Κατανοώντας τη μαυρίλα του Διαστήματος:Εξηγείται το Παράδοξο του Όλμπερ

Το διάστημα είναι μαύρο επειδή δεν φτάνει όλο το φως από τα αστέρια σε εμάς, λόγω του διαστελλόμενου σύμπαντος και του γεγονότος ότι είναι πεπερασμένο.

Έχετε σκεφτεί ποτέ γιατί ο χώρος είναι μαύρος; Αυτό το βαθύ ερώτημα βρίσκεται στην καρδιά ενός αινίγματος αιώνων που είναι γνωστό ως Olber’s Paradox. Ο Όλμπερ αναρωτήθηκε, αν το σύμπαν είναι άπειρο και γεμάτο αστέρια, γιατί δεν βλέπουμε έναν ομοιόμορφα φωτεινό νυχτερινό ουρανό. Η ερώτηση του Olber οδήγησε σε έρευνες για τη φύση του Σύμπαντος που έλυσαν το παράδοξό του. Βασικά, δεν βλέπουμε έναν ουρανό γεμάτο φως επειδή το σύμπαν δεν άπειρο.

Το παράδοξο του Όλμπερ

Η ιστορία του Olber’s Paradox μας μεταφέρει πίσω στις αρχές του 19ου αιώνα, σε έναν Γερμανό αστρονόμο ονόματι Heinrich Wilhelm Matthias Olber. Παρόλο που η έννοια συζητήθηκε από παλαιότερους στοχαστές όπως ο Johannes Kepler και ο Edmond Halley, ήταν ο Olber που έκανε το παράδοξο. Η έρευνά του περιστράφηκε γύρω από τη φαινομενική ασυνέπεια ενός νυχτερινού ουρανού γεμάτου με άπειρα αστέρια και το σκοτάδι που παρατηρούμε. Εάν το σύμπαν είναι άπειρο και γεμάτο με άπειρο αριθμό αστέρων, κάθε οπτική γραμμή θα πρέπει τελικά να τελειώνει σε ένα αστέρι, κάνοντας τον νυχτερινό ουρανό ομοιόμορφα φωτεινό.

Ωστόσο, ο νυχτερινός ουρανός δεν είναι μια φωτεινή ταπισερί από άπειρα αστέρια. Είναι κυρίως μαύρο, με στίξη μόνο από το μακρινό φως των μακρινών αστεριών και γαλαξιών. Για να το κατανοήσουμε αυτό, εμβαθύνουμε στις έννοιες της ηλικίας και της διαστολής του σύμπαντος.

Γιατί το διάστημα είναι μαύρο; Οι λόγοι

Οι βασικοί λόγοι για το σκοτεινό χώρο περιλαμβάνουν:

• Η πεπερασμένη ηλικία και το μέγεθος του σύμπαντος
• Η διαστολή του σύμπαντος
• Το φαινόμενο Doppler και η κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου
• Η ανεπάρκεια της διαστρικής σκόνης να φωτίσει το σύμπαν

Ένα πεπερασμένο Σύμπαν

Ο Olber πίστευε ότι το σύμπαν ήταν άπειρο, αλλά αποδεικνύεται ότι δεν είναι. Το σύμπαν είναι πεπερασμένο ως προς την ηλικία του. είναι περίπου 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Κατά συνέπεια, βλέπουμε μόνο αντικείμενα τόσο μακριά όσο η απόσταση που έχει διανύσει το φως κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, δημιουργώντας ουσιαστικά μια παρατηρήσιμη «σφαίρα» γύρω μας. Αυτό περιορίζει τον αριθμό των αστεριών που παρατηρούμε και επομένως την ποσότητα του αστρικού φωτός που φτάνει σε εμάς.

Ένα διαστελλόμενο σύμπαν

Στη συνέχεια, σκεφτείτε τη συνεχή διαστολή του σύμπαντος από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η επέκταση μετατοπίζει το φως από μακρινούς γαλαξίες λόγω του φαινομένου Doppler, μετακινώντας το σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Μεγάλο μέρος του μακρινού αστρικού φωτός μετατοπίζεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, το οποίο είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι. Αυτό το φαινόμενο μειώνει περαιτέρω τη φωτεινότητα του ουρανού.

Υπάρχει φως, αλλά δεν μπορούμε να δούμε τα μικροκύματα

Η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMBR) παίζει επίσης κρίσιμο ρόλο. Αυτή η εναπομείνασα ενέργεια από τη Μεγάλη Έκρηξη υπάρχει παντού στο σύμπαν και παρέχει ένα κοσμικό υπόβαθρο σε όλες τις άλλες αστρικές παρατηρήσεις. Ωστόσο, αυτή η ακτινοβολία υπάρχει στο τμήμα μικροκυμάτων του φάσματος και επομένως είναι αόρατη. Αν κοιτάξουμε το διάστημα στο τμήμα μικροκυμάτων του φάσματος, στην πραγματικότητα είναι φωτίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις.

