Astronomi

Med alla stjärnor i universum, varför är inte himlen mättad med ljus?

Med alla stjärnor i universum, varför är inte himlen mättad med ljus?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Utrymmet är mörkt. Men om vi riktar teleskop till till synes mörka delar av himlen ser vi att det är fyllt med galaxer. Om universum är teoretiskt oändligt, skulle inte ett oändligt antal fotoner nå jorden och lysa upp natthimlen ljusare än den ser ut?


Logik1: Om universum är oändligt OCH statiskt kommer himlen att vara mättad med ljus.

Notera "OCH."

Logic2: Om himlen inte är mättad med ljus är universum inte oändligt eller inte statiskt.

Observera "ELLER."

Logic1 = Logic2

Observation: himlen är inte mättad med ljus. Därför: universum är inte oändligt eller inte statiskt.

Vi vet att universum är åtminstone dynamiskt.


Stjärnor är solar, solar är ljusa - Så varför är natthimlen mörk?

Olbers & # 39 Paradox berättar att natthimlen inte borde vara mörk & mdashit borde vara lika ljus som solens yta i alla riktningar! Varför är det inte?

  • I ett stadigt oföränderligt universum borde natthimlen inte vara mörk! Denna till synes motsägelse kallas paradoxen Olbers & # 39.
  • Lösningen på paradoxen ligger i verkligheten att universum expanderar och inte är oändligt gammalt.
  • Den till synes stabila, lugna natthimlen visar att universum runt omkring oss hela tiden förändras.

Varför är natthimlen mörk? Denna till synes enkla fråga har några betydande konsekvenser.

Vi tar för givet att natthimlen är mörk. Vid dagen och rsquos slutar den närmaste och ljusaste stjärnan på vår himmel, solen, under horisonten. Det lämnar den stora svarta rymden, som är prickad med ljuset från avlägsna stjärnor, ibland månen, och kanske, om du har tur eller på södra halvklotet, en titt på resten av vår Vintergatan och våra extragalaktiska grannar, de små och stora magellanska molnen. Så varför ska vi förvänta oss något annorlunda?


Herregud, den är full av stjärnor! Hur vet vi hur långt de är?

Gaia-satelliten lanserades 2013 och har stirrat mot himlen och multitasking som inget teleskop någonsin har gjort. Ett av dess jobb är att mäta stjärnornas rörelser, vilka astronomer sedan kan använda för att geometriskt bestämma hur långt borta de är (tricket är att få dessa rörelser kartlagda med tillräcklig precision för att möjliggöra nödvändig matematik, vilket Gaias skarpa öga kan göra). Denna datautgåva innehåller de exakta rörelserna på 7 miljoner stjärnor i 3D, och 2-D-rörelserna på himlen för nästan 1,4 miljarder andra. Teamet planerar att släppa sin slutliga uppsättning data 2020, som också kommer att innehålla information om de olika kemiska signaturerna hos dessa stjärnor.


Kvinnorna som kartlade universum och fortfarande inte kunde få någon respekt

1881 hade Edward Charles Pickering, chef för Harvard Observatory, ett problem: datamängden som kom in i hans observatorium överskred hans personal och förmågan att analysera den. Han tvivlade också på personalens kompetens & speciellt hans assistent, som Pickering kallade ineffektiv vid katalogisering. Så han gjorde vad någon forskare från det senare 1800-talet skulle ha gjort: han avskedade sin manliga assistent och ersatte honom med sin piga, Williamina Fleming. Fleming visade sig vara så skicklig på datorer och kopiering att hon skulle arbeta på Harvard i 34 år och hantera till slut en stor personalassistent.

Relaterat innehåll

Så började en era i Harvard-observatoriets historia där kvinnor mer än 80 år under Pickerings tid, från 1877 till hans död 1919 & # 8212 arbetade för regissören, beräknade och katalogiserade data. Vissa av dessa kvinnor skulle producera betydande arbete på egen hand, vissa skulle till och med tjäna en viss berömmelse bland anhängare av kvinnliga forskare. Men majoriteten kommer ihåg inte individuellt utan kollektivt av monikern Pickering & # 8217 s Harem.

