太阳能照亮地球,但为何地球和太阳之间的区域,却是一片漆黑?
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2024-05-22 15:26:59
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原标题:太阳能照亮地球,但为何地球和太阳之间的区域,却是一片漆黑?

太阳是离我们最近的恒星,它发出的光和热不断滋养着地球上的生命,人类和其他生物也基本养成了“日出而作,日入而息”的习惯。每当晚上睡前人们总喜欢躺着看星星,因为白天太阳光在大气中散射,我们只能看到蓝蓝的大气层,只有晚上才能看到宇宙中的星体。

看着黑色的幕布下闪烁着数颗水晶,正是令人思潮起伏的时刻,相信很多人这时都会产生一个疑问,就是宇宙有那么多恒星和光源,为何仍然是黑漆漆的呢?

早在1720年哈雷就已经注意到这个问题,他认为,宇宙中的星体浩如烟海,仅银河系就有上千亿颗,站在地球上,不管从任何一个角度来看,宇宙都应是明亮的。这个问题后来经乔梭、奥伯斯再次翻出并加以解释,其中以后者研究最为深入,因此后人将这种理论和观测产生误差的矛盾称为奥伯斯佯谬。

那么我们现在就来解释这个问题,为什么太阳能照亮地球,而宇宙或者太空,更具体的说地球和太阳之间的区域,却是漆黑一片呢?

首先,人类看到的颜色本质上是视网膜对不同光频率的反应,人类可接受的光波长在在770nm~300nm之间,如果看到黑色,就说明没有接受到光,因此看到的宇宙或者说晚上的天空背景是黑色,事实上就是眼睛没有接受到源于宇宙天体的可见光。

不过根据目前计算可观测宇宙范围,它所包括的星体数量之大难以想象,为何这些星体的光我们都没接收到?一方面,红移:处在地球(中心)光锥之内的光,大部分因膨胀红移到了可见光之外,那张宇宙微波背景辐射图便是证明,微波波段宇宙是较为均匀发亮的。

另一方面,宇宙膨胀速度超过了光速:光锥之外更广大的宇宙产生的光永远不能被观察到。宇宙的膨胀率有一个系数,即单位时间内每天文单位的膨胀量。该系数可以通过红移来测量。根据测量值能够计算出,在138亿年内,光传播到我们所在位置所需的速度超过光速(空间膨胀的累积速度超过光速)。该距离是可观测宇宙半径的极限。

结论就是可观测宇宙的半径为460亿光年(从这个距离也能够粗略估计宇宙的年龄),再远,从地球上就没有可能看到。也就是说,尽管宇宙在膨胀,但可观测的宇宙是有限的。在可观测宇宙范围之外,即使恒星的密集程度比肩接踵,光也到不了地球。即便宇宙近乎无限,拥有接近无限的恒星,也远远无法填满黑色天空中的每一个“像素”。

至于可观测宇宙内,可观测宇宙半径460多亿光年,地球才多长时间的历史?即使是可观测宇宙内的那些遥远的星光,也还不够时间到达地球。此外太空中的物质也太稀疏,大气层中没有像地球那样漂浮的致密粒子,单位面积内基本不发生漫反射,没有足够的反射光进入人眼产生亮度感知。

为什么各种飞船周围都是黑的,而飞船却都是明亮的?可见太空中除了缺乏光线,也缺少事物,只有事物在进入时才会被照亮。太阳和地球之间的区域虽然充满光,但它总是黑暗的,就是因为没有任何东西可以反射光。

其实萤火虫理论可以很好地解释这一点。森林深处有很多萤火虫,我们的肉眼可以看到它们,但是这些萤火虫却无法照亮整个森林,因为它们非常小,发出的光也眇乎小哉。

同样,因为宇宙是无限的,周围不存在背景,地球的天空中有很多星星,但不存在反射物。人从地球上可以看见它们,但它们的光却无法照亮地球,加上星星都是恒星,距离很远。同样的道理,太阳离我们很近,它的亮度足以照耀大地,还有大气层的反射和衍射作用,因此白天的天空就是明亮的。

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