Что в космосе черное
Почему космос черный?
Смотреть на ночное небо, полное звезд, является одним из самых сильных переживаний, которые мы имеем как люди; это зрелище вдохновляло нас на протяжении десятков тысяч лет. Хотя невооруженным глазом видно менее 4500 звезд в любой точке Земли, мы знаем, что только в Млечном Пути (нашей галактике) есть не менее 100 миллиардов звезд.
Вселенная конечна
Когда самые мощные телескопы смотрят в просторы космоса, они, по сути, оглядываются назад во времени. Мы можем видеть 46 миллиардов световых лет в каждом направлении, в то время как у любого источника света за пределами этого расстояния не было достаточно времени, чтобы добраться до нас.
Даже когда мы фокусируем эти невероятно мощные телескопы в крошечной точке пространства, которая кажется абсолютно черной, свет все равно достигает нашего оборудования наблюдения, и мы находим еще больше звезд и галактик. Количество звезд и галактик ошеломляет, и нашим мозгам трудно даже понять. Галактические расстояния почти немыслимы, поэтому во всех смыслах и целях Вселенная часто кажется бесконечной.
Однако, как отметили многие эксперты, и как показали мысленные эксперименты, если бы наша вселенная была поистине бесконечной, то, если бы вы посмотрели достаточно далеко и долго в какой-то одной точке пространства, в конце концов вы бы приземлились на источник света, даже если бы он был на другой «стороне» вселенной. Тем не менее мы видим, что это не так, и, учитывая наше понимание Большого взрыва, ускоряющегося расширения и космического микроволнового фона, преобладает мнение, что вселенная на самом деле конечна.
Если бы вселенная была бесконечной, то мы бы никогда не увидели пустое пространство (черного цвета) между галактиками и звездами. Каждая точка тьмы будет заполнена звездами или галактиками на бесконечном диапазоне расстояний и глубин.
В случае бесконечной вселенной наше ночное небо будет постоянно освещено, что, как мы знаем, не так. Опять же, основываясь на огромных, неуклюжих пропорциях Вселенной, хотя она заполнена триллионами звезд и сотнями миллиардов галактик, подавляющее большинство полностью пусто. Хотя это может быть трудно осмыслить, некоторые эксперты считают, что плотность вещества во Вселенной составляет примерно один атом водорода на кубический метр! Если мы представим всю вселенную в кубе размером с картонную коробку, и все звезды, галактики, планеты, астероиды и луны будут эквивалентны одному атому водорода в этой коробке, вы сможете начать понимать, насколько пусто пространство и, следовательно, «без света».
Хотя вне всякого сомнения существует «большая» вселенная за пределами того, что мы можем наблюдать в настоящее время, у нас не было достаточно времени для того, чтобы свет от этих небесных тел достиг нас после Большого Взрыва. Что еще более интересно, из-за ускоряющегося расширения Вселенной не только небесные тела и галактики движутся от нас почти со скоростью света (на самых дальних краях вселенной), но и пространство между этими телами также расширяется с быстрой скоростью. Это означает, что край вселенной постоянно удаляется от нас и, фактически, движется быстрее скорости света! Это означает, что даже через миллиарды лет ночное небо по-прежнему будет черным, поскольку наше зрение никогда не сможет догнать самые дальние точки во вселенной.
Человеческие ограничения
Как оказалось, за последние 13,8 миллиардов лет большая часть этой радиации «остыла», но не исчезла. Как упоминалось ранее, существует нечто, называемое Космическим микроволновым фоном, которое, по сути, является послесвечением Большого взрыва, и оно почти равномерно присутствует во всей вселенной. Это излучение очень холодное, с низким количеством энергии и, следовательно, не в видимом спектре света. Если бы люди могли видеть радиоволны такой низкой интенсивности так же, как мы видим видимый свет, небо было бы бесконечно освещено для нас. Однако то, как адаптировались наши способности зрения, основанные на качестве света, генерируемого нашей звездой, не позволяет нам видеть этот конкретный тип или диапазон излучения.
Заключение
Казалось бы, бесконечная чернота космоса может чувствовать себя изолированной, но помните, что-то, что вы можете увидеть невооруженным глазом, является лишь бесконечно малой долей звезд и галактик, которые находятся в дальних уголках космоса. Несмотря на это, подавляющее большинство пространства представляет собой вакуум, лишенный каких-либо объектов, которые могли бы создать видимый нам свет для свидетельства. Наконец, если темная пустая пустота сбивает вас с толку, помните, что она на самом деле наполнена светом… именно такого, который мы не можем видеть!
Почему космос черный: Вселенная для «чайников»
В столице продолжаются мероприятия, приуроченные к 55-й годовщине первого полета человека в космос. 18 мая открывается выставка «Русский космос». Специально к этому событию мы собрали некоторые интересные факты о Вселенной. Эти, казалось бы, самые обычные вопросы часто задают даже дети. А вот самих взрослых они порой ставят в тупик. Какая температура в космосе, можно ли услышать звук планет и сколько звезд во Вселенной – читайте в нашем материале.
