夜空为什么是黑的?你认为的“正常”,却隐藏着一个绝望的事实

星空承载梦想 2024-05-02 07:38:37
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从古至今,人类都在不断的研究和探索世界的奥秘,古时候由于人类的科技不断发达,所以古人一直都认为我们的地球就是唯一的世界,认为太阳和月球都在围绕地球转动,不过随着人类科技的进步,人类走出了地球,当人类走出地球之后,人类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,我们的地球就是其中的一颗行星,在太阳系中一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,在海王星的外面还有一颗冥王星,曾经冥王星也属于一颗行星,但是后来科学家认为冥王星的体积和质量都太小了,于是将它踢出了行星的行列,在太阳系的八大行星当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球。人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘。

小时候,我们都喜欢抬头看天上的星星,其实这些行星都是宇宙中的恒星,恒星是一种天体,一般来说恒星都是由分子云形成的,不过这需要特殊的条件,这个条件可能是附近超新星爆发、或者是分子云受到了空间的挤压,亦是一颗恒星的经过,当这些条件发生时,由于引力潮和压力的作用,分子云的某些区域被压缩,当这些区域达到足够的密度时,恒星便开始形成了,越来越多的物质被拉向中心,中心聚集物的随机运动也转变为绕轴转动,聚集物质粒子间的碰撞使得温度开始上升,开始发生热辐射。形成初期的原恒星十分不稳定,从原恒星的两极会喷出气体和尘埃,当核心达到足够的温度和压力时,核聚变就开始了,这时候原恒星就变成了一颗主序星。

在我们的银河系当中,平均每年诞生7颗恒星,目前诞生的恒星大部分都要比太阳小,一般情况下,离我们最近的恒星就是太阳,恒星就是一个燃烧的大火球,释放着光和热,在夜晚的时候,我们抬头看星星,都是一个一个的小亮点,根据感觉不到它的热量,也没有觉得有多亮,这是因为这些星星距离我们太远了,离太阳系最近的恒星比邻星,也有4.2光年左右,看到这里,相信很多人可能会产生一个疑问,就是宇宙中如此多的恒星,为什么我们地球的夜晚还是黑色的?可能有很多人会说,这是因为地球的自转和公转所产生的,因为地球绕自转轴自西向东的 转动,从北极点上空看呈现逆时针旋转,从南极点上空看呈现顺时针旋转,地球自转轴和黄道面成66.34度夹角,和赤道面垂直,地球自转是地球的一种重要的运动形式。

自转的平均角度大约是4.167*10度/秒,在地球赤道上的自转速度为465米/秒,当地球自转到太阳这一面的时候,这一面就是白天,另一面就是夜晚,昼夜交替就是一天,除了南极北极圈之外有极昼极夜的现象之外,其它地区基本上没有变化,所谓极昼就是一天24小时内,太阳不会落下,天空总是亮的,即使是夜晚也是有太阳的,这种现象被称为白夜,所谓极夜,就是和极昼相反,一天24小时内,太阳总不出来,天空一直都是黑的,即使是白天,也能够看到星星,极昼和极夜的形成是由于地球沿着椭圆形轨道绕太阳公转时,还绕着自身的倾斜地轴旋转而造成的,虽然地球的自转和公转能够导致白天黑夜的形成,但是真相并不只有这么简单。在19世纪30年代的时候,著名的德国科学家奥柏斯就发现了这一点。

并且他还提出了奥柏斯佯谬,奥柏斯和很多同时代的人一样,也相信牛顿和笛卡尔的思想,相信宇宙是有限的,当时奥柏斯认为,如果我们的宇宙是有限的,那么引力应该会把所有的恒星拉到一个中心位置上,但是如果宇宙是无限的,那么引力在各个方向上都是平衡的,当时奥柏斯就意识到,这个宇宙模型和观测的结果是不一样的,在一个布满了无数恒星的有限宇宙中,无论我们在夜晚还是白天,我们的目光都应该落在恒星的表面,就像是在森林中一样,我们抬头总是能够看到光芒,所以在1823年的时候,奥柏斯提出了观点:当时的宇宙学模型表明,天空中的每一点都应该和太阳表面是一样亮的。所以不应该出现黑夜,简单来说就是在恒定的宇宙中,相互之间的距离是平等的。