Det mindre än upplysta smeknamnet speglar kvinnornas status i en tid då de & # 8211med sällsynt undantag & # 8211 förväntade att ägna sina energier åt avel och hemmaframställning eller för att förbättra sina odds för att locka en man. Utbildning för sin egen skull var ovanlig och arbete utanför hemmet nästan okänt. Samtida vetenskap varnade faktiskt mot kvinnor och utbildning, i tron ​​att kvinnor var för svaga för att hantera stressen. Som läkare och professor i Harvard skrev Edward Clarke i sin bok från 1873 Sex i utbildningEn kvinnas kropp kunde bara hantera ett begränsat antal utvecklingsuppgifter samtidigt och att tjejer som spenderade mycket energi på att utveckla sina sinnen under puberteten skulle hamna i outvecklade eller sjuka reproduktionssystem. & # 8221

Traditionella kvinnors förväntningar förändrade långsamt sex av högskolorna & # 8220Seven Sisters & # 8221 började ta emot studenter mellan 1865 och 1889 (Mount Holyoke öppnade sina dörrar 1837). Överklassfamiljer uppmuntrade sina döttrar att delta i vetenskapen, men även om kvinnors högskolor investerade mer i vetenskaplig undervisning låg de fortfarande långt efter män och högskolor när det gäller tillgång till utrustning och finansiering för forskning. I ett svagt försök att avhjälpa denna ojämlikhet samarbetade progressiva manliga lärare ibland med kvinnors institutioner.

Edward Pickering var en sådan progressiv tänkare & åtminstone när det gällde att öppna utbildningsmöjligheter. En infödd New Englander tog examen från Harvard 1865 och undervisade i fysik vid Massachusetts Institute of Technology, där han revolutionerade metoden för vetenskaplig pedagogik genom att uppmuntra studenter att delta i experiment. Han bjöd också in Sarah Frances Whiting, en blivande ung kvinnlig forskare, att delta i sina föreläsningar och att observera hans experiment. Whiting använde dessa upplevelser som grund för sin egen undervisning vid Wellesley College, bara 21 km från Pickering & # 8217 s klassrum på MIT.

Pickers inställning till astronomiska tekniker var också progressiv istället för att enbart förlita sig på anteckningar från observationer gjorda av teleskop, betonade han att han undersökte fotografier & # 8211en typ av observation som idag kallas astrofotografi, som använder en kamera fäst vid ett teleskop för att ta bilder. Det mänskliga ögat, resonerade han, tröttnar med långvarig observation genom ett teleskop, och ett fotografi kan ge en tydligare bild av natthimlen. Dessutom håller fotografier mycket längre än observationer och anteckningar med blotta ögat.

Tidig astrofotografi använde daguerreotypens teknik för att överföra bilder från ett teleskop till en fotografisk platta. Processen var involverad och krävde lång exponeringstid för att himmelska föremål skulle dyka upp, vilket frustrerade astronomer. Letar efter en mer effektiv metod revolutionerade Richard Maddox fotograferingen genom att skapa en torrplattemetod, som till skillnad från de våta plattorna från tidigare tekniker inte behövde användas omedelbart & spara astronomernas tid genom att låta dem använda torra plattor som hade förberetts tidigare natten att observera. Torra plattor möjliggjorde också längre exponeringstider än våta plattor (vilket riskerade att torka ut), vilket gav större ljusansamling i fotografierna. Även om de torra plattorna gjorde förberedelserna mer effektiva låg deras känslighet för ljus fortfarande efter vad astronomer ville ha. 1878 upptäckte Charles Bennett ett sätt att öka ljuskänsligheten genom att utveckla dem vid 32 grader Celsius. Bennets upptäckt revolutionerade astrofotografin och gjorde fotografierna som tagits av teleskopen nästan lika tydliga och användbara som observationer sett med blotta ögat.

När Pickering blev chef för Harvard Observatory 1877 lobbade han för utvidgningen av observatoriets astrofotografiteknik, men det var inte förrän på 1880-talet, när tekniken förbättrades kraftigt, att dessa förändringar verkligen genomfördes. Förekomsten av fotografering vid observatoriet ökade markant och skapade ett nytt problem: det fanns mer data än någon hade tid att tolka. Arbetet var tråkigt, arbetsuppgifter som tyckte lämpar sig för en billigare och mindre utbildad arbetskraft trodde kunna klassificera stjärnor snarare än att observera dem: kvinnor. Genom att anställa sin kvinnliga personal för att engagera sig i detta arbete gjorde Pickering verkligen vågor i akademiens historiskt patriarkala sfär.

Men det är svårt att prata Pickering som en helt progressiv man: genom att begränsa assistenterna och arbeta till i stort sett kontorsuppgifter förstärkte han tidens vanliga antagande att kvinnor skars ut för lite mer än sekretariatsuppgifter. Dessa kvinnor, kallade & # 8220datorer, & # 8221 var det enda sättet att Pickering kunde uppnå sitt mål att fotografera och katalogisera hela natthimlen.

