Γιατί ο ουρανός είναι σκοτεινός τη νύχτα
Αν έχετε κοιτάξει ποτέ τον νυχτερινό ουρανό και σκεφτήκατε γιατί δεν είναι εντελώς γεμάτος από τον σχεδόν άπειρο αριθμό αστεριών εκεί έξω, δεν θα ήσασταν μόνοι. Στην πραγματικότητα, είναι ένας από τους παλαιότερους γρίφους στην αστρονομία, αλλά η απάντηση δεν είναι μόνο σχετικά απλή, αλλά και αρκετά διαφωτιστική.
Σε αυτό το απόσπασμα από το βιβλίο της, Space:10 Things You Should Know , ο αστρονόμος και YouTuber Dr Becky εξηγεί την επιστήμη πίσω από αυτό το κοσμολογικό αίνιγμα.
Γιατί ο νυχτερινός ουρανός είναι σκοτεινός
Το ερώτημα για το γιατί ο νυχτερινός ουρανός είναι σκοτεινός έχει τεθεί από πολλούς φυσικούς και φιλοσόφους κατά τη διάρκεια χιλιετιών, από τους Αρχαίους Έλληνες έως τους αστρονόμους του εικοστού αιώνα.
Διαδόθηκε τον δέκατο ένατο αιώνα από έναν Γερμανό που ονομαζόταν Heinrich Olbers. ένας γιατρός τη μέρα και ένας αστρονόμος τη νύχτα. Ενώ πολλοί άλλοι είχαν περιγράψει αυτό το πρόβλημα στο παρελθόν, ο Olbers διατύπωσε μια εξήγηση που πήρε το όνομά του:το παράδοξο του Olbers, μερικές φορές γνωστό ως το παράδοξο του σκοτεινού ουρανού.
Μπορεί να νομίζετε ότι υπάρχει μια απλή απάντηση σε αυτή την ερώτηση:σίγουρα ο νυχτερινός ουρανός είναι σκοτεινός επειδή ο Ήλιος έχει δύσει; Αλλά καθώς η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της για να μας αντιμετωπίσει μακριά από αυτή τη μεγάλη ζωογόνο σφαίρα φωτός που είναι πάντα παρούσα στον ουρανό της ημέρας μας, στρέφεται προς αμέτρητα άλλα αστέρια.
Ενώ αυτά τα αστέρια μπορεί να είναι πιο μακριά, υπάρχουν πολλά περισσότερα από αυτά - αρκετά για να κάνουν το αστέρι της πατρίδας μας να φαίνεται μάλλον ασήμαντο. Επομένως, η απάντηση είναι μάλλον πιο βαθιά, δίνοντάς μας μια εικόνα για την ίδια τη φύση του Σύμπαντος στο οποίο ζούμε.
Σκεφτείτε ξανά αυτό που οι προηγούμενες γενιές θεωρούσαν αληθινό για το Σύμπαν. Στον ουρανό είναι ο Ήλιος, η Σελήνη, οι πλανήτες και τα αστέρια που πάντα θα ανατέλλειαν μετά τη δύση τους. Αυτά τα πράγματα ήταν γνωστά και ήταν σταθερά.
Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, οι πρόγονοί μας κατέληξαν στα ακόλουθα συμπεράσματα για το Σύμπαν:
- ότι ήταν το ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις επειδή βλέπετε αστέρια σε κάθε κατεύθυνση που κοιτάζετε (το ονομάζουμε ομοιογενές σύμπαν)
- ότι ήταν αμετάβλητο, για πάντα το ίδιο, γιατί τίποτα δεν άλλαζε με κάθε χρόνο (ένα στατικό Σύμπαν)
- ότι το Σύμπαν ήταν άπειρο, γιατί καθώς τα τηλεσκόπια μεγάλωναν με τους αιώνες, ένας ολοένα αυξανόμενος αριθμός ασθενέστερων αστεριών βρέθηκε σε κάθε μέρος του ουρανού.
Εάν όλα αυτά τα πράγματα για το Σύμπαν είναι αληθινά, τότε κάθε οπτική επαφή, κάθε μέρος που κοιτάζετε στο διάστημα θα πρέπει τελικά να συμβεί σε ένα αστέρι.
Φανταστείτε να παίρνετε ένα μικρό κομμάτι του ουρανού, ίσως το μέγεθος της μικρογραφίας σας, που κρατάτε στο μήκος του βραχίονα είναι περίπου το μέγεθος της πανσέληνου. Δοκιμάστε το την επόμενη φορά που θα κοιτάξετε τον νυχτερινό ουρανό και θα διαπιστώσετε ότι θα μπορείτε να μπλοκάρετε τη Σελήνη από τον ουρανό με τον αντίχειρά σας.
