“白昼”、“黑夜”是人们的生活中频繁出现的词汇,而在人们的基本认知里,晚上就应该是漆黑一片的,就算有月光照耀,天空也没办法像白天一样明亮。
【乡村的夜空】
宇宙中不是有那么多能发光的天体吗,为什么地球的夜空仍然是黑色的?在这答案的背后,其实也藏着一个让人类绝望的事实。
夜空为什么是黑的?地球本身是一个不会发光也不透明的球体,而太阳光是地球的主要光源,当地球绕自己的轴线旋转时,太阳光会被本身阻挡,背光的那一面就会变暗。
而地球绕着太阳做公转时,本身的自转轴倾斜了23.5度,这导致在一年中不同时间里,太阳光线直射点会于地球表面的不同纬度上移动。
【地轴倾斜】
不同半球在不同时间接收到的太阳辐射量也不同,这就有了温度的变化。
不停的自转,让地球产生了昼夜交替;地球的倾斜和365.25天的公转周期,也让地球产生了四季变换。
夏天的时候,白天长夜晚短,冬季则反之。同时因为地球角度的因素,南北极地区有时也会出现极昼或极夜的现象。
【地球公转】
以上就是我们现代科学对于昼夜交替和四季变换的解释,但是有人却对此提出了疑问。
19世纪,德国天文学家奥伯斯认为,宇宙中除了太阳以外,还有很多发光天体,地球附近就有很多光线足够照亮地球的天体,但为什么晚上的地球却仍然是黑的呢?
对于奥伯斯的言论,许多人给出的解释是宇宙中也有很多的灰尘,这些灰尘能阻挡光线的传播,和地球上风沙太大的地方能见度都很低是一个道理。
【奥伯斯】
但这也不能完全解释奥伯斯的疑惑,直到20世纪初,一种宇宙特殊现象——红移现象被证实。
红移现象在多普勒频移中,辐射的波长会因为波源和观测者的相对运动而发生变化。
就像鸣笛的火车靠近月台上等待乘客,其鸣笛的声音和频次没有本身没有变化,乘客却感觉鸣笛的声调越来越高;当火车越来越远时,月台上的乘客又感觉其鸣笛的声调越来越低。
【火车运动】
在可见光的波段上,当发光物体移动时,其光谱的谱线也会发生变化。
光源离观测者越来越远,光的波长会被越拉越长,频率也会越来越低,光谱谱线会向红色一边偏移,即为“红移现象”。
反之,光源离观测者越来越近,波长会被缩短,频率相对变高,且光谱谱线往蓝色一边偏移,是为“蓝移现象”。
【“红移现象”和“蓝移现象”】
发光的恒星与地球之间,也是这样的。
红移现象是研究宇宙历史和演变的重要工具,人类在地球上可以通过观测红移现象,来测量宇宙的距离、速度和年龄,红移现象也能帮助科学家了解研究宇宙的膨胀和演化。
1929年,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在观测宇宙现象时间,发现那些遥远的星系都在远离我们地球所在的银河系而去,同时,它们的红移也随着它们的距离增大而成正比地增加。
【埃德温·哈勃】
哈勃就是基于对恒星红移现象的观测,才提出了宇宙膨胀理论。
而红移现象也解释了奥伯斯的疑问。
红移现象分为多普勒红移、重力红移和宇宙学红移三种。
其中,宇宙学红移说明宇宙正在膨胀,所以很多天体对于地球来说都存在红移状态。
【红移现象】
那些发光的恒星因为距地球越来越远,其光的波长也越来越长,而人类肉眼的可见光波段为880~380nm之间,当光的波长超过这个数值后,人类就无法感知到它们的存在了。
让人绝望的事实宇宙从诞生开始,就一直没有停止过膨胀,在人类还在努力探索太阳系这“一亩三分地”的时候,宇宙还在以超光速向外扩张,甚至膨胀的速度还在逐渐增大。
【宇宙膨胀】
夜空在人类的文明里,除了黑暗,有时候也代表着浪漫、回忆、自由……
但是在仰望夜空时,我们很难会想到,在这黑色的背后,是宇宙在不停地膨胀变化。
可能我们现在看到光和几百年前已经有了差别,而几百年后,我们后代的所见,又和我们现在完全不同。
甚至再过几百亿年,这个宇宙和人类就一点关系都没有了。
【宇宙】
我们一直在探索宇宙,却永远也赶不上宇宙变化的速度。
不过,虽然人类的思想可以发散到无限远,思维能飞出宇宙,但肉体的运动仍旧受到宇宙的控制,所以,有时候产生太多的极端想法也是不必要的。
至少现在,夜空还是那样美丽,宏大又神秘的宇宙在夜晚为人类的织就出了美丽的星海……
【夜空】
而我们仍然可以在思考宇宙后,于夜晚安眠,迎接崭新的明天。
参考资料:
【1】夜空为何是黑的?· 中科院物理所
【2】(韩)李康焕作;周珺译;(韩)洪成志绘画,讲给孩子们的科学思维课 请回答外星生命体·河南科学技术出版社