Sammantaget arbetade mer än 80 kvinnor för Pickering under sin tid vid Harvard Observatory (som sträckte sig till 1918) och satte in sex dagars veckor för att porera fotografier och tjänade 25 till 50 cent i timmen (hälften av vad en man skulle ha varit betalas). Det dagliga arbetet var till stor del kontorsligt: ​​vissa kvinnor skulle minska fotografierna med hänsyn till saker som atmosfärisk brytning för att göra bilden så tydlig och oförfalskad som möjligt. Andra skulle klassificera stjärnorna genom att jämföra fotografierna med kända kataloger. Andra katalogiserade fotografierna själva och gjorde noggranna anteckningar om varje bilds exponeringsdatum och himmelens område. Anteckningarna kopierades sedan noggrant till tabeller, som inkluderade stjärnans plats på himlen och dess storlek. Det var en grind. Som Fleming noterade i sin dagbok:

I den astrofotografiska byggnaden vid observatoriet är 12 kvinnor, inklusive jag själv, engagerade i vården av fotografierna & # 8230. Från dag till dag är mina uppgifter vid observatoriet så nästan lika att det kommer att finnas lite att beskriva utanför vanligt rutinmätningsarbete, undersökning av fotografier och arbete som är involverat i minskningen av dessa observationer.

Pickers assistenter undersöker fotografier för astronomiska data. Foto från Harvard College Observatory.

Men oavsett ojämlik lön och fördelning av tullar var detta arbete oerhört viktigt, uppgifterna gav den empiriska grunden för större astronomiska teorier. Pickering tillät vissa kvinnor att göra teleskopiska observationer, men detta var undantaget snarare än regeln. För det mesta hindrades kvinnor från att producera verkligt teoretiskt arbete och förkastades istället för att analysera och minska fotografierna. Dessa minskningar tjänade dock som den statistiska grunden för andras teoretiska arbete. Chanserna för stora framsteg var extremt begränsade. Ofta skulle det mest en kvinna kunde hoppas på inom Harvard Observatory vara en chans att övervaka mindre erfarna datorer. Det gjorde Williamina Fleming när hon efter nästan 20 år på observatoriet utsågs till curator för astronomiska foton.

En av Pickerings datorer skulle dock sticka ut för hennes bidrag till astronomi: Annie Jump Cannon, som utformat ett system för klassificering av stjärnor som fortfarande används idag. Men som en artikel skriven i Kvinnan medborgare& # 8216s juni 1924-utgåva rapporterades: & # 8220Trafikpolisen på Harvard Square känner inte igen hennes namn. Mässingen och paraderna saknas. Hon kliver in i ingen polerad limousine i slutet av dagens session för att drivas av en levererad chaufför till en marmorherrgård. & # 8221

Annie Jump Cannon vid hennes skrivbord vid Harvard Observatory. Foto från Smithsonian Institution Archives.

Cannon föddes i Dover, Delaware, den 11 december 1863. Hennes far, en skeppsbyggare, hade viss kunskap om stjärnorna, men det var hennes mamma som förmedlade sitt eget barndomsintresse för astronomi. Båda föräldrarna närmade sin kärlek till lärande och 1880, när hon anmälde sig till Wellesley College, blev hon en av de första unga kvinnorna från Delaware som gick på college. På Wellesley tog hon lektioner under Whiting, och medan hon gjorde examensarbete där hjälpte hon Whiting med experiment på röntgenstrålar. Men när Harvard Observatory började bli berömd för sin fotografiska forskning, överfördes Cannon till Radcliffe College för att arbeta med Pickering, med början 1896. Pickering och Fleming hade arbetat med ett system för klassificering av stjärnor baserat på deras temperaturer Cannon, vilket ökade arbete som utförts av meddatorn Antonia Maury, förenklade systemet kraftigt, och 1922 antog International Astronomical Union det som det officiella klassificeringssystemet för stjärnor.

År 1938, två år innan Cannon gick i pension och tre år innan hon dog, erkände Harvard henne äntligen genom att utse henne till William C. Bond Astronom. Under Pickerings 42-åriga tjänstgöring vid Harvard Observatory, som slutade bara ett år innan han dog 1919, fick han många utmärkelser, inklusive Bruce Medal, Astronomical Society of the Pacific & # 8217 s högsta ära. Kratrar på månen och på Mars är uppkallade efter honom.

Och Annie Jump Cannons långvariga prestation kallades Harvard & # 8212 inte Cannon & # 8212-systemet för spektral klassificering.

