Почему космос остаётся тёмным, несмотря на миллионы звёзд
В небе тысячи звёзд и галактик, и все светятся и мерцают вдали. Но между ними — глубокая тьма. Задумывались ли вы, почему так происходит? Почему небо не светится постоянно, как если бы там были фонари во всех направлениях? Ответ лежит в фундаментальных свойствах Вселенной и её истории. Нам стало интересно разобраться, и вот что мы узнали.
Учёные ещё в XIX веке заметили парадокс: если Вселенная бесконечна, однородна (везде примерно одинаково заполнена звёздами) и статична (не расширяется, и она существует вечно), тогда в любом направлении, куда вы посмотрите, вы должны в конечном итоге увидеть поверхность какой-то звезды. Это потому, что свет от бесконечного числа звёзд должен бесконечно заполнять весь космос. Такое небо должно быть ярким как Солнце. Но на практике этого не наблюдается — ночное небо тёмное. Это и есть так называемый парадокс Ольберса.
Почему же так происходит?
По предположениям ученых, наша Вселенная родилась примерно 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва. Свет распространяется с конечной скоростью — около 300 000 км/с. Из-за этого мы можем видеть только ту часть Вселенной, от которой свет успел до нас долететь за 13,8 млрд лет. Эта часть называется наблюдаемой Вселенной.
И даже в пределах этой области много объектов слишком далеки, чтобы их свет был достаточно ярким, чтобы заполнить ночное небо. Свет от более отдалённых объектов ещё просто не достиг Земли.
При этом Вселенная не стоит на месте: она расширяется. Это означает, что расстояние между далёкими галактиками увеличивается со временем. Из-за расширения длины волн света, который путешествует через космос, увеличиваются (они «растягиваются»). Это явление называется космологическим красным смещением.
Почему это важно? Потому что с увеличением длины волны свет становится менее энергичным и уходит из видимого диапазона человеческого глаза в инфракрасный и микроволновой диапазон. Таким образом, даже если из далёких уголков Вселенной свет и достиг Земли, мы не видим его своим зрением.
Учтем, что свет очень быстро теряет яркость с расстоянием: если источник света удалён в 10 раз дальше, его яркость кажется в 100 раз слабее (это закон обратных квадратов). Даже очень яркие звёзды становятся невероятно бледными, когда находятся в огромных космических расстояниях.
Кроме того, многие звёзды очень малы, тусклы и вовсе невидимы без мощных телескопов. Наши глаза видят лишь малую часть всех звёзд во Вселенной.
Кстати, сам космический темный фон - это не пустота. Космос заполнен слабым излучением, которое называется космическим микроволновым фоном: это остаточное излучение от ранней горячей фазы Вселенной, «остывшее» в процессе её расширения. Это излучение имеет очень низкую температуру и находится в микроволновом диапазоне, а не в видимом спектре. Поэтому мы не видим его невооружённым глазом, но оно есть — и оно заполняет пространство.
Итак, небо остаётся тёмным, потому что Вселенная не бесконечна и не вечна: она появилась миллиарды лет назад, поэтому свет от самых дальних звёзд ещё не успел до нас дойти. Кроме того, Вселенная расширяется, и свет от далеких объектов растягивается и становится слишком слабым или выходит из видимого диапазона. А ещё многие звёзды слишком маленькие и тусклые, чтобы наши глаза могли их заметить. Всё это вместе делает ночное небо тёмным, несмотря на миллионы звёзд.