Kodėl kosmosas toks tamsus?
Trumpas atsakymas: Erdvė tamsi, nes dauguma vietų yra labai toli nuo bet kokio šviesos šaltinio, o Visata nėra begalinis, niekada nesikeičiantis žvaigždžių laukas. Šviesai keliauti reikia laiko, o erdvės tempimas tolimus spindulius daro silpnesnius ir rausvesnius.
Paprasčiau tariant
Jei Visata būtų begalinė, pilna nekintančių žvaigždžių ir pakankamai sena, naktinis dangus būtų šviesus. Tačiau Visatos amžius ribotas, todėl šviesa iš labai tolimų žvaigždžių nespėjo mūsų pasiekti. Šviesa taip pat sklinda keliaudama, todėl net ryškios žvaigždės atrodo silpnos, kai yra labai toli.
Erdvė dažniausiai tuščia, todėl tarp žvaigždžių ir galaktikų yra dideli tamsūs tarpai. Visata plečiasi, ir šis plėtimasis ištempia šviesą iki ilgesnių, silpnesnių bangos ilgių. Ta ištempta šviesa gali virsti infraraudonųjų spindulių arba mikrobangų spalvomis, kurių nematome savo akimis.
Dėl visų šių faktų naktinis dangus mums yra beveik tamsus.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Olberso paradoksas, pagrįstas atvirkštinio kvadrato šviesos ir kosminio plėtimosi dėsniu (Hablo dėsnis / raudonasis poslinkis).
Olberso paradoksas klausia: jei visata būtų begalinė, statiška ir pilna žvaigždžių, kodėl naktinis dangus nėra šviesus? Atvirkštinio kvadrato dėsnis teigia, kad šviesa sklinda kartu su atstumu, todėl žvaigždės ryškumas greitai mažėja tolstant. Visata taip pat turi baigtinį amžių, todėl šviesa iš tam tikro atstumo (stebimos visatos) nespėjo mūsų pasiekti.
Be to, erdvės plėtimasis ištempia šviesą iki ilgesnių bangos ilgių (raudonasis poslinkis), todėl tolimų žvaigždžių šviesa tampa blankesnė ir dažnai nematoma mūsų akims. Kartu šios idėjos išsprendžia Olberso paradoksą ir paaiškina, kodėl didžioji dangaus dalis yra tamsi.
Kaip mes tai žinome: astronomai matuoja galaktikų raudonuosius poslinkius ir mato, kad jos tolsta nuo mūsų, o tai rodo, kad visata plečiasi. Taip pat aptinkame silpną mikrobangų foninę šviesą, likusią nuo ankstyvosios visatos, kuri atitinka karšto, besivystančio kosmoso prognozes . Išmatuotas Visatos amžius yra apie 13,8 milijardo metų, o tai riboja, kiek toli šviesa galėjo nukeliauti, kad mus pasiektų .
Kur tai pastebėsi
- Viena žvakė dideliame tamsiame kambaryje atrodo maža, o likusi kambario dalis lieka tamsi.
- Tolimuose greitkelio žibintuose šviesos atrodo mažytės ir blankios, palyginti su netoliese esančiomis.
- Saulės šviesa tampa daug silpnesnė kelių pėdų gylyje po vandeniu, o gili jūra beveik tamsi.
- Rūkanotą naktį priekinių žibintų spinduliai išsisklaido ir atrodo blankesni toli.
Eksperimentas
Žvaigždžių projektorius su skylute
Sauga: Nežiūrėkite tiesiai į saulę.
Priemonės
- kartoninė dėžutė
- aliuminio folija
- smeigtukas arba adata
- žibintuvėlis arba lempa
- baltas popierius
Žingsniai
- Uždenkite vieną dėžutės galą folija ir smeigtuku pabaksnokite mažą skylutę.
- Priklijuokite baltą popierių lipnia juosta prie vidinės pusės, priešingos folijai, kad jis veiktų kaip ekranas.
- Švieskite žibintuvėliu per folijos skylutę iš dėžutės išorės.
- Išjunkite kitas lemputes ir pažiūrėkite į mažą ryškų taškelį ant popieriaus.
- Patraukite žibintuvėlį toliau ir stebėkite, kaip taškelis tampa blankesnis. Ką jis rodo: Maža, tolima šviesa atrodo daug blankesnė, nes šviesa išsisklaido ir jus pasiekia tik nedidelė jos dalis.
Naudingi terminai
- Olberso paradoksas: Klausimas, kodėl naktinis dangus yra tamsus, jei visatoje yra begalė nekintančių žvaigždžių.
- Atvirkštinio kvadrato dėsnis: Taisyklė, teigianti, kad šviesos intensyvumas mažėja atstumo kvadratu, todėl padvigubinus atstumą, ryškumas sumažėja keturis kartus.
- Raudonasis poslinkis: Šviesos tempimas į ilgesnius (rausvesnius) bangos ilgius, kai erdvė plečiasi, dėl ko šviesa tampa silpnesnė ir sunkiau matoma.
- Kosminis mikrobangų fonas: Labai silpna mikrobangų šviesa, likusi iš karštos ankstyvosios visatos, tarsi švytėjimas iš visatos jaunystės .
Vaikai klausia
Jei yra milijardai žvaigždžių, kodėl jos negali apšviesti dangaus?
Dauguma žvaigždžių yra labai toli ir jų šviesa sklinda, todėl jos atrodo silpnos; taip pat šviesa iš labai tolimų žvaigždžių mūsų dar nepasiekė.
Ar kosmosas tamsus, nes nėra oro?
Ne; tamsa yra apie tai, iš kur ateina šviesa ir kaip toli ji nukeliauja, o ne apie orą. Oras padaro dangų mėlyną Žemėje, bet ne tai, kas padaro kosmosą tamsią.
Ar dangus taps šviesesnis Visatai senstant?
Ne taip, kaip galite manyti; plėtimasis ir raudonasis poslinkis išlaiko tolimą šviesą silpną, ir formuojasi naujos žvaigždės, bet daugelis jų per ilgą laiką žus.