Källor: & # 8220Annals of the Astronomical Observatory of Harvard College, Volume XXIV, & # 8221 on Take Note, An Exploration of Note-Taking in Harvard University Collections, 2012. Åtkomst 3 september 2013 & # 8220Annie Cannon (1863-1914) & # 8221 om She Is An Astronomer, 2013. Åtkomst 9 september 2013 & # 8220Annie Jump Cannon & # 8221 på Notable Name Database, 2013. Åtkomst 9 september 2013 & # 8220Brief History of Astrophotography & # 8221 på McCormick Museum, 2009. Åtkomst 18 september , 213 & # 8220The & # 8216Harvard Computers & # 8217 & # 8221 på WAMC, 2013. Åtkomst 3 september 2013 & # 8220The History of Women and Education & # 8221 på National Women's & # 8217 s History Museum, 207. Åtkomst 19 augusti 2013 Kate M. Tucker. & # 8220Friend to the Stars & # 8221 i The Woman Citizen, 14 juni 1924 Keith Lafortune. & # 8220Kvinnor vid Harvard College Observatory, 1877-1919: & # 8216Women's Work, & # 8217 The & # 8216New & # 8217 Sociality of Astronomy, and Scientific Labor, & # 8221 University of Notre Dame, December 2001. Åtkomst augusti 19, 2013 Margaret Walton Mayhall. & # 8220Kandelabret & # 8221 i himlen. Januari 1941 Moira Davison Reynolds. American Women Scientists: 23 Inspiring Biographies, 1900-2000. Jefferson, NC: McFarland & amp Company, 1999 & # 8220Williamina Paton Stevens Fleming (1857 & # 82111911) & # 8221 på Harvard University Library Open Collections Program, 2013. Åtkomst 3 september 2013.


3) Vissa stjärnor är otroligt stora.

De största stjärnorna kallas röda hyperjättar. En absurd stor heter VY Canis Majoris. Om du staplade 1420 av våra solar ovanpå varandra skulle du ha diametern på VY Canis Majoris. Så här ser det ut bredvid solen:

Eller för att få tillbaka bordtennisbollens storlek i solen, skulle det göra VY Canis Majoris till höjden på en byggnad med 16 våningar. Det skulle ta ett flygplan cirka 1100 år att flyga runt det, och om VY Canis Majoris var i mitten av vårt solsystem där vår sol är, skulle det svälja upp allt till Saturnus bana.

En annan röd hypergant nästan lika stor som VY Canis Majoris är Betelgeuse. Du kan se Betelgeuse på vilken stjärnklar natt som helst när Orions övre vänstra axel -


Är de första stjärnorna i universum osynliga?

Varför "det att bli ljus" i universum räcker inte.

“Tänk på livets skönhet. Titta på stjärnorna och se dig själv springa med dem. ” -Marcus Aurelius

Jag vill att du ska föreställa dig natthimlen som du känner den. Långt borta från städerna, på en månlös natt, ute i de mörkaste områdena du någonsin har upplevt. Kanske lägger du dig tillbaka på gräset och tittar upp mot himlen ovanför. Du tittar upp, luften är sval och himlen är klar: inga moln syns alls.

Vad är det du troligen kommer att se?

Ja, det finns planeter, stjärnor som är ljusa och svaga och till och med Vintergatan. Men kanske det mest slående med natthimlen är inte närvaron av dessa få, spridda lampor, utan snarare det faktum att - på nästan alla platser du kan peka - är själva himlen mörk.

Om du tänker på det en minut, är det inte mycket meningsfullt att detta ska vara fallet.

Om universum var verkligen, verkligt fulla av stjärnor - av ljuspunkter i alla riktningar - då skulle du förvänta dig att var du än tittade, i vilken riktning som helst, så småningom skulle din synfält springa in i en stjärna.

Och när det väl hände skulle du inte se "mörkt" var du än tittade. Varje punkt, så småningom, skulle fyllas med ljus, oavsett hur avlägsen stjärnan, galaxen eller någon annan ljuspunkt råkade vara.

Detta var en av de stora paradoxerna på 1800-talet: Olbers paradox, som visade att tanken på ett oändligt universum fylld med ett oändligt antal stjärnor spridda över det utrymmet var oförenligt med den mörka natthimlen vi alla kunde se.

Upplösningen till denna paradox är naturligtvis att när vi tittar på det avlägsna universum så tittar vi faktiskt bakåt i tiden, och eftersom universum fanns i ett varmt, tätt, mer enhetligt tidigt tillstånd, fanns det en tid innan universum innehöll inga stjärnor, eftersom det tog tid för gravitationen att börja kollapsa den ursprungliga gasen i stjärnor för första gången. Titta utöver ett visst avstånd och du kommer aldrig att se ens en enda stjärna.

Efter Big Bang var universum varmt, tätt och enhetligt men expanderade och svalnade också. När universum är cirka 380 000 år gammalt kyls det tillräckligt för att bilda neutrala atomer för första gången. Men det är två hinder för att se någonting:

  1. Det finns inget att se förrän vi börjar skapa något som avger ljus.
  2. Även när du väl gör det måste universum bli transparent.

Även om dessa två problem - bildandet av de första stjärnorna och universum som blir genomskinliga - ofta sammanflätas som "de mörka åldrarna", är de två separat problem som universum behöver lösa.

