夜空大部分是黑暗的,是因为宇宙不透明吗?

  • 你能看见多少颗星星?

相信绝大多数人都答不上来,顶多给一个笼统的答案“十万颗?”“两三万?”或者“无数颗吧!”

很遗憾,答案都不对。在一个晴朗的夜晚,当你抬头注视夜空,最多只能分辨出2500颗恒星。并且天文学家们会告诉你,人类在地球上通过肉眼只能看到8749颗恒星,它们几乎全都在银河系,并且处于太阳系附近“很小一片”区域。

要知道单单一个银河系的恒星总数就达到1000~4000亿颗恒星和超过1000亿颗行星,相比之下,人类的目之所及连井底的青蛙都不如呢!

  • 为什么天上的星星那么多,而我们能看见的却这么少?

点一支蜡烛,放在面前,你能看见它吗?

你肯定说:“废话!我又不是瞎子,怎么能看不见?!”

那么,把蜡烛放在10米远、100米远、1公里远、100公里远的地方,你还能看见它吗?

要想看到1公里远蜡烛的亮光,你首先得有极好的视力,还需要要极高的能见度,有一点雾霾都不行。而隔着100公里,你纵然有火眼金睛也没办法看到那盏微弱的烛光了。

一方面是我们的视网膜分辨能力不够,同时烛光会被空气中的气体分子吸收,这时候你需要一台高倍率的望远镜才有可能看到蜡烛发出的光。

看星星也一样。

  • 绝大多数恒星距离我们太远

前面提到,在我们的银河系里有数以千亿计的恒星,这些恒星中的大多数比我们的太阳更大也更亮,照理说我们应该不难看到它们。但事实上,银河系实在是太过于广阔,它的直径达到20万光年,连光都要走20万年才能走到头。那些距离我们遥远的恒星,即便是它们比太阳更加巨大也更加明亮,但在几千光年之外它的大小就像是数百公里外的一支小小蜡烛,我们的视网膜根本没办法分辨。

我们看不见那些恒星,就可以否认它们的存在吗?这里有一个经典的例子:

这是一张哈勃太空望远镜拍摄的银河系外天空照片,从望远镜的图像里我们看到天空中密密麻麻全是星光,但星光并没有完全覆盖太空,恒星之间还有许多黑暗的区域:

这些黑暗的区域里是不是空无一物呢?科学家们将哈勃望远镜对准其中一片黑暗的“空隙”,开始了长达几个星期的“凝视”,长时间曝光得到的结果令人吃惊:在这些我们原以为什么都没有的空白区域,居然有数以万计遥远星系发出的光芒!

现在你应该明白了,太空中并不是星星不够多,夜空之所以显现出黑色是因为绝大多数的恒星和星系距离我们太远,它们的角分辨率太小,以至于我们的视网膜根本无法分辨它们。

  • 另一个原因是,我们的眼球并不能看到所有光。

如果你更深入地学习物理,会了解光就是电磁波,电磁波的波长与频率决定了光的颜色。比如说橙色光的波长在620纳米左右,而蓝色光的频率范围在600~660THz。宇宙中充满了各种波长和频率的光,我们人眼能看到的波长范围只是从380~800nm这样一个狭小的区间,恒星发出的其它光我们一概看不见。

你看不见的东西不代表它不实际存在。就拿天空中著名的泻湖星云来说,在可见光范围内我们只能见到一团美丽的云彩,而通过红外光谱则可以发现其中躲藏着数以万计的恒星。

同样地,当我们将望远镜以不同的频率扫描遥远的星系,也能得出完全不同的壮观图像。

  • 回到最初的问题,宇宙到底是不是透明的?

我们头顶的大气层并不是完全透明的。厚厚的大气层吸收了许多频率的光,也因此保护万千生物不遭受紫外线、X射线和γ射线的伤害。如果我们跳出大气层,是否一定能看到所有的星光呢?未必。

因为在那些我们以为是真空的星际空间里,依然充斥着各种尘埃、气体分子云和孤独的原子。这里的气体很稀薄,每立方厘米仅有1~2个分子,有些区域甚至每立方米连1个原子都摊不到,但放在数千万甚至数十亿光年的庞大尺度上,这些原子就足以吸收遥远星系射来的光。当那些可见光的能量被转化为热,再以其它波长发射时,我们人眼看到的就只会是黑暗。