如果按照这个说法来看的话,那么宇宙中所有恒星发出的光都能够照射到地球上,无论地球自转和公转,地球都应该是明亮的,不应该出现黑夜,如果按照这个理论来说的话,那么也是完全合理的,但事实却不是如此,这到底是怎么回事呢? 有一些人认为,可能是气体、尘埃阻挡了光线的传播,不过这个理论并不成立,根据爱因斯坦的能量守恒定律,当远方恒星的光线被星际介质或者其他不发光天体遮挡或者吸收时,光线携带的能力不可能凭空消失,在这种情况下,这些星际介质就会被持续加热,只要时间足够久,它们的温度也会无线接近远方恒星的温度,其释放出的光线最终会把地球照亮。当时奥柏斯佯谬困扰了科学界很长的时间。

“奥伯斯佯谬”有4个必要的前提:1、宇宙是静态的;2、宇宙无限大;3:宇宙是均匀的;4:宇宙存在的时间无限长。后来到了20世纪20年代的时候,美国物理学家爱德温.哈勃提出了宇宙膨胀的理论,完美的解释了地球夜空是黑色的,当年爱因斯坦创立广义相对论之后,希望能够把这个理论应用于其它科学领域的研究,爱因斯坦当时也受到了前人的阻碍,他相信牛顿的宇宙理论,认为宇宙是静止的,爱因斯坦甚至引入了一个名为宇宙常数的概念,这是一种假想理论,用于抵消重力,阻止宇宙坍缩,在加入宇宙常数之后,爱因斯坦构建了一个有限无边的静态宇宙模型,解决了牛顿宇宙模型中的矛盾,虽然这个宇宙常数解决了矛盾,但是爱因斯坦本人对宇宙常数并不太满意,因为它破坏了广义相对论场方程的完美。

就在这个时候,哈勃发现宇宙的膨胀,让爱因斯坦发现宇宙常数的诞生就是一个错误,在哈勃之前,有一些物理学家就发现了爱因斯坦的宇宙模型并不稳定,虽然依靠Λ,爱因斯坦构建了一个能暂时处于静态的宇宙模型,但是只要场方程中某一个参数有稍许变化,那么宇宙模型就不可能保持静态,不是膨胀就是塌缩。1922年苏联科学家弗里德曼对场方程进行了重新求解,它认为爱因斯坦引入的“宇宙常数项”完全没有存在的必要,经过重新求解,他得出了第一弗里德曼方程!第一弗里德曼方程认为宇宙是处于膨胀状态,对于弗里德曼得出的结论,爱因斯坦一开始不以为意,但后来哈勃发现的星系红移现象证实了弗里德曼的预言。在1929年的时候,哈勃利用特征谱线的特性,发现宇宙中的星系的电磁辐射波长增加了。

就是光谱的谱线向红端移动了,这意味着星系正在朝我们远去,这就是星系红移现象,通常,这种红移被错误地解释为多普勒效应,即物体的运动会改变它发射的波长。如果它正在远离,那么每个新的波峰都会从离观察者稍远的距离发射,因此每个后续波峰需要更长的时间才能到达,对应于更长的观测波长。对于声波,这意味着音调较低;对于光,则意味着更红的颜色。在接近光源的情况下,我们观察到更短的波长(更高的音高或“蓝移”)。物体朝向或远离观察者移动得越快,偏移就越大。星系离得越远,它的光就越多的转移到了更长的波长,这就是红移效应,1912年洛厄尔天文台的天文学家维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)发现大多数星系都显示出较大的红移,这意味着它们以每秒数百甚至数千公里的速度后退时,才出现了更大范围内的红移观测。

