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宇宙为什么是黑色的?背后竟藏这么多奥秘!

夜晚,没有了太阳的光照,天空露出了宇宙的本色——黑色。凝望着深邃的夜空,你是不是很好奇:宇宙为什么是黑色的?这个问题其实

夜晚,没有了太阳的光照,天空露出了宇宙的本色——黑色。凝望着深邃的夜空,你是不是很好奇:宇宙为什么是黑色的?这个问题其实也不难解释:宇宙中的可见光太稀缺。

浩瀚的宇宙

我们的眼睛看到的宇宙不是真实的宇宙,至少是不完整的宇宙。为什么这么说呢?我们看到什么样的宇宙取决于我们眼睛的视觉能力。人的眼睛只能感知380纳米到750纳米范围内的电磁波,也就是可见光波段。在这个范围外的光波我们就看不到了。而可见光波段在我们能探测到的整个电磁波谱范围中占比极小,远小于1%。

不难想象,如果我们有一双能够感知全波段的“眼睛”,我们就会看到一个完全不同,充满各种辐射和能量、极其明亮的宇宙。可事实上,我们没有这样的眼睛。我们凭借肉眼观察宇宙只能停留在可见光波段。宇宙中的可见光是非常“稀缺”的。

可见光波长范围

宇宙为什么是黑色的?19世纪,德国天文学家海因里希·奥伯斯就曾经困惑于这个问题。那时候普遍观点认为“宇宙是无限、静态和永恒的”。奥伯斯认为如果这个观点是正确的,那么无限的宇宙中应该包含无数颗恒星,那么无论你朝着夜空的哪个方向看,你都会看到某颗恒星。那么整个夜空就应该像白天一样明亮,甚至比白天还要明亮才对!但结果并非如此,宇宙中的可见光不但没有像假设的那样充满整个宇宙,反而是极其“稀缺”的。这也就是所谓的“奥伯斯佯谬”。

星空

宇宙中的可见光究竟有多“稀缺”呢?苏联的科普作家雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼在他的科普著作《趣味天文学》中做过一个有趣的计算:夜空中所有肉眼可见的恒星(大约6000颗)的光辉叠加起来只相当于一颗-4等星,跟金星的亮度差不多。不难想象,一颗-4等星怎么会照亮整个夜空呢?宇宙中的可见光这么稀少,我们看到的宇宙只能是黑色的啊!

为什么宇宙中的可见光这么稀少?除了可见光波段在整个电磁波谱范围占比极小外,主要还有3个原因:

可观测宇宙

首先,宇宙的年龄是有限的,光速是有限的,我们看不到“全部”的恒星。可观测宇宙的半径为460亿光年,在此之外的天体发出的光还没有足够的时间抵达地球。因而我们视线所能及的恒星数量是有限的,不足以让整个天空都变亮。

其次,红移让可见光变得不可见。宇宙并非静止,而是在不断的膨胀,星系之间彼此远离。当一个光源远离我们时,它发出的光波就会被拉长,波长向着光谱的红色端移动(红移),光子的能量会降低,来自遥远星系的可见光会变成肉眼不可见的红外线。

最后,星际物质并非完全透明。宇宙空间中并非绝对的真空,存在大量稀薄的气体和尘埃云,它们会遮挡一部分可见光,并辐射出肉眼不可见的红外线。

银河系中的暗星云阻挡了来自遥远宇宙的光

由于上述原因,原本占比就不高的可见光能抵达地球的少之又少,自然无法洒满整个夜空。于是在我们的眼中,除了那些依稀可见的星光外,剩下的就是无尽的黑暗了。

虽然我们人类的眼睛无法感知可见光波段以外的电磁波,但是我们可以通过一些特殊的仪器和望远镜看到可见光以外更加“宽广”的宇宙。

韦伯空间望远镜拍摄的红外光波段下的星系

例如2021年发射升空的韦伯空间望远镜就是一个大型红外线望远镜。它可以让我们看到肉眼无法看到的红外波段(600纳米~28000纳米)的宇宙。通过韦伯空间望远镜我们可以看到更古老的宇宙。

紫外光波段下的仙女星系

著名的哈勃空间望远镜观测范围不仅局限于可见光波段,还具备强大的紫外光观测能力。

宇宙微波背景辐射

如果借助于射电望远镜,我们还会看到整个天空都散发着微弱的背景辉光,它就是宇宙大爆炸后的残余热量,其温度约为 2.7 开尔文(接近绝对零度)——充满整个宇宙的宇宙微波背景辐射。

近红外,红外光,X光波段的银河系中心

通过这些特殊的望远镜,我们发现黑色不再是宇宙的主色调。宇宙是明亮而丰富多彩的。宇宙为什么是黑色的?这是因为我们的眼睛只能看到宇宙中少之又少的可见光。而那些我们无法看到的光就只能用黑色来填充了。你觉得是这么回事儿吗?

个人观点,仅供参考。