Και οι δύο γνωρίζουμε καλά ότι στην πραγματικότητα η Σελήνη είναι πολύ μεγαλύτερη από τον αντίχειρά σας. Στην πραγματικότητα, αν υποθέσω ότι η μικρογραφία μου είναι περίπου κυκλική και περίπου 1,5 εκατοστό πλάτος, θα μπορούσα να χωρέσω 50.000.000.000.000.000 από τις μικρογραφίες μου στην επιφάνεια της Σελήνης.
Ο λόγος για τον οποίο η μοναδική μου μικρογραφία μπορεί να μπλοκάρει ολόκληρη τη Σελήνη σε απόσταση ενός χεριού από εμένα κάτω στη Γη, είναι η προοπτική. Αν φανταστούμε ότι το χέρι μου θα μπορούσε να μεγαλώσει στο διπλάσιο του μήκους του, τότε σε διπλάσια απόσταση θα χρειαζόταν τέσσερις από τις μικρογραφίες μου για να μπλοκάρει ολόκληρη την Πανσέληνο. Πάλι διπλάσια απόσταση και θα χρειαζόταν δεκαέξι μικρογραφίες.
Τώρα, αν το τέντωμα των χεριών δεν ήταν αρκετό για εσάς, φανταστείτε ότι και η μικρογραφία μου λάμπει. Όσο πιο κοντά μου είναι, τόσο πιο φωτεινό θα φαίνεται. Όσο πιο μακριά είναι, τόσο πιο αχνά θα είναι. Αυτό είναι κάτι που όλοι γνωρίζουμε όταν διασχίζουμε δρόμους τη νύχτα – κρίνοντας πόσο μακριά είναι ένα αυτοκίνητο από το πόσο φωτεινά φαίνονται τα φώτα του. Οι αστρονόμοι γνωρίζουν εδώ και πολύ καιρό πόσο πιο αχνά γίνονται τα πράγματα με την απόσταση, και όπως και με την προοπτική εξαρτάται από το τετράγωνο της απόστασης.
Διαβάστε περισσότερα αποσπάσματα βιβλίων σχετικά με το διάστημα:
- Κοσμικοί διαστημικοί σεισμοί και η ενέργεια βαρέων μετάλλων τους
- Μπορείτε να λύσετε αυτές τις δύσκολες ερωτήσεις που εμπνέονται από τον Stephen Hawking;
- Κοσμική προέλευση:το θαυματουργό ταξίδι από τα σύννεφα σκόνης στη ζωή
Έτσι, αν πάμε δύο φορές πιο μακριά, τα πράγματα γίνονται τέσσερις φορές πιο αχνά, επειδή 2² =2 x 2 =4. Τρεις φορές πιο μακριά, τα πράγματα γίνονται εννέα φορές πιο αμυδρά. Δέκα φορές πιο μακριά, εκατό φορές πιο αχνά. Έτσι, αν επιστρέψουμε στη λαμπερή μικρογραφία μου στον επεκτεινόμενο βραχίονά μου – με διπλάσιο μήκος από το χέρι μου, θα χρειαστώ τέσσερις λαμπερές μικρογραφίες για να αποκλείσω τη Σελήνη, αλλά θα είναι τέσσερις φορές πιο αχνές. Έτσι, τα δύο εφέ ακυρώνονται για να σας δώσουν τέσσερις μικρογραφίες τόσο φωτεινές όσο η μικρογραφία, μόλις ένα χέρι από εσάς.
Τώρα φανταστείτε να το πάρω στο 100 φορές το μήκος του χεριού μου, όπου θα είχαμε 10.000 μικρογραφίες, οι οποίες θα ήταν 10.000 φορές πιο αχνές και ωστόσο τόσο φωτεινές όσο μια μικρογραφία στο μήκος του ενός χεριού – και ούτω καθεξής μέχρι το άπειρο.
Οι λαμπερές μικρογραφίες μπορεί να είναι μια ελαφρώς αδύναμη αναλογία, αλλά μου αρέσει περισσότερο. Γιατί φανταστείτε ότι αντί για μια λαμπερή μικρογραφία έχουμε ένα αστέρι και αντί για ένα χέρι έχουμε ένα έτος φωτός.
Ακόμη και με αυτά τα πολύ μεγαλύτερα αντικείμενα και αποστάσεις, ισχύουν οι ίδιες αλήθειες όπως και με τη λαμπερή μικρογραφία. Αν έχω ένα αστέρι σε ένα τμήμα του ουρανού σε απόσταση ενός έτους φωτός, θα είχα τέσσερα στο ίδιο τμήμα σε διπλάσια απόσταση, που θα ήταν τέσσερις φορές πιο αχνό.
