы по знаменитой формуле Эйнштейна вся материя в космосе превратилась в энергию, земное ночное небо, которого уже не было бы из-за отсутствия точки отсчета (земля сгорает в энергии), вряд ли было бы ярче чем сегодня.