但比利时宇宙学家乔治·勒梅特 (Georges Lemaître) 和他的美国同事埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 在1920年代发现的宇宙膨胀的发现彻底颠覆了一切。在1924年的时候,哈勃提出了著名的哈勃定律,该理论指出:由于宇宙的膨胀,那些遥远的天体都会具备一个远离我们而去的速度,这个速度被称为是退行速度,对于地球上的我们来说,那些遥远天体的退行速度和它们与地球的距离成正比,哈勃定律用一个简单的公式“v = Hr”进行描述,其中“v”和“r”分别代表遥远天体的“退行速度”以及它们与地球的距离,H则是一个常数,这被称为“哈勃常数”,根据科学家的测量,它的值为67.80(±0.77)公里/秒/百万秒差距。简单来说,所谓百万秒差距其实是一种距离单位。

一百万秒差距相当于大约326万光年,根据哈勃定律得出,对于地球上的我们来说,那些遥远天体和地球的距离每增加326万光年,它们的退行速度就会增加67.8公里每秒,按照这个速度来计算的话,如果某一个天体和地球距离达到了144亿光年,那么它的退行速度就会达到光速,一旦超过这个距离,它的退行速度还会超越光速,由于宇宙膨胀的速度很快,所以遥远恒星发出的光,永远都不可能达到地球上,因为光速的传播是有限的,光速大约是每秒30万公里,而宇宙膨胀的速度已经超过了这个速度,所以对于遥远恒星发出的光,它们会在宇宙中一直飞行,但是永远都无法达到地球,这就使得我们的地球只能够被一定范围内的恒星照射到,而太阳的光和热是照射地球最多的。

既然其它恒星的光无法飞到地球上,那么地球背对太阳的一面,就是黑夜,好在我们还有月球能够反射太阳光,否则我们的夜晚在没有灯光的情况下,就是漆黑一片的,月球自身并不发光,它是一个没有大气层的天体,没有自己的光源。然而,当太阳光照射在月球表面时,一部分光线会被月球上的岩石、尘埃和反射率较高的物质所反射,达到观测者的眼睛。这些反射的光线综合起来形成了我们在夜晚看到的明亮的月亮。月亮表面的反射率不均匀,某些地区的反射率较高,比如月球上的高地和撞击坑,而其他地区的反射率较低,比如月球的黑斑(Maria)。这种反射光线的不均匀性导致月亮表面的亮度存在变化,我们称之为月相。月球对于地球生命来说非常重要。它不仅能够提供亮度,还能够产生潮汐作用。

潮汐是指海水在天体潮汐力作用下所产生的周期性运动,潮汐作用使得地球的自转速度变得越来越慢,根据科学家的研究发现,地球刚刚诞生的时候,它的自转速度达到了一天6个小时,现在变成了一天24小时,如果没有月球的存在,可能地球也不会诞生生命,虽然现在人类已经知道了宇宙膨胀的事情,但是对于人类来说,宇宙膨胀并不是一个好消息,因为如果我们的宇宙一直膨胀下去,那么我们或许永远都不知道宇宙的边缘在哪里,不过小编认为,人类是地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,未来随着人类科技的进步,说不定人类能够找到宇宙的边缘,对此,大家有什么想说的吗?

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评论列表
  • 2024-05-07 06:26

    宇宙的黑是为了凸显恒星的白。

  • 2024-10-04 07:54

    白天不懂夜的黑[握手][握手]

  • 2024-05-09 21:30

    光子是电磁粒子,惯性直线运动,引力影响极小,无法在没有原子内部强场的地方轨道停留或散射。也没有电子质子碰撞破碎产生新光子。漆黑是当然。详见论文 photon energy and photon behavior discussions

  • 2024-07-27 20:13

    No puruaobulemu [呲牙笑]

星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章