Först har du helt enkelt inget att se förrän du bildar stjärnor för första gången. Medan universum började nästan perfekt enhetlig, det finns små brister, inklusive vissa regioner som börjar med lite mer materia än genomsnittet. Med tiden arbetar gravitation för att dra mer och mer materia till dessa överdrivna regioner och växa dem till klumpar av materia.

Det tar tiotals miljoner år, men efter tillräckligt med tid växer dessa klumpar sig tillräckligt stora för att tyngdkraften börjar kollapsa dem under sin egen tyngdkraft. Och när kärnorna i dessa klumpar av atomer och molekyler blir tillräckligt täta, kan kärnfusionsprocessen - bränning av vätgas i helium - äntligen inträffa!

Dessa kärnfusionsplatser blir kärnorna i allra första stjärnorna i universum, brinnande varmt och ljust, och avger det första synliga ljuset som universum har sett sedan de tidiga stadierna av den heta Big Bang.

Detta händer efter så lite som 50 miljoner år in i universums historia, en otroligt kort tid för de första stjärnorna.

Men det finns ett problem: ingen av dessa stjärnor är faktiskt synliga för oss!

Visst, stjärnorna avger ljus, men också stjärnorna bakom den ”mörka nebulosan” ovanför, Barnard 68. Denna nebulosa verkar så mörk för att ljuset från stjärnorna är blockerat! Varför är det här? Eftersom atomerna och molekylerna som finns där inne har rätt fysisk storlek för att absorbera - och därmed verkar opaka - för synligt ljus.

Medan enstaka atomer själva bara har specifika atomövergångar de kan absorbera ljus vid, när de är sammanbundna i alla slags invecklade konfigurationer, kan de faktiskt blockera fullt spektrum av synligt ljus. Och den här typen av opacitet är precis vad som kommer att hända när de första stjärnorna bildas: universum kan skapa ljus, men det finns inget sätt för det att resa till våra ögon.

Så hur får vi ut det här?

Du måste jonisera dessa atomer! Eller mer specifikt måste du återjoniseras dem, eftersom de joniserades en gång tidigare: tillbaka innan de blev neutrala i första hand.

Men det här inte händer snabbt: det här är en process som kräver miljarder på miljarder stjärnor för att bilda, avge ultraviolett, joniserande strålning och slå mer än 99% av de neutrala atomerna i universum. Det är en gradvis process som tar cirka 550 miljoner år att slutföra!

Fram till nyligen trodde vi att återjonisering - den här sista fasen av universum som blev transparent för synligt ljus - inträffade 450 miljoner år efter Big Bang, men denna extra faktor på 100 miljoner år bestämdes av de senaste observationerna av Planck-satelliten.

Men det gör det inte menar, som du kanske har läst nyligen, att universums äldsta stjärnor bildades 100 miljoner år senare än vad vi tidigare trodde.

Det betyder att de första stjärnorna bildades mycket, mycket tidigare att vi kan se dem och att vi inte bildade tillräckligt av dessa stjärnor - och de brände inte tillräckligt varmt tillräckligt länge - för att återjonisera universum och göra det transparent för ljus fram till 100 miljoner år efter att vi tidigare hade tänkt.

Det är inte tillräckligt, i universum, att helt enkelt ”låta det finnas ljus” för att se de första stjärnorna: du behöver för att ljuset ska kunna resa fritt genom rymden!

I synligt ljus finns det inget sätt att se dem: oavsett hur bra Hubble-rymdteleskopet någonsin är, oavsett hur länge det stirrar på dessa fläckar av himlen, kommer det aldrig att se tillbaka till de första stjärnorna, för universum är fortfarande ogenomskinligt för synligt ljus.

Men det finns hopp, och James Webb Space Telescope har potential att förverkliga det hoppet.

Genom att titta in längre våglängder av ljus, de dammiga konfigurationerna av atomer och molekyler kan faktiskt vara transparent till dessa våglängder. Även om Hubble kanske inte kan se dessa stjärnor, James Webb, som kommer att se infraröd (och ganska lång infraröda våglängder, kommer att kunna se hela vägen ut till epoker där universum var ogenomskinligt för synligt ljus.

Med andra ord, på bara några år kanske vi verkligt kunna undersöka de första stjärnorna i universum, inte bara hundratals miljoner år efter det faktum, när universum blir transparent för synligt ljus. De första stjärnorna i universum kan vara osynliga en tid, men det är ett fel i våra ögon, inte ett fel på ljuset!


