Защо през нощта е тъмно?

Не бързайте да кажете, че въпросът е детински, дори глупав. Очевидният отговор гласи, че причината през нощта да е тъмно, е, защото Слънцето не осветява половината от земното кълбо. Да, но този довод е слаб. Слънцето е звезда, и дори когато се намира от другата страна на Земята, би трябвало другите звезди на небосклона да ни светят. Нещо повече – светлината от всички звезди в необятната Вселена би трябвало да e толкова силна, че и през деня да правят Слънцето само част от общата осветеност. Разбира се, че тези други звезди се намират много далеч, но броят им е колосален и това трябва да компенсира светлината, която достига до нас.

Над този проблем са си блъскали главите не един или двама от великите умове. Първи, който формулира т.нар. фотометричен парадокс е швейцарският астроном Жан Филип дьо Шезо. След него по проблема разсъждават Томас Дигес, Йохан Кеплер, Ото фон Герике и Едмънд Халей. Понякога наричат явлението парадокс на Олберс, в чест на немският лекар и астроном Хайнрих Олберс, който привлича вниманието към проблема в началото на XIX век.

В основата на парадокса стои фактът, че повърхностната яркост на излъчваната от коя да е звезда на небосклона светлина е еднаква с тази на Слънцето. А звездите в безкрайната статична еднородна евклидова Вселена са неизброими и би следвало накъдето и да погледнем, погледът ни да попада на излъчената от някоя звезда светлина. Във всяка точка от небосклона, без изключение.

Анимация, илюстрираща допускането

на фотометричния парадокс

Потокът на излъчването на дадено светило намалява обратно пропорционално на квадрата от разстоянието, на което се намира звездата. Едновременно, също пропорционално на квадрата, намалява и ъгловата площ (или пространствения ъгъл), която заема всяка звезда на небето. Съотношението на тези две величини определя повърхностната яркост на звездата. И това съотношение – заради пропорционалното увеличение или намаляване на двете величини – не зависи от разстоянието. Следователно, когато гледаме към дадена звезда, ние я виждаме със същата повърхностна яркост, с която виждаме и Слънцето. И понеже във всяка точка от небосвода се проектира светлината поне от една звезда, то цялото небе (без значение от времето през денонощието) би трябвало да е еднакво ярко светещо. Това в общи линии е парадоксът на Шезо-Олберс.

През 1823 година Олберс предлага едно от първите обяснения на фотометричния парадокс. Той смята, че светлината от далечните звезди се разсейва и поглъща от междузвездния прах и така тя достига до нас съвсем слаба.

Илюстрация на парадокса на Олберс. Накъдето и да

погледне наблюдател от Земята, погледът му трябва

да попадне на една от равномерно запълващите

Вселената звезди.

Това обяснение обаче бързо е изоставено – самата космическа прах под действие на излъчването от неизброимото количество звезди би трябвало също да се нагрее и да започне да свети като самите светила.

Обяснение на парадокса може да се открие в космологичната поема на Едгар Алън По “Еврика”, но тъй като това не е научен труд, то авторството на решението следва да се припише на немския астроном Йохан Медлер, както и на подробното математическо описание на Уилям Томсън лорд Келвин, което той прави през 1901 година.

Обяснението на парадокса в най-общи линии идва от това, че Вселената е с “пределна възраст”. Разширяващото се мироздание възниква преди “едва” 13 и малко милиарда години. Светлината, която сега виждаме от най-старите (и следователно - най-отдалечените от нас) звезди е пътувала 13 милиарда години.
Във формулировката на решението на Лорд Келвин фотометричният парадокс става несъстоятелен, ако се откажем от идеята за безкрайната статична еднородна евклидова Вселена, т.е. ако са изпълнени три условия – скоростта на светлината е пределна; второ, времето на съществуване на Вселената е крайно или е крайно времето на светимост на звездите; и трето, средното разстояние между звездите е от порядъка на няколко светлинни години. Количествено, ако възрастта на Вселената е крайна (под 14 милиарда години според съвременните изчисления), то тогава светлината от звездите, достигаща до нас, е недостатъчна за да се запълни цялото небе. В съвременните космологични схващания и трите условия са изпълнени. Когато виждаме светлината от най-отдалечените обекти във Вселената ние гледаме в миналото и стигаме до онова време, когато галактиките и по-малките обекти (звездите) все още не са съществували.



Това елиминира основната предпоставка за фотометричния парадокс – звездите са разположени на произволно големи разстояния от нас и на светлината й е нужно време за да ни достигне.
С други думи, когато гледаме към коя да е точка от небесната сфера, не би следвало да очакваме, че там непременно ще видим светлината от някоя звезда – тя може вече да е прекратила съществуването си или светлината от нея още да не е достигнала до нас.  Разбира се, десетките милиарди звезди, които се намират значително по-близо до нас, създават някаква осветеност, но тя значително отстъпва от тази, която ни осигурява най-близката до нас звезда – Слънцето.


-----------
За още новини харесайте страницата ни във Facebook>>>