夜空が暗い理由

夜空を見上げて、無限に近い数の星で完全に満たされていない理由を考えたことがあるなら、あなたは一人ではありません。実際、これは天文学で最も古いパズルの 1 つですが、その答えは比較的単純であるだけでなく、非常に興味深いものでもあります。

彼女の著書 Space:10 Things You Should Know からの抜粋 、天文学者で YouTuber の Becky 博士が、この宇宙論的な難問の背後にある科学について説明します。

夜空が暗い理由

なぜ夜空が暗いのかという疑問は、古代ギリシャ人から 20 世紀の天文学者まで、何千年にもわたって多くの物理学者や哲学者によって提起されてきました。

19 世紀に Heinrich Olbers というドイツ人によって普及されました。昼は医者、夜は天文学者。他の多くの人がこの問題を以前に説明していましたが、オルバースは彼にちなんで名付けられた説明を定式化しました:オルバースのパラドックス、時には暗い空のパラドックスとして知られています.

この質問には簡単な答えがあると思うかもしれません:太陽が沈んだので夜空が暗いのは確かですか?しかし、地球がその軸を中心に回転し、昼間の空に常に存在する生命を与える大きな光の球から離れて、数え切れないほどの他の星の方に向きを変えます.

これらの星は遠く離れているかもしれませんが、もっと多くの星があり、私たちのホームスターが取るに足らないものに見えるほどです.したがって、答えはかなり深遠であり、私たちが住んでいる宇宙の本質についての洞察を与えてくれます.

前の世代が宇宙について正しいと考えていたことを思い出してください。空には、太陽、月、惑星、星々があり、沈むと必ず再び昇ります。これらのことは知られており、一定でした。

これらの観察に基づいて、私たちの祖先は宇宙について次のような結論を導き出しました:

宇宙に関するこれらすべてのことが真実である場合、すべての視線、宇宙で見るすべての場所は、最終的に星に起こるはずです.

空の小さなパッチを撮影することを想像してみてください。おそらく、腕の長さで持ったサムネイルのサイズは、満月のサイズとほぼ同じです。次回夜空を見ているときに試してみてください。親指で空から月を遮ることができるでしょう。

私たちは二人とも、実際には月が親指よりもずっと大きいことをよく知っています。実際、サムネイルがほぼ円形で、直径が約 1.5 センチメートルであると仮定すると、50,000,000,000,000,000 個のサムネイルが月の表面に収まる可能性があります。

私の 1 つのサムネイルが地球上で私から腕の長さだけ離れた月全体を遮ることができる理由は、すべて遠近法にあります。私の腕がその長さの 2 倍になると想像すると、距離が 2 倍になると、満月全体を遮るのに 4 つのサムネイルが必要になります。もう一度距離を 2 倍にすると、16 個のサムネイルが必要になります。

腕を伸ばすだけでは不十分な場合は、サムネイルも光ると想像してください。私に近づくほど、明るく見えます。遠ざかるほど、暗くなります。これは、夜間に道路を横断することでよく知られていることです。ヘッドライトの明るさで車がどれだけ離れているかを判断します。天文学者は、遠近法と同様に、距離の 2 乗に依存するものと同様に、物がどれだけ暗いかを長い間知っていました。

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つまり、2 倍の距離に行くと、2² =2 x 2 =4 であるため、物事は 4 倍暗くなります。3 倍遠くに行くと、物事は 9 倍暗くなります。十倍遠く、百倍暗い。ですから、延長可能な腕の光るサムネイルに戻ると、腕の長さの 2 倍の場合、月を遮るには 4 つの光るサムネイルが必要になりますが、4 分の 1 の明るさになります。したがって、2 つの効果が相殺され、4 つのサムネールと同じくらい明るいサムネールがあなたから 1 腕分離れた場所に表示されます。

これを私の腕の長さの 100 倍にすると想像してみてください。10,000 個のサムネイルがあり、それは 10,000 倍暗くなりますが、1 つの腕の長さで 1 つのサムネイルと同じくらい明るくなります。

光るサムネールというのは、ちょっとあいまいな例えかもしれませんが、私はそれが好きです。光るサムネイルの代わりに星があり、腕の長さの代わりに光年があると想像してみてください。

これらのはるかに大きなオブジェクトと距離があっても、光るサムネイルと同じ真実が成り立ちます。 1 光年離れた空の区画に 1 つの星がある場合、2 倍の距離にある同じ区画に 4 つの星があり、4 倍暗いことになります。

これを空全体で想像してみてください。一様で、どこまでも同じで、無限に広がる空。光年ごとに、どの方向を見ても、わずか 1 光年離れた 1 つの星と同じ明るさになります。光年の歩数が無数にあると、夜空は目がくらむほど明るくなります。では、なぜ空は暗いのでしょうか?

エドガー・アラン・ポーは、多くのエッセイの中でかつてこれに触れました:

星の連続が際限なく続くとしたら、空の背景は、銀河系が示すような均一な明るさを私たちに与えるでしょう。星が存在しない背景。したがって、このような状況下で、私たちの望遠鏡が無数の方向に見出す虚空を理解できる唯一の方法は、目に見えない背景の距離が非常に大きく、そこからの光線がまだ到達していないと仮定することです。

エドガーは、空が暗いかもしれない唯一の理由に焦点を当てました:宇宙は無限に古いわけではないからです.作成されてから一定の年齢があります。

その仮定を上からの 3 つに追加し、設定された速度制限で移動して、到達するのに光の時間がかかることを考慮すると、到達するのに十分な時間がある星の光しか見ることができないということになります。創造の始まりから私たち。

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宇宙は 138 億年前のビッグバンで作成されたことがわかっています。そのため、光が到達するまでに時間がかかるため、「観測可能な宇宙」が存在し、それを超えると、私たちは目が見えなくなり、星を見ることができなくなります。 /P>

しかし、ビッグバンの理論からわかっているもう 1 つのことは、宇宙は無限ではないということです。有限サイズです。そのため、光が私たちに届くまでに時間がかかるだけでなく、1 つの視線に沿って光年歩数が無限に続くわけではありません。その結果、夜空を明るくするのに必要な無数の星はありません。

同時に、宇宙自体が膨張しているため、宇宙は常に成長していることを覚えておく必要があります。この空間の拡大は、空間を通過する光の波を伸ばします。光が宇宙を移動するほど、赤方偏移が大きくなります。

しかし、宇宙の最も遠いものからのすべての可視光は、可視赤色光を超えて赤外線やマイクロ波にまで引き伸ばされているほど、宇宙は非常に膨張しています.これらの波は私たちの弱い人間の目にはもはや見えないため、夜空の本当の輝きは、実際には完全に私たちから隠されています.

これは、Space:知っておくべき 10 のこと からの抜粋を編集したものです。 Becky Smethurst 博士著、現在入手可能 (£9.99、Orion)

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