Planetarium

Vi tackar J.O från Washington, DC för att skicka in denna fråga. Vi hoppas att svaret inte blir alltför beskattat. ha ha ha

Den tyska astronomen F.W. Olbers (1758-1840) ställde en liknande fråga, en som förvirrade både astronomer och filosof. "Om det oändliga universum är statiskt och innehåller ett oändligt antal stjärnor, varför är inte himlen lika ljus?" Enligt Olbers resonemang borde varje siktlinje korsa en stjärna någonstans. Ett universum som är oändligt i ålder, omfattning och stjärnpopulation bör aldrig producera en natthimmel.

Olbers '' paradox '' och JO: s fråga låter likartat, men är inte exakt lika, JO: s fråga skiljer sig åt eftersom dess frasering innehåller svaret. Det löser också Olbers paradox.

Upplösningen avser universums ålder. Universum är inte oändligt gammalt, men istället, som JO antydde, är det cirka 13 miljarder år gammalt. Universum har inte genererat stjärnor för alltid, bara i miljarder år. Följaktligen har kosmos inte haft tillräckligt med tid för att fylla himlen med stjärnor. Lord Kelvin (1824-1907) föreslog denna ålderslösning, som bekräftades år senare av Big Bang-teoretikerna George Lemaître och Edwin Hubble. Den mörka natthimlen är ett direkt observationsbevis för att vi lever i ett universum som föddes vid en viss tidpunkt.

Eller med andra ord, universum har inte tillräckligt med stjärnor för att fullständigt belysa vår himmel. Medan universum innehåller biljoner stjärnor fördelade genom miljarder galaxer och också spridda genom det intergalaktiska rymden, är avstånden mellan oss och de flesta av dessa stjärnor ofattbara. Ljusintensiteten minskar med avståndets kvadrat. Så inte alla siktlinjer kommer att ansluta till en stjärna som vi faktiskt kan se.

Naturligtvis, om du någonsin har en chans att observera natthimlen genom kikare, kommer du att se mycket fler stjärnor än vad som syns med hjälp utan blick. Himlen lyser verkligen upp med stjärnor, även om vissa av dem är dolda för vår syn.


Olbers paradox: Varför är Night Sky Dark?

Även om du aldrig har hört talas om Olbers paradox, kanske du fortfarande känner till dess grundläggande förutsättningar. Det ställer i princip frågan, ”varför är inte hela natthimlen lika ljus som solen?” Du kanske blir lite tillbaka om varför den här frågan ens betraktas av astronomer, men den är inte ogrundad. Eftersom universum kan sträcka sig oändligt i alla riktningar kan det finnas ett oändligt antal stjärnor. Det betyder att, oavsett var vi tittade, varje punkt på himlen ska lysa med ljus.

I slutändan är detta en allvarlig fråga som kan hjälpa till att svara på fler av universums mysterier, men detta är inte alls en modern fråga. Så långt tillbaka som 1610 övervägde individer denna fråga. Kepler var en av de första som tog denna fråga fram (få ordlistan), men det var först på 1800-talet som Heinrich Wilhelm Olbers populariserade den som en paradox. Det har gjorts flera försök att lösa detta mysterium, och jag kommer att köra igenom några av de större.

Annons

Annons

För det första, om stjärnorna är jämnt fördelade kommer det att finnas 100 gånger så många i en viss del av himlen vid 10 gånger en avståndsenhet, och kollektivt kommer de att vara lika ljusa som en stjärna i det avsnittet. Så varje avsnitt bidrar till att en del av himlen lägger till detta innebär att hela himlen ska lysa. Eftersom hela himlen inte lyser, indikerar det att platserna för dessa stjärnor och galaxer kanske inte är lika fördelade runt kosmos, och så ser vi vidder av mörkret eftersom stjärnor kan gömma sig bakom varandra eller bara koncentrera sig till vissa områden i kosmos (vi kallar detta en icke-enhetlig distribution).

En andra anledning till att himlen inte är full av ljus kan bero på att något blockerar ljuset från att nå oss. Interstellära dammmoln, kanske? Men om ett dammmoln skulle placeras mellan oss och en annan stjärna, skulle effekten av att bombarderas med miljontals eller miljarder år av fotoner värma upp den så att (så småningom) denna energi bara skulle strålas tillbaka ut i rymden mot oss. Det är därför som nebulosor lyser starkt när de inte har någon egen energikälla.

Annons

Annons

Därefter har det föreslagits att universum kan vara oändligt i storlek, men det har en begränsad mängd massa så detta skulle innebära att stjärnor är begränsade i antal. Ämnet skulle också mycket gradvis användas av stjärnor och lämna allt mindre åt kommande generationer, och om universum är oändligt gammalt skulle mycket av denna ursprungliga materia redan ha kunnat förbrukas. Detta är också en möjlig förklaring till varför natthimlen inte är upplyst, men vi har fortfarande problem! Det stora antalet stjärnor i bara det observerbara universum (som vi har uppskattat vara 10 ^ 22 eller 10 ^ 24 via extrapolering) är så stort att vi fortfarande förväntar oss den glödande himlen.

