夜空爲什麽是黑的?你認爲的“正常”,卻隱藏著一個絕望的事實

星空承載夢想 2024-05-02 07:38:37
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從古至今,人類都在不斷的研究和探索世界的奧秘,古時候由于人類的科技不斷發達,所以古人一直都認爲我們的地球就是唯一的世界,認爲太陽和月球都在圍繞地球轉動,不過隨著人類科技的進步,人類走出了地球,當人類走出地球之後,人類的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,在宇宙中有很多恒星和行星,我們的地球就是其中的一顆行星,在太陽系中一共有八大行星,它們分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,在海王星的外面還有一顆冥王星,曾經冥王星也屬于一顆行星,但是後來科學家認爲冥王星的體積和質量都太小了,于是將它踢出了行星的行列,在太陽系的八大行星當中,地球是唯一一顆誕生了生命的星球。人類作爲地球上最有智慧的生命,從誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘。

小時候,我們都喜歡擡頭看天上的星星,其實這些行星都是宇宙中的恒星,恒星是一種天體,一般來說恒星都是由分子雲形成的,不過這需要特殊的條件,這個條件可能是附近超新星爆發、或者是分子雲受到了空間的擠壓,亦是一顆恒星的經過,當這些條件發生時,由于引力潮和壓力的作用,分子雲的某些區域被壓縮,當這些區域達到足夠的密度時,恒星便開始形成了,越來越多的物質被拉向中心,中心聚集物的隨機運動也轉變爲繞軸轉動,聚集物質粒子間的碰撞使得溫度開始上升,開始發生熱輻射。形成初期的原恒星十分不穩定,從原恒星的兩極會噴出氣體和塵埃,當核心達到足夠的溫度和壓力時,核聚變就開始了,這時候原恒星就變成了一顆主序星。

在我們的銀河系當中,平均每年誕生7顆恒星,目前誕生的恒星大部分都要比太陽小,一般情況下,離我們最近的恒星就是太陽,恒星就是一個燃燒的大火球,釋放著光和熱,在夜晚的時候,我們擡頭看星星,都是一個一個的小亮點,根據感覺不到它的熱量,也沒有覺得有多亮,這是因爲這些星星距離我們太遠了,離太陽系最近的恒星比鄰星,也有4.2光年左右,看到這裏,相信很多人可能會産生一個疑問,就是宇宙中如此多的恒星,爲什麽我們地球的夜晚還是黑色的?可能有很多人會說,這是因爲地球的自轉和公轉所産生的,因爲地球繞自轉軸自西向東的 轉動,從北極點上空看呈現逆時針旋轉,從南極點上空看呈現順時針旋轉,地球自轉軸和黃道面成66.34度夾角,和赤道面垂直,地球自轉是地球的一種重要的運動形式。

自轉的平均角度大約是4.167*10度/秒,在地球赤道上的自轉速度爲465米/秒,當地球自轉到太陽這一面的時候,這一面就是白天,另一面就是夜晚,晝夜交替就是一天,除了南極北極圈之外有極晝極夜的現象之外,其它地區基本上沒有變化,所謂極晝就是一天24小時內,太陽不會落下,天空總是亮的,即使是夜晚也是有太陽的,這種現象被稱爲白夜,所謂極夜,就是和極晝相反,一天24小時內,太陽總不出來,天空一直都是黑的,即使是白天,也能夠看到星星,極晝和極夜的形成是由于地球沿著橢圓形軌道繞太陽公轉時,還繞著自身的傾斜地軸旋轉而造成的,雖然地球的自轉和公轉能夠導致白天黑夜的形成,但是真相並不只有這麽簡單。在19世紀30年代的時候,著名的德國科學家奧柏斯就發現了這一點。

