Jeśli wszechświat rozciąga się na zawsze i jest pełen gwiazd, dlaczego nocne niebo jest ciemne? To pytanie zadają filozofowie i naukowcy od czasów starożytnych. Tak jak obserwator widzi drzewa we wszystkich kierunkach stojąc w lesie, każda linia wzroku w nieskończonym wszechświecie powinna zakończyć się migotaniem gwiazdy. Rezultatem netto powinno być niebo płonące niebiańskim światłem. Nie tylko nocne niebo powinno być tak jasne, jeśli nie jaśniejsze, niż w ciągu dnia, ale ciepło z tych wszystkich słońc powinno wystarczyć do zagotowania oceanów na Ziemi! Dlatego rozgwieżdżona scena przedstawiona na uderzającym obrazie towarzyszącym temu artykułowi powinna wydawać się brakować gwiazd w porównaniu do patrzenia w Kosmos powyżej.
Edgar Allen Poe rozważał tę zagadkę w swojej pracy z 1850 r. Zatytułowanej „The Power of Words”. Odniósł się do połączonego oświetlenia emitowanego przez światło niebieskie jako „złote ściany Wszechświata”. Na przykład obserwator w lesie widzi osłonę drzew, ponieważ las kontynuuje dalej niż granica tła - średnia odległość, przy której drzewo przerywa linię wzroku. Podobnie, z dowolnego punktu w niekończącym się Wszechświecie wypełnionym gwiazdami, gwiazdy, które są blisko, powinny nakładać się na gwiazdy znajdujące się dalej, dopóki każdy cal kwadratowy widoku nie zostanie wypełniony światłem z odległego Słońca.
Aktualne szacunki wskazują, że liczba gwiazd we Wszechświecie wynosi 70 seklinionów (70 000 milionów milionów milionów), na podstawie ankiety przeprowadzonej w 2003 roku przez australijskich astronomów. To dziesięciokrotność liczby ziaren piasku na wszystkich plażach i pustyniach Ziemi łącznie, a na pewno więcej niż wystarczy, aby wypełnić całe niebo światłem gwiazd!
Ale nocne niebo nie jest zalane światłem Wszechświata, więc wcześni teoretycy spekulowali, że albo gwiazd jest ograniczona liczba, albo ich światło jakoś nie dociera do Ziemi. Kiedy odkryto pył międzygwiezdny, niektórzy myśleli, że znaleziono przyczynę. Jednak obliczenia szybko wykazały, że jeśli cząsteczki pyłu pochłoną całe brakujące światło gwiazd, wówczas same cząsteczki pyłu zaczną świecić.
Odpowiedź ostatecznie wyjaśniono implikacjami z teorii względności Alberta Einsteina.
Gdzieś między dziesięć a dwadzieścia miliardów lat temu Wszechświat został utworzony przez wydarzenie zwane Wielkim Wybuchem. Dlaczego tak się stało i co go poprzedziło, pozostaje najgłębszą tajemnicą, ale to, co się wydarzyło, wydaje się obecnie większości obywatelom naukowym dość niepodważalne. Cała materia i energia - zasadniczo wszystko, co kiedykolwiek było, jest lub może być - ograniczało się do skoncentrowanego, niewyobrażalnie gęstego stanu. Co ciekawe, nie było tak, jakby wszystko we Wszechświecie zostało ściśnięte w jakieś miejsce otoczone przestrzenią wypełnioną niczym. W rzeczywistości to był Wszechświat - cała materia, energia i całą przestrzeń, którą wypełniają. Jego zewnętrzny rozmiar był nieistotny, ponieważ nie miał zewnętrznej powierzchni; poza tym nic nie istniało - jest to do dzisiaj prawdą.
Następnie, z powodów, które wciąż są przedmiotem dyskusji, jądro Wszechświata zaczęło się rozwijać w niezwykle szybkim tempie, jakby doznało eksplozji. To rozszerzenie nigdy się nie zatrzymało, w rzeczywistości jego tempo wzrosło z czasem! Bardziej do rzeczy w naszej dyskusji jest fakt, że Wszechświat zaczął się w określonym momencie.
Jeszcze jedna implikacja teorii względności pomaga wyjaśnić nasze ciemne nocne niebo. Światło porusza się z określoną prędkością. Porusza się jednak tak szybko, że jego prędkość wyraża się w odległości, jaką przebył w ciągu jednego roku. Jest to znane jako rok świetlny iw tym czasie światło przemieści 9,46 biliona (9,46 10 1012) kilometrów lub 5,88 bilionów (5,88 × 1012) mil.
