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夜空为什么是黑的?你以为的“正常”,却隐藏着一个绝望的事实

人类科技的发展让我们得以开始进行太空探索。虽然目前我们的太空探索还停留在起步阶段,甚至还没能突破太阳系,但这至少证明了太空探索的可行性,也为人类指明了发展方向。

在无法实现载人深空探索的现在,先进的太空望远镜仍然可以让我们去观测宇宙的奥秘。每一次新的发现,都能激起人们对未知的憧憬与期待。

然而,当你抬头仰望夜空的时候,你会惊讶地发现,与白天的蓝天大不相同,夜晚的天空几乎完全是黑色的。

为什么夜空会是黑色的?

01

夜空为何黑暗?这一疑问困扰着人类几个世纪以来。

哥白尼在16世纪提出了日心说,认为地球围绕太阳转动,因此产生了白天和黑夜的更替。这似乎给出了一个简单的解释。但是,这种解释仅仅适用于地球和太阳组成的太阳系。

当我们把视野放向浩瀚的宇宙时,日心说就无法解释为何整个宇宙并非处于永恒的白昼状态。让我们做一个思想实验,想象一个房间,房间内光源遍布,无处不在。在这种情况下,不管遮挡物如何摆放,房间内都不会出现黑暗,而只会非常明亮。

照此类推,宇宙中存在数不清的恒星,它们所发出的光线遍布整个宇宙空间,为何我们还会经历黑夜的到来?这似乎与常理相悖。

19世纪20年代,德国天文学家海因里希·奥伯斯提出了一个令人不解的“佯谬”。

奥伯斯认为,如果宇宙真的是无限的,那么无论我们看向哪个方向,都应该会看到无数遥远的恒星发出的光。尽管每颗恒星的光都较暗淡,但加在一起,应该足以照亮夜空。然而事实并非如此,夜空依旧黑暗。

这一佯谬困扰着天文学家多年。有人提出,随着距离的增加,恒星光的强度会衰减,因此超远距离的恒星发出的光已经太弱,无法照亮夜空。但这种解释站不住脚。

的确,单颗恒星的光强会随距离平方衰减,但从统计角度来看,如果宇宙中的恒星分布均匀,那么任意距离r的球壳面上的恒星数量与r的平方成正比。光强的衰减正好抵消了恒星数量的增加,使得任意距离处恒星的总光强保持不变。

那么星际尘埃等会不会遮挡光线?这也似乎行不通。虽然它们可以初步遮挡光线,但会被持续加热至恒星温度,最终自己也会发光。

百思不得其解之时,20世纪初何博的观测给出了关键线索——宇宙在扩张。这意味着几十亿年前,宇宙更为紧凑,光还来不及传播到现在的距离。因此,目前我们只能观测到局部宇宙内的恒星,远方的光还来不及抵达地球。

如此,奥伯斯佯谬迎刃而解。宇宙并非静态不变,而是动态扩张的。在这个框架下,夜空黑暗不仅可以解释,甚至成为新的宇宙学模型的一个验证。

02

行星、卫星、小行星带以及无数的宇宙尘埃,都漂浮在广袤的太空中。根据目前的观测和模型预测,在太阳系范围内,应存在着数以十亿计的小天体,它们互相碰撞、碎裂,产生了难以计数的尘埃粒子。

这些尘埃粒子会反射阳光,白天我们看到的天空之蓝,就是来自这些尘埃反射的阳光。那么夜晚的时候,太阳光无法到达,尘埃也就不再反射光线,于是天空便呈现出黑色。

但是,问题在于,太阳系内存在如此之多的尘埃,它们反射的光线理应会使夜空保持一定的亮度,而不是完全的黑色。

那么,这些尘埃跑哪去了呢?