De nästa två är mycket mer trovärdiga eftersom de bygger mer på Big Bang-teorin och den universella expansionen (dessa förklaringar är hur de flesta forskare svarar på denna fråga). I grund och botten är universum bara 13,7 miljarder år gammalt, så vi kan inte se några föremål längre än 13,7 miljarder ljusår bort eftersom universum inte är tillräckligt gammalt för att ljus längre bort har nått oss ännu. Vårt "observerbara universum" är så långt vi kan se. Som ett resultat lever vi i en bubbla och begränsar vår vision.

Annons

Annons

Och slutligen upptäckte Edwin Hubble att vårt universum expanderar och att vi kan mäta hur snabbt saker rör sig bort eller mot oss genom att titta på hur våglängden för den strålning som vi får har skiftat. Detta fenomen kallas redshift. Vi vet nu att ju längre bort galaxerna är från oss desto snabbare reser de, och så detta kan innebära att mycket avlägsna stjärnor och galaxer mycket väl kan ha förskjutits för långt ner i spektrumet för att visa sig på natten som synligt ljus.

De sista två av dessa kommer säkert att ha en avsevärd effekt, medan de första är uppe för mer debatt. Se till att titta på minutefysikvideoen för en bra sammanfattning av denna fråga.


Varför är natthimlen svart?

Utrymme: det är fullt av stjärnor ... är det inte? Beth Scupham / flickr, CC BY-SA

Det låter självklart. Det är vad natten är. Solen har gått ned och när du tittar upp mot himlen är den svart. Förutom där det finns en stjärna, förstås. Stjärnorna är ljusa och glänsande.

Men vänta. Tänk dig att du är djupt inne i en skog. Runt dig finns det träd. Vart du än tittar tittar du på ett träd. Kanske ett stort träd på nära håll eller ett gäng små träd längre bort. Visst borde det vara detsamma med stjärnor. Vi är djupt inne i universum och i vilken riktning vi än tittar, det borde finnas stjärnor där - miljarder och miljarder och miljarder av dem. Du skulle ha trott att de skulle fylla hela natthimlen, med de mer avlägsna svagare men fler.

Detta kallas "Olbers 'paradox" efter en astronom från 1800-talet, även om konstnären fanns i ett par århundraden före honom. Och svaret - åtminstone nu - är ganska tydligt.

Anledningen till att natthimlen inte bara lyser är att universum inte är oändligt och statiskt. Om det var, om stjärnorna fortsatte för evigt och om de hade varit där för alltid i tiden, vi skulle se en ljus natthimmel. Det faktum att vi inte säger något mycket grundläggande om det universum vi lever i.

En gräns för universum kan tyckas vara en naturlig förklaring - om du var i en skog och du kunde se ett gap i träden, till exempel, kan du anta att du var nära kanten. Men det är mörkt på alla sidor av oss, vilket inte bara skulle betyda att universum är avgränsat, utan att vi är mitt i det, vilket är ganska osannolikt.

Alternativt kan universum vara tidsbegränsat, vilket innebär att ljus från avlägsna stjärnor inte har haft tid att nå oss ännu.

Skyll Doppler-effekten

Men faktiskt är förklaringen ingen av dessa. Ljus från de avlägsna stjärnorna blir svagare för att universum expanderar.

Edwin Hubble upptäckte 1929 att avlägsna galaxer och stjärnor reser ifrån oss. Han fann också att de längsta galaxerna reser bort från oss i den snabbaste hastigheten - vilket är vettigt: över universums livslängd kommer snabbare galaxer att ha rest längre.

Och detta påverkar hur vi ser dem. Ljus från dessa avlägsna, snabbt rörliga galaxer och stjärnor flyttas till längre våglängder av Doppler-effekten. När det gäller dessa stjärnor förskjuter effekten det synliga ljuset till osynligt (för det mänskliga ögat) infraröda och radiovågor, vilket i princip gör att de försvinner. Faktum är att natthimlen är svart är ett bevis på ett expanderande universum.

Så om du vill ha bevis på Big Bang behöver du inte Hubble-teleskopet eller Large Hadron Collider. Du behöver bara dina egna ögon och en klar, mörk natt.

Denna berättelse publiceras med tillstånd av The Conversation (under Creative Commons-Attribution / Inga derivat).


Rentevrees bij beleggers blijkt schijnbeweging: techaandelen sätter jacht på poster i en zo hard kan dat gaan

Det kan finnas en annan pusselbit, enligt en ny studie i The Astrophysical Journal, och astronomer kanske äntligen kan få den hundra år gamla frågan att vila.

Astronomer uppskattade tidigare att det observerbara universum innehåller cirka 100 miljarder galaxer.

Den nya studien kontrollerade den siffran genom att uppskatta galaxernas densitet från nära håll ända till de yttersta kanterna av universum som vi kan se. Eftersom ljusets hastighet är ändlig & # 8211 och kan ta miljarder av år för att nå jorden & # 8211 när de såg längre ut, de tittade också tillbaka i tiden mot kosmos & # 8217 yngsta epoker.

Teamet med fyra astronomer, ledt av Christopher Conselice vid Leiden Observatory i Nederländerna, började med att bearbeta foton av de djupaste, mörkaste fläckarna i rymden.

Uppgifterna inkluderade ett extremt djupt foto som tagits av NASA: s Hubble-rymdteleskop, som avslöjar galaxer som fanns när universum var så unga som 400 till 700 miljoner år gamla. (Universum från vår utsiktspunkt är 13,8 miljarder år gammalt.)

De räknade galaxer i flera våglängder, kartlade dem i tre dimensioner och räknade ut hur många det fanns på olika avstånd och tidsperioder:

De upptäckte att galaxernas densitet ökade ju längre tillbaka i tiden de såg ut. Detta var vettigt, eftersom galaxer regelbundet smälter samman och blir större med tiden och de tittade på tidigare epoker. (Vår Vintergatan är till exempel på en kollisionskurs med den närliggande Andromedagalaxen.)

Men galaxernas täthet gick bara upp till en viss punkt & # 8211 föll sedan av.

& # 8220 [Dessa] observationer når inte de svagaste galaxerna, & # 8221 författarna avslutade och tillade: & # 8220Vi vet att det borde finnas många fler svaga galaxer utanför våra nuvarande observationsgränser. & # 8221

Genom att extrapolera de hastigheter som de såg, och anta att något blockerade deras syn, tror de att tidigare uppskattningar av antalet galaxer i det observerbara universum kan vara av med en faktor på 10, 20 eller mer.

Sagt på ett annat sätt, det finns 2 biljon galaxer i universum istället för 100 miljarder.

& # 8220Den här frågan handlar inte bara om intresse som nyfikenhet, utan är också kopplad till många andra frågor inom kosmologi och astronomi, & # 8221 skrev teamet i sin studie.

Vad som döljer 90% av galaxerna ger oss tillbaka till Olbers & # 8217 Paradox, och varför natthimlen är mörk.

Forskarna säger att de flesta lösningarna på paradoxen faller i två hinkar: en, de förklarar hur stjärnor och galaxer försvann eller två, de förklarar varför många stjärnor och galaxer finns där men kan inte ses från vår jordiska utsiktspunkt.

Den mest populära idén är lite av båda. Det antyder att ett expanderande universum har röda skiftade galaxer ur sikte, kombinerat med fakta att universum har en begränsad ålder och en observerbar storlek.

Men Conselice och hans kollegor gick ett steg längre och lade till ytterligare ett svar på gåten om varför det inte finns en liknande bakgrundsglöd för synligt ljus, särskilt med alla dessa nyupptäckta galaxer.

De föreslår att absorption av ljus av gas och damm som driver genom rymden & # 8211 en långkasserad bit av Olbers & paradox, som ursprungligen ansågs förvärra problemet med den ljusa himlen & # 8211 spelar en mörkare roll .

Den gamla motivationen var att ett oändligt stjärnfält skulle oändligt värma upp gasen och dammet tills det också var lika ljust som en stjärna.

Men författarna föreslår att avlägsna och rödförskjutna (om än annars synliga) galaxer kan få sitt ljus att absorberas av gas och damm i rymdens tomrum och sedan sändas ut i infraröda och ultravioletta våglängder som är osynliga för mänskliga ögon.

& # 8220Det verkar således som att lösningen på den strikta tolkningen av Olbers & # 8217 Paradox, som ett optiskt ljusdetekteringsproblem, är en kombination av nästan alla möjliga lösningar & # 8211 redshifting-effekter, den ändliga åldern och storleken på universum, och genom absorption, & # 8221 skrev forskarna.

Under de närmaste tio åren, när större och mer känsliga teleskop på marken och i rymden går online, hoppas laget att dra nytta av de djupaste bilderna av rymden som någonsin gjorts, och i våglängder kan det mänskliga ögat inte se att testa om deras hunch stänger ut.

& # 8220Det förvirrar sinnet att över 90 procent av galaxerna i universum ännu inte har studerats, säger Conselice i ett pressmeddelande från NASA.


Titta på videon: Därför regnar det stjärnor från himlen - Nyheterna TV4 (Maj 2022).