Τώρα φανταστείτε αυτό σε ολόκληρο τον ουρανό. Ένας ουρανός ομοιογενής, ίδιος προς όλες τις κατευθύνσεις και άπειρος. Σε κάθε βήμα έτους φωτός, σε όποια κατεύθυνση κοιτάξουμε, θα είχαμε την ίδια φωτεινότητα με ένα μεμονωμένο αστέρι μόλις ένα έτος φωτός μακριά. Και με άπειρο αριθμό βημάτων έτους φωτός ο νυχτερινός ουρανός θα ήταν εκτυφλωτικά φωτεινός! Γιατί λοιπόν ο ουρανός είναι σκοτεινός;
Ο Έντγκαρ Άλαν Πόε, από όλους τους ανθρώπους, το έθιξε κάποτε σε ένα από τα πολλά δοκίμιά του:
Εάν η διαδοχή των αστεριών ήταν ατελείωτη, τότε το φόντο του ουρανού θα μας παρουσίαζε μια ομοιόμορφη φωτεινότητα, όπως αυτή που εμφανίζει ο Γαλαξίας – αφού δεν θα μπορούσε να υπάρχει απολύτως κανένα νόημα σε όλα αυτά φόντο, στο οποίο δεν θα υπήρχε ένα αστέρι. Ο μόνος τρόπος, επομένως, με τον οποίο, κάτω από μια τέτοια κατάσταση πραγμάτων, θα μπορούσαμε να κατανοήσουμε τα κενά που βρίσκουν τα τηλεσκόπια μας σε αμέτρητες κατευθύνσεις, θα ήταν υποθέτοντας ότι η απόσταση του αόρατου φόντου είναι τόσο τεράστια που καμία ακτίνα από αυτό δεν έχει ακόμη καταφέρει να μας φτάσει καθόλου.
Ο Έντγκαρ εστίασε μόνο σε έναν λόγο για τον οποίο ο ουρανός μπορεί να είναι σκοτεινός:επειδή το Σύμπαν δεν είναι απείρως παλιό. Έχει μια ορισμένη ηλικία, σε χρόνια, από τη δημιουργία του.
Προσθέτοντας αυτή την υπόθεση στα τρία μας από ψηλά – και λαμβάνοντας υπόψη ότι χρειάζεται χρόνος φωτός για να φτάσει σε εμάς, ταξιδεύοντας με το καθορισμένο όριο ταχύτητας – προκύπτει ότι μπορούμε να δούμε μόνο το φως των αστεριών που είχε αρκετό χρόνο για να φτάσει σε μας από την αρχή της δημιουργίας.
Διαβάστε περισσότερα συναρπαστικά χαρακτηριστικά για το Σύμπαν:
- Αναζήτηση απελπισμένης ύλης που λείπει:η αναζήτηση για το 95 τοις εκατό του Σύμπαντος
- Τα εννέα πιο μυστηριώδη αντικείμενα στο Σύμπαν
- Το κυνήγι για τους παλαιότερους γαλαξίες στο Σύμπαν
Τώρα γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε στη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, επομένως επειδή το φως θα χρειαστεί χρόνο για να φτάσει σε εμάς, θα υπάρχει ένα «παρατηρήσιμο σύμπαν» πέρα από το οποίο είμαστε τυφλοί και δεν μπορούμε να δούμε κανένα αστέρι.
Αλλά το άλλο πράγμα που γνωρίζουμε από τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι ότι το Σύμπαν δεν είναι άπειρο. Έχει πεπερασμένο μέγεθος. Έτσι, όχι μόνο το φως θα χρειαστεί χρόνο για να φτάσει σε εμάς, αλλά δεν θα έχουμε άπειρο αριθμό βημάτων έτους φωτός σε μία μόνο οπτική γραμμή. Ως αποτέλεσμα, δεν θα έχουμε τον άπειρο αριθμό αστεριών που απαιτούνται για να κάνουμε τον νυχτερινό ουρανό φωτεινό.
Ταυτόχρονα πρέπει να θυμόμαστε ότι το Σύμπαν συνεχώς μεγαλώνει, γιατί ο ίδιος ο χώρος διαστέλλεται. Αυτή η επέκταση του χώρου τεντώνει τα φωτεινά κύματα που ταξιδεύουν σε αυτόν. Όσο περισσότερο το φως ταξιδεύει στο Σύμπαν, τόσο περισσότερο μετατοπίζεται προς το κόκκινο.
Αλλά το διάστημα έχει επεκταθεί τόσο πολύ που όλο το ορατό φως από τα πιο μακρινά πράγματα στο Σύμπαν έχει τεντωθεί πέρα από το ορατό κόκκινο φως σε υπέρυθρα και ακόμη και μικροκύματα. Αυτά τα κύματα δεν είναι πλέον ορατά στα αδύναμα ανθρώπινα μάτια μας και έτσι η αληθινή λάμψη του νυχτερινού ουρανού είναι, στην πραγματικότητα, εντελώς κρυμμένη από εμάς.
Αυτό είναι ένα επεξεργασμένο απόσπασμα από το Space:10 πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε από τον Dr Becky Smethurst, διαθέσιμο τώρα (9,99 £, Orion)
Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard
