宇宙にはたくさんの星があるのに、なぜ夜空は暗いのでしょうか？

雲ひとつない晴れた夜に、街の明かりから遠く離れた田舎や山に来ると、夜空を見上げると、満天の星空と輝く天の川が見えます。星々は休むことなく瞬き、柔らかく詩的な光を放っています。

観測条件が非常に良好な場合、人間の目は約 6,000 個の星を見ることができます。しかし、私たちは北半球に住んでいるため、足元の空の南半分の星は見えず、3,000個以上の星しか見えません。しかし、実際には、空には 6,000 個よりも何倍も多くの星がありますが、それらの星は非常に暗く、天体望遠鏡を使ってのみ見ることができます。

星空を眺めながら、宇宙にはこんなにたくさんの星があるのに、なぜ夜空は暗いのだろうと考えたことはありませんか？

オルバースのパラドックス

このことに関して言えば、ある人物について触れなければなりません。それはオーベルトです。オルバースは、中国の清朝の乾隆帝時代の1758年に生まれたドイツ人でした。オーベルトは大学で医学を学び、卒業後は医師として働いた。しかし、彼は特に天文学に興味を持っていました。そこで彼は昼間は医者として働き、患者を治療し、夜は空を観察しました。彼はいくつかの小惑星と彗星を発見した。

オーベルト

オーベルトは非常に思慮深い人です。星が輝く夜空を眺めながら、オルバースは疑問を抱きました。もし宇宙が無限であるなら、空には太陽のような星が無限にあるはずだ、と。それらは周囲の空間に大量の光と熱を絶えず放射しています。このように、彼らは私たちの夜空を非常に明るく照らすはずですが、私たちが見る星空はまだなぜ暗いのでしょうか?

実際、オルバースより以前に、ドイツの天文学者ケプラーも同様の疑問に悩まされていました。

彼は、もし宇宙が無限であり、星の数も無限であるならば、私たちの地球は隙間なく木々に囲まれた星の密林の中にいるようなものだと言いました。地球を取り囲むこれらの星は光と熱を放射しています。つまり、暗い夜空になる代わりに、地球は焼けつくような熱い地獄になるはずです。

オルバースのパラドックスは、定常状態の宇宙では夜空は明るくなるはずだというものです。

オルバース氏はこの質問に対する答えを自ら考え出した。彼は、遠くにたくさんの星があるにもかかわらず、その光は私たちに届く前に宇宙の物質に吸収されるため、星空は黒くなると考えました。

しかし、誰かが立ち上がって彼に反対し、あなたの答えは間違っていると言いました。その空間の物質は星の光を吸収しますが、吸収した後も再び光を放出するため、光の総量は減少しません。

よく見ると、オルバースが提起した疑問は、最初は意味をなしているように見えますが、夜空は星によってそれほど明るく照らされておらず、まだ暗いため、誤った結論につながります。この状況は「パラドックス」と呼ばれます。後に、オルバースが提起した疑問は「オルバースのパラドックス」と呼ばれるようになりました。

オルバースのパラドックスという質問は単純な質問のように聞こえますが、その答えは実際には単純ではありません。多くの有名な科学者もこれに困惑しています。

遠くの星

この質問に答えるために、多くの人はまず地球の周りの星について考えます。地球に最も近い星は、もちろん太陽です。太陽光は常に地球の半分を照らし、晴れた日にはこの半球を形成しますが、夜になると地球のもう半分を照らすことはできません。その半球からは星の光しか見えません。

太陽と地球の間の距離はどれくらいですか？約1億5千万キロメートルです。ジェット機で地球から太陽まで飛ぶと、約20年かかります。

アルファケンタウリ付近の空の広角写真

太陽以外で地球に最も近い星は南の空にあるアルファ・ケンタウリで、中国名は「南門一」、別名「プロキシマ・ケンタウリ」です。地球からの距離は約4.3光年です。この距離をキロメートルに換算すると約40兆キロメートルとなり、地球から太陽までの距離の27万倍に相当します！ジェット機で止まることなくアルファケンタウリまで飛ぶと、約 450 万年かかります。

他の星に関しては、数が非常に多いのですが、私たちからはあまりに遠く離れています。

光学には、ある点で受ける光の強度はその点から光源までの距離の二乗に反比例するという法則があることがわかっています。つまり、ランプがあれば、そのランプから発せられる光は前方、後方、左、右、あらゆる方向に放射されることになります。光が球体を形成すると想像できます。光が遠くまで進むほど、球体は大きくなります。ボールが大きくなるにつれて、その表面積はますます大きくなり、ボール上の光はますます分散されるため、光の強度はますます弱くなります。

したがって、遠くにある星からの光は地球に届く頃には暗くなり、かろうじて見える星もあれば、まったく見えない星も出てきます。もちろん、それらは夜空を照らすことはできません。

このいわゆる光の「逆二乗則」は、「オルバースのパラドックス」の説明の 1 つです。

宇宙の膨張の結果

近年、科学の発展に伴い、「オルバースのパラドックス」に対する別の説明を提唱する人もいます。宇宙には、主に肉眼では見えないほど弱い星々で構成された銀河を中心に、多数の天体が急速に私たちから遠ざかっていることが判明しました。これがいわゆる「宇宙の膨張」です。

「宇宙の膨張」の結果、特に遠くにある星や銀河は、非常に速い速度で私たちから遠ざかっていくため、それらが発する光が地球に届くときには、強度が極端に弱くなるだけでなく、光を構成する光子のエネルギーも非常に低くなり、私たちはそれらをもはや見ることができません。したがって、私たちの目には宇宙は「暗い」のです。

ビッグバンの模式図

そういえば。夜空が暗い理由をいくつかご存知ですか?

今のところ、人によって解釈は様々で、非常に異なる解釈もあります。どの答えが唯一正しいのかを言うのは難しい。したがって、この問題は依然として「未解決」であり、人々は時々これについて議論し、さらには論争さえしています。

実際、多くの主要な科学的問題には、誰もが正しいと同意できる答えが存在しないことが多く、すべてが探求の過程にあります。

通常、科学者はまず観察を行い、次に観察結果を説明する仮説を提案し、その後観察を通じて仮説を検証し、仮説を支持または反証する証拠を探します。オルバースのパラドックスという有名な科学的問題の探求は、実際にはそのようなプロセスを反映しています。

強調する必要があるもう一つの点は、夜空は実際には完全に暗いわけではないということです。私たちは地球上でさまざまな高エネルギーや低エネルギーの放射線を受けますが、それを肉眼で見ることはできません。これはまさに科学者が研究しているテーマと対象です。

著者: 傅元（引退した天文学者）

企画：張超、李培源、楊劉