Η σκόνη δεν βοηθάει

Μπορεί να σκεφτείτε ότι η διαστρική σκόνη που είναι διάσπαρτη σε όλο το διάστημα αντανακλά αρκετό αστρικό φως για να φωτίσει τον ουρανό. Ωστόσο, η σκόνη απορροφά περισσότερο φως από ό,τι διαχέει. Ακόμα κι αν υπήρχε αρκετή σκόνη για να διαχέει το φως ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, θα μείωνε περισσότερο τα μακρινά αστέρια παρά θα φώτιζε τον ουρανό, διατηρώντας ένα σκοτεινό σύμπαν.

Συνοπτικά, το αίνιγμα ενός μαύρου διαστήματος ή του Olber's Paradox συμβιβάζεται με την πεπερασμένη ηλικία και το μέγεθος του σύμπαντος, τη διαστολή του σύμπαντος που προκαλεί μετατόπιση στο κόκκινο, την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου και την ανεπάρκεια της διαστρικής σκόνης. Το παράδοξο χρησιμεύει ως μια συναρπαστική πύλη για την κατανόηση της μεγάλης κλίμακας δομής και ιστορίας του σύμπαντος και των λόγων για τους οποίους, όταν κοιτάμε τον ουρανό, μας υποδέχεται το εντυπωσιακό θέαμα μιας μαύρης νύχτας με αστέρια.

Γιατί το διάστημα είναι μαύρο γύρω από τον ήλιο

Μια σχετική ερώτηση που κάνουν οι άνθρωποι είναι γιατί το διάστημα είναι μαύρο γύρω από τον Ήλιο. Μόλις ξεπεράσουμε την ατμόσφαιρα της Γης, αναμένουμε διαισθητικά να δούμε έναν φωτεινό ουρανό γεμάτο με ηλιακό φως. Ωστόσο, ο χώρος γύρω από τον Ήλιο φαίνεται μαύρος. Ο λόγος για αυτό είναι στην πραγματικότητα μάλλον απλός.

Το κλειδί για την κατανόηση αυτού του φαινομένου βρίσκεται στη φύση του φωτός και στο πώς το αντιλαμβανόμαστε. Για να δούμε το φως, είτε εισέρχεται απευθείας στα μάτια μας είτε αντανακλάται από μια επιφάνεια στα μάτια μας. Στο διάστημα, δεν υπάρχει ατμόσφαιρα ή μεγάλες ποσότητες σωματιδίων που να διαχέουν το ηλιακό φως όπως υπάρχει στη Γη. Στη Γη, ο μπλε ουρανός είναι το αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου σκέδασης, που είναι γνωστό ως σκέδαση Rayleigh. Στη σκέδαση Rayleigh τα μικρότερα (μπλε) μήκη κύματος του φωτός διασκορπίζονται περισσότερο από τα άλλα χρώματα καθώς το ηλιακό φως διέρχεται από την ατμόσφαιρα.

Αλλά. στο διάστημα δεν υπάρχει τίποτα ουσιαστικό για να αναπηδήσει το φως του ήλιου πριν φτάσει στα μάτια μας. Επομένως, παρόλο που ο χώρος είναι γεμάτος ηλιακό φως, φαίνεται μαύρος επειδή δεν υπάρχει μέσο σαν ατμόσφαιρα που να διασκορπίζει το φως προς όλες τις κατευθύνσεις για να το δούμε. Ουσιαστικά, αν βρίσκεστε στο διάστημα και κοιτάζετε μακριά από τον Ήλιο, κοιτάζετε στο απέραντο σύμπαν. Βλέπετε μαυρίλα έως ότου τα μάτια σας προσγειωθούν σε ένα μακρινό αστέρι ή πλανήτη που αντανακλά το φως του ήλιου.

Αναφορές

• Harrison, Edward Robert (1987). Darkness at Night:A Riddle of the Universe . Harvard University Press. ISBN 9780674192713.
• Unsöld, Albrecht; Baschek, Bodo (2001). The New Cosmos:An Introduction to Astronomy and Astrophysics . Φυσική και Αστρονομία στο Διαδίκτυο. Πηδών. ISBN 9783540678779.
• Wesson, Paul (1991). «Το παράδοξο του Όλμπερς και η φασματική ένταση του φωτός του εξωγαλαξιακού φόντου». The Astrophysical Journal . 367:399–406. doi:10.1086/169638
• Zamarovský, Peter (2013). Γιατί είναι σκοτάδι τη νύχτα; Story of Dark Night Sky Paradox . AuthorHouseUK. ISBN 978-1491878804.