並且他還提出了奧柏斯佯謬,奧柏斯和很多同時代的人一樣,也相信牛頓和笛卡爾的思想,相信宇宙是有限的,當時奧柏斯認爲,如果我們的宇宙是有限的,那麽引力應該會把所有的恒星拉到一個中心位置上,但是如果宇宙是無限的,那麽引力在各個方向上都是平衡的,當時奧柏斯就意識到,這個宇宙模型和觀測的結果是不一樣的,在一個布滿了無數恒星的有限宇宙中,無論我們在夜晚還是白天,我們的目光都應該落在恒星的表面,就像是在森林中一樣,我們擡頭總是能夠看到光芒,所以在1823年的時候,奧柏斯提出了觀點:當時的宇宙學模型表明,天空中的每一點都應該和太陽表面是一樣亮的。所以不應該出現黑夜,簡單來說就是在恒定的宇宙中,相互之間的距離是平等的。

如果按照這個說法來看的話,那麽宇宙中所有恒星發出的光都能夠照射到地球上,無論地球自轉和公轉,地球都應該是明亮的,不應該出現黑夜,如果按照這個理論來說的話,那麽也是完全合理的,但事實卻不是如此,這到底是怎麽回事呢? 有一些人認爲,可能是氣體、塵埃阻擋了光線的傳播,不過這個理論並不成立,根據愛因斯坦的能量守恒定律,當遠方恒星的光線被星際介質或者其他不發光天體遮擋或者吸收時,光線攜帶的能力不可能憑空消失,在這種情況下,這些星際介質就會被持續加熱,只要時間足夠久,它們的溫度也會無線接近遠方恒星的溫度,其釋放出的光線最終會把地球照亮。當時奧柏斯佯謬困擾了科學界很長的時間。

“奧伯斯佯謬”有4個必要的前提:1、宇宙是靜態的;2、宇宙無限大;3:宇宙是均勻的;4:宇宙存在的時間無限長。後來到了20世紀20年代的時候,美國物理學家愛德溫.哈勃提出了宇宙膨脹的理論,完美的解釋了地球夜空是黑色的,當年愛因斯坦創立廣義相對論之後,希望能夠把這個理論應用于其它科學領域的研究,愛因斯坦當時也受到了前人的阻礙,他相信牛頓的宇宙理論,認爲宇宙是靜止的,愛因斯坦甚至引入了一個名爲宇宙常數的概念,這是一種假想理論,用于抵消重力,阻止宇宙坍縮,在加入宇宙常數之後,愛因斯坦構建了一個有限無邊的靜態宇宙模型,解決了牛頓宇宙模型中的矛盾,雖然這個宇宙常數解決了矛盾,但是愛因斯坦本人對宇宙常數並不太滿意,因爲它破壞了廣義相對論場方程的完美。

就在這個時候,哈勃發現宇宙的膨脹,讓愛因斯坦發現宇宙常數的誕生就是一個錯誤,在哈勃之前,有一些物理學家就發現了愛因斯坦的宇宙模型並不穩定,雖然依靠Λ,愛因斯坦構建了一個能暫時處于靜態的宇宙模型,但是只要場方程中某一個參數有稍許變化,那麽宇宙模型就不可能保持靜態,不是膨脹就是塌縮。1922年蘇聯科學家弗裏德曼對場方程進行了重新求解,它認爲愛因斯坦引入的“宇宙常數項”完全沒有存在的必要,經過重新求解,他得出了第一弗裏德曼方程!第一弗裏德曼方程認爲宇宙是處于膨脹狀態,對于弗裏德曼得出的結論,愛因斯坦一開始不以爲意,但後來哈勃發現的星系紅移現象證實了弗裏德曼的預言。在1929年的時候,哈勃利用特征譜線的特性,發現宇宙中的星系的電磁輻射波長增加了。

就是光譜的譜線向紅端移動了,這意味著星系正在朝我們遠去,這就是星系紅移現象,通常,這種紅移被錯誤地解釋爲多普勒效應,即物體的運動會改變它發射的波長。如果它正在遠離,那麽每個新的波峰都會從離觀察者稍遠的距離發射,因此每個後續波峰需要更長的時間才能到達,對應于更長的觀測波長。對于聲波,這意味著音調較低;對于光,則意味著更紅的顔色。在接近光源的情況下,我們觀察到更短的波長(更高的音高或“藍移”)。物體朝向或遠離觀察者移動得越快,偏移就越大。星系離得越遠,它的光就越多的轉移到了更長的波長,這就是紅移效應,1912年洛厄爾天文台的天文學家維斯托·斯裏弗(Vesto Slipher)發現大多數星系都顯示出較大的紅移,這意味著它們以每秒數百甚至數千公裏的速度後退時,才出現了更大範圍內的紅移觀測。

