為什麼外太空看起來一片漆黑?

北京時間7月1日消息,無論是仰望夜空,還是驚嘆於網絡上絢麗的宇宙照片,你會發現兩者並沒有太大的區別:都是漆黑深邃的太空,點綴着明亮的星星、行星或宇宙飛船。那你有沒有想過,為什麼宇宙漆黑一片?為什麼宇宙不是五彩斑斕的,比如就像地球上白日里的藍色天空一樣?

為什麼外太空看起來一片漆黑?

資料圖

宇宙的黑,跟缺乏光線沒有關係。

加州大學聖克魯茨分校的天文學及天體物理學研究生騰雷·哈欽森-史密斯解釋說:“你也許會以為,既然我們銀河系中有無數的恆星,而宇宙中又有無數的星系,還有數不盡的其他可以反射光線的物體,比如行星等,那麼我們在夜晚仰望天空時,整個夜空應該異常明亮才是。然而事實上,宇宙非常黑暗。”

哈欽森-史密斯說,這個矛盾,在物理學和天文學界被稱為“奧伯斯佯謬”,它或許可以用時空膨脹理論來解釋,即“因為我們的宇宙的膨脹速度超過了光速……來自遙遠星系的光芒可能會被拉伸,並變成我們肉眼無法察覺的紅外線、微波和無線電波”。又因為它們無法被察覺,所以在人類的肉眼看來就是漆黑的。

米蘭達·阿普費爾也是加州大學聖克魯茨分校的天文學及天體物理學研究生。她與哈欽森-史密斯的看法一致。她說:“恆星可以發出各種顏色的光,甚至包括人眼看不見的顏色,比如紫外線或紅外線。如果我們的眼睛可以看到微波,那麼我們會看到整個宇宙都在發光。”阿普費爾說,這是因為宇宙微波背景仍然充斥着整個太空。(宇宙微波背景,宇宙中最古老的光,來自宇宙大爆炸,因宇宙早期存在的質子和電子而分散。)

星際和行星際之間一片漆黑的另一個原因是宇宙空間近乎真空。回想一下,地球上的天空之所以是蔚藍的,是因為構成大氣的分子(包括氮和氧等)將太陽的可見光中波長較短的藍光和紫光等向各個方向散射,當然也包括向我們的眼睛方向散射。但是,沒有這些物質的話,光線從其光源發射出來后,便沿着直線傳播,直到被接收。由於太空近乎真空,這便意味着太空中幾乎不存在這些粒子,恆星和行星之間也就沒有任何可以分散光線、使之進入我們眼帘的物質。既然沒有光線進入我們的眼睛,那麼我們眼睛看到的自然是黑洞洞的一片。

儘管如此,2021年發表的一項研究表明,宇宙可能並不像科學家們起初想象的那麼漆黑。基於NASA的旨在探索冥王星和柯伊伯帶的新視野號任務,研究人員已經可以在不受地球或太陽的光線干擾的情況下,觀察太空。研究團隊接着篩選了新視野號拍攝的照片,減去來自已知恆星、銀河系和可能星系的所有光線,以及任何可能來自相機的光線。最後,他們發現,宇宙的背景光,仍舊比預測的明亮兩倍。

宇宙為什麼會比我們想象得更加明亮,仍是一個未解之謎,並且也將是未來研究的一個重點。不過在那之前,我們仍可以這麼說:宇宙依舊比漆黑更“黝黑”。