这里涉及到了一个巨大的空间:星际空间。在太阳系之外,存在着广阔的星际空间。这些空间极为广袤,除了极少量的氢和氦,基本上是完全的真空状态。

在这种环境下,太阳系内的尘埃很容易就会逃逸到星际空间,从而不再对夜空产生影响。

也就是说,之所以夜空是黑的,是因为太阳系内大量尘埃不断逃逸到了无边无垠的星际空间。人类目前的太空探索,才刚刚超越地球的引力,想要突破太阳系都是非常困难的。而广袤的星际空间对人类来说更是完全的禁区。

这样一来,夜空的黑色就成为了一种悲剧的隐喻。

它提醒我们,尽管人类渴望探索宇宙的热情似乎难以遏制,但我们毕竟是生存在一个封闭系统内的微不足道的生命。我们注定要面对巨大的空间限制,注定无法突破太阳系的界限,更遑论探索没有尽头的宇宙。

03

近些年,科学家通过红移现象的观测,得出一个令人震惊的结论:我们的宇宙,正以超乎想象的速度膨胀着。这一发现颠覆了人类对宇宙的传统认知,同时也给宇宙距离的测量带来了新的挑战。

一切要从红移说起。我们知道,天体发出的光会因“多普勒效应”而产生频移。如果光源远离观测者,发出的光会向红色波长方向偏移,这就是“红移”。

早在上世纪,天文学家就利用红移测量恒星的速度。但他们发现,某些遥远天体的红移远远超过可解释的范围,这意味着所谓的“膨胀宇宙”模型甚至比想象中扩张的还要快。

天文学家使用先进设备重新测量了大量天体的红移。结果表明,远方星系的红移速度之快,已经超过了光速。换言之,这些星系正以超光速的速度远离我们。这一发现彻底颠覆了科学界对宇宙膨胀速度的认知。

根据爱因斯坦的相对论,物体的运动速度不应超过光速。那么为何远方星系的运动速度如此之快?原来,正是空间本身在迅速膨胀着。宇宙中的星系被空间的膨胀“带动”,所以呈现出看似超光速的运动。

可是,为何空间会以这样极快的速度膨胀呢?这背后隐藏着一个巨大的谜团。科学家推测,也许是在宇宙早期,一种神秘的“暗能量”启动了空间的迅速膨胀。但暗能量的起源至今不明。解开这个谜题,能否揭示宇宙起源的奥秘?未来的研究还有长远的路要走。

与此同时,快速膨胀的宇宙也给天文距离测量带来了新的困难。由于空间在持续扩张,两点之间的距离也在不断改变。

例如,若两星系间的距离起初是100万光年,过了一段时间后实际距离可能已经超过了110万光年。这意味着,天文学中的距离测量并不能简单地等同于“光行时间”。为了得到精确数据,天文学家不得不频繁重新测量星系之间的实时距离。

04

如今,有人喜欢黑夜,同时也有人惧怕黑夜。这似乎让人困惑,因为黑夜对不同的人产生了完全相反的感受。

但是,如果我们深入思考,就会发现这两种态度其实都源于人类共同的本能——对未知的畏惧。

喜爱黑夜的人,实际上喜爱的是黑夜所带来的宁静、月光和星光。这些都让人产生一种舒适和放松的感觉。他们喜欢黑夜,是因为黑夜满足了他们对安宁的需求。

而惧怕黑夜的人,恰恰是因为黑夜代表了未知。在黑暗中,我们失去了视力,对周围环境一无所知,这很容易让人联想到死亡和危险,引发恐惧感。

这种对未知的畏惧,源于人类原始时期的生存本能。为了避免遭受夜间野兽的伤害,我们的祖先学会了惧怕黑夜。即便在今天,这种本能也刻在我们的基因代码中。只要身处未知的环境,我们就会不由自主地感到不安全。

05

人类在科技上仍然渺小,但科学探索的精神永不止步。

我们既不应对宇宙心生畏惧,也不应盲目乐观。而是应保持理性和勇气,在认识自身局限性的同时,不断突破各种界限,开拓属于人类的美好未来。

人类渺小而又伟大。我们努力探索宇宙的奥秘,却也承认自己的局限。

无论宇宙将走向何方,我们都会继续用智慧和勇气面对未知的世界。这种探索的精神,是人类最宝贵的财富。

它让我们超越个体的命运,感受到与伟大宇宙的连结。

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