但比利時宇宙學家喬治·勒梅特 (Georges Lemaître) 和他的美國同事埃德溫·哈勃 (Edwin Hubble) 在1920年代發現的宇宙膨脹的發現徹底顛覆了一切。在1924年的時候,哈勃提出了著名的哈勃定律,該理論指出:由于宇宙的膨脹,那些遙遠的天體都會具備一個遠離我們而去的速度,這個速度被稱爲是退行速度,對于地球上的我們來說,那些遙遠天體的退行速度和它們與地球的距離成正比,哈勃定律用一個簡單的公式“v = Hr”進行描述,其中“v”和“r”分別代表遙遠天體的“退行速度”以及它們與地球的距離,H則是一個常數,這被稱爲“哈勃常數”,根據科學家的測量,它的值爲67.80(±0.77)公裏/秒/百萬秒差距。簡單來說,所謂百萬秒差距其實是一種距離單位。

一百萬秒差距相當于大約326萬光年,根據哈勃定律得出,對于地球上的我們來說,那些遙遠天體和地球的距離每增加326萬光年,它們的退行速度就會增加67.8公裏每秒,按照這個速度來計算的話,如果某一個天體和地球距離達到了144億光年,那麽它的退行速度就會達到光速,一旦超過這個距離,它的退行速度還會超越光速,由于宇宙膨脹的速度很快,所以遙遠恒星發出的光,永遠都不可能達到地球上,因爲光速的傳播是有限的,光速大約是每秒30萬公裏,而宇宙膨脹的速度已經超過了這個速度,所以對于遙遠恒星發出的光,它們會在宇宙中一直飛行,但是永遠都無法達到地球,這就使得我們的地球只能夠被一定範圍內的恒星照射到,而太陽的光和熱是照射地球最多的。

既然其它恒星的光無法飛到地球上,那麽地球背對太陽的一面,就是黑夜,好在我們還有月球能夠反射太陽光,否則我們的夜晚在沒有燈光的情況下,就是漆黑一片的,月球自身並不發光,它是一個沒有大氣層的天體,沒有自己的光源。然而,當太陽光照射在月球表面時,一部分光線會被月球上的岩石、塵埃和反射率較高的物質所反射,達到觀測者的眼睛。這些反射的光線綜合起來形成了我們在夜晚看到的明亮的月亮。月亮表面的反射率不均勻,某些地區的反射率較高,比如月球上的高地和撞擊坑,而其他地區的反射率較低,比如月球的黑斑(Maria)。這種反射光線的不均勻性導致月亮表面的亮度存在變化,我們稱之爲月相。月球對于地球生命來說非常重要。它不僅能夠提供亮度,還能夠産生潮汐作用。

潮汐是指海水在天體潮汐力作用下所産生的周期性運動,潮汐作用使得地球的自轉速度變得越來越慢,根據科學家的研究發現,地球剛剛誕生的時候,它的自轉速度達到了一天6個小時,現在變成了一天24小時,如果沒有月球的存在,可能地球也不會誕生生命,雖然現在人類已經知道了宇宙膨脹的事情,但是對于人類來說,宇宙膨脹並不是一個好消息,因爲如果我們的宇宙一直膨脹下去,那麽我們或許永遠都不知道宇宙的邊緣在哪裏,不過小編認爲,人類是地球上最有智慧的生命,人類的科技在不斷的進步和發展,未來隨著人類科技的進步,說不定人類能夠找到宇宙的邊緣,對此,大家有什麽想說的嗎?

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评论列表
  • 2024-05-07 06:26

    宇宙的黑是爲了凸顯恒星的白。

  • 2024-05-09 21:30

    光子是電磁粒子,慣性直線運動,引力影響極小,無法在沒有原子內部強場的地方軌道停留或散射。也沒有電子質子碰撞破碎産生新光子。漆黑是當然。詳見論文 photon energy and photon behavior discussions

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