Przestrzeń i czas są ze sobą powiązane. Nie możemy patrzeć w przestrzeń bez patrzenia wstecz w czasie. Przestrzeń jest ogromna, a separacja między gwiazdami jest ogromna. Na przykład średnia odległość między gwiazdami wynosi kilka lat świetlnych. Jest to jednak bliskie w porównaniu z innymi długościami mierzonymi przez astronomię. Odległość od naszego Słońca do centrum naszej Galaktyki wynosi około 26 000 lat świetlnych lub 260 bilionów kilometrów! Odległość od naszej Galaktyki, Drogi Mlecznej, do najbliższej galaktyki, znajdującej się w gwiazdozbiorze Andromedy, wynosi ponad 2 miliony lat świetlnych. Oznacza to światło, które widzimy dziś wieczorem z Wielkiej Galaktyki Andromedy (M31) pozostawionej na Ziemię, kiedy na tej planecie nie było współczesnych ludzi, ani Homo Sapiens - chociaż nasza linia ewolucyjna była dobrze ugruntowana. Odległość od Ziemi do najodleglejszego obiektu, galaktyki wykrytej przez teleskop kosmiczny Hubble'a, wynosi około 13 miliardów lat świetlnych. Widzimy tę galaktykę tak, jak wyglądała przed powstaniem naszej galaktyki!
A zatem powodem, dla którego nasze nocne niebo jest czarne, powodem, dla którego przestrzeń nie jest wypełniona oślepiającym światłem, jest to, że znaczna część światła gwiazd wypełniających niebo nie miała czasu dotrzeć do Ziemi - wiele z nich jest tak daleko, że są po prostu niewykrywalne w tym czasie. Tak więc, chociaż liczba gwiazd jest zasadniczo nieskończona, liczba gwiazd, które widzimy, jest skończona, co tworzy ciemne szczeliny na niebie, które widzimy jako ogrom przestrzeni.
Istnieje również kilka innych czynników, które powodują, że przestrzeń wydaje się nieoświetlona. Na przykład wiele gwiazd z czasem gaśnie lub eksploduje, co usuwa ich udział w ilości światła we Wszechświecie. Dodatkowo światło gwiazd jest redukowane przez przesunięcie ku czerwieni - zjawisko bezpośrednio związane z ekspansją Wszechświata. Przesunięcie na czerwono jest podobne do efektu Dopplera, ponieważ oba obejmują rozciąganie fal świetlnych.
Efekt Dopplera opisuje ruch źródła światła względem obserwatora. Światło z obiektu poruszającego się w kierunku obserwatora ulega kompresji w kierunku wyższych częstotliwości lub niebieskiego końca spektrum światła. Światło z oddalającego się obiektu zostaje rozciągnięte w kierunku niższych częstotliwości lub czerwonego końca.
Przesunięcie na czerwono nie ma nic wspólnego z ruchem źródła światła, ale raczej z odległością, w jakiej źródło światła znajduje się od obserwatora. Ponieważ przestrzeń rozszerza się we wszystkich kierunkach, światło z bardzo odległego źródła przemieszcza się na coraz większą odległość, a sama rozszerzająca się odległość rozciąga swoje długości fal świetlnych w kierunku czerwieni. Im bardziej odległa galaktyka, tym dłuższa droga musi pokonać jej światło, aby dotrzeć do Ziemi. Ponieważ odległość między galaktyką a Ziemią również stale rośnie, jego światło jest rozciągane w kierunku czerwonego końca spektrum. W ten sposób światło z bardzo odległych galaktyk może zostać przesunięte na czerwono z widma widzialnego do podczerwieni lub, poza tym, do królestwa fal radiowych. Dlatego przesunięcie ku czerwieni zmniejsza również zasięg widzialnego światła gwiazd docierającego do Ziemi i sprawia, że nocne niebo wydaje się ciemniejsze.
Zdjęcie przedstawione w tej dyskusji zostało wykonane przez astronoma Brada Moore'a z jego prywatnego obserwatorium pod Melbourne w Australii na początku tego roku. Scena ta znajduje się w pobliżu Wielkiej Mgławicy Carinae i jest znana jako NGC 3324. Ma również wspólną nazwę Mgławicy Dziurka od klucza, a zarówno ona, jak i Mgławica Eta Carinae znajdują się około 9 000 lat świetlnych od Ziemi w południowej konstelacji Carina. Składa się z młodej, jasnej gromady gwiazd, z których część oświetla otaczającą, bogatą w wodór mgławicę i powoduje jej świecenie.
Co ciekawe, nazywa się to również Mgławicą Mistral Gabriela, ponieważ jest niesamowicie podobna do chilijskiego poety zdobywcy Nagrody Nobla. Przyjrzyj się uważnie, a zobaczysz jej sylwetkę w mgławicy.
Odcienie tego oszałamiającego obrazu nie są jednak prawdziwe. Zostały one przypisane do reprezentowania składu materiału, który obejmuje ten widok. Tlen jest reprezentowany przez czerwony, zielony wskazuje na obecność wodoru, a siarka jest oznaczona niebieskim odcieniem. To zdjęcie wymagało 36 godzinnej ekspozycji przez 12,5-calowy teleskop Ritchey-Chretien Cassegrain i 3,5-megapikselową kamerę astronomiczną.
Czy masz zdjęcia, które chcesz udostępnić? Opublikuj je na forum astrofotograficznym czasopisma Space Magazine lub wyślij je pocztą e-mail, a my możemy umieścić go w Space Magazine.
Wpisany przez R. Jay GaBany