С Земли можно увидеть галактики невооруженным глазом
С Земли невооруженным глазом мы можем увидеть целых четыре галактики: в Северном полушарии видны наш Млечный Путь и Андромеда (М31), а в Южном – Большое и Малое Магеллановы Облака.
Галактика Андромеды – самая крупная из ближайших к нам. А вот если вооружиться достаточно большим телескопом, можно увидеть еще много тысяч галактик. Они будут видны как туманные пятна различной формы.
Глядя на ночное небо, мы смотрим в прошлое
Когда мы смотрим в ночное небо и видим привычные нам звезды, мы действительно заглядываем в прошлое.
Это происходит оттого, что на самом деле мы видим свет, посланный очень далеким объектом много лет назад. Все звезды, которые мы видим с Земли, находятся на расстоянии многих световых лет от нас. И чем звезда дальше, тем дольше добирается до нас ее свет.
Например, галактика Андромеды находится в 2,3 миллиона световых лет от нас. То есть ровно столько идет до нас ее свет. Галактику мы видим такой, какой она на самом деле была 2,3 миллиона лет назад. А наше Солнце мы видим с опозданием в восемь минут.
В космосе не абсолютная тишина
Наши уши воспринимают колебания воздуха, а в космосе из-за безвоздушной среды мы действительно не сможем услышать никаких звуков.
Но это не значит, что их там нет. На самом деле даже разреженный газ или вакуум может проводить неслышный для нашего уха звук очень большой длинной волны. Его источником могут стать столкновения газопылевых облаков или вспышки сверхновых.
Слышать такие электромагнитные волны мы, конечно, не можем. А вот у некоторых космических кораблей есть инструменты, способные захватывать радиоизлучение, а ученые, в свою очередь, могут преобразовать его в звуковые волны. Например, здесь мы можем послушать «голос» гиганта Юпитера, сделанный космический аппаратом Кассини в 2001 году.
Какая температура в космосе
На самом деле наше обычное представление о температуре к космическому пространству не совсем применимо. Температура – это состояние вещества, а его в открытом космосе, как известно, практически нет.
Но все же космическое пространство не безжизненно. Оно буквально пронизано излучением от самых разных источников – столкновения газопылевых облаков или вспышки сверхновых и многого другого.
Считается, что температура в открытом космосе стремится к абсолютному нулю (минимальному пределу, которое может иметь физическое тело во Вселенной). Абсолютный нуль температуры является началом отсчета шкалы Кельвина или минус 273,15 градуса по Цельсию.
Важную роль в формировании температуры космоса играют планеты и их спутники, астероиды, метеориты и кометы, космическая пыль и многое другое. Из-за этого температура может колебаться. Кроме того, вакуум – это отличный теплоизолятор, что-то вроде огромного термоса. А из-за того, что в космосе отсутствует атмосфера, предметы в нем нагреваются очень быстро.
Например, температура тела, помещенного в космосе вблизи Земли и находящегося под лучами Солнца, может повыситься до 473 градусов Кельвина, или почти 200 по Цельсию. То есть космос может быть и горячим, и холодным, смотря в какой его точке измерять.
Космос не черный
Хотя все мы видим черное ночное небо, а голубой цвет днем – это из-за атмосферы нашей планеты. Казалось бы, все просто: космос черный, потому что там темно. Но как же звезды? Ведь на самом деле их так много, что космос должен быть пронизан их светом.
С Земли мы не видим звезд повсюду, потому что свет многих из них просто не может до нас добраться. Кроме того, наша Солнечная система находится в относительно тихом, довольно скучном и темном месте галактики. И звезды здесь разбросаны очень далеко друг от друга. Ближайшая к нашей планете – Проксима Центавра находится аж в 4,22 световых года от Земли. Это в 270 тысяч раз дальше Солнца.
На самом деле если рассмотреть космос во всем диапазоне электромагнитных излучений, то он ярко излучает в основном радиоволны от разных астрономических объектов. Если бы наши глаза могли их видеть, то мы жили бы в значительно более яркой Вселенной. Но сейчас нам кажется, что мы обитаем в полной темноте.
Самая большая звезда во Вселенной
Конечно, речь идет о самой большой известной нам звезде. По оценкам ученых, Вселенная содержит более 100 миллиардов галактик, каждая из которых, в свою очередь, содержит от нескольких миллионов до сотен миллиардов звезд. Нетрудно догадаться, что в них могут существовать такие гиганты, о которых мы даже не подозреваем.
Оказалось, что вопрос, какая звезда самая большая, неоднозначен даже для самих ученых. Поэтому расскажем о трех известных на данный момент гигантах. Довольно долго самой большой звездой считалась VY в созвездии Большого Пса. Ее радиус – от 1300 до 1540 радиусов Солнца, а диаметр – около двух миллиардов километров. Для сравнения, диаметр Солнца – 1,392 миллиона километров. Если представить наше светило как шар в один сантиметр, то диаметр VY составит 21 метр.
Самая массивная из известных звезд – R136a1 в Большом Магеллановом Облаке. Это трудно представить, но звезда весит как 256 Солнц. Она же самая яркая из всех. Этот голубой гипергигант светит ярче нашей звезды в десять миллионов раз. А вот по своим размерам R136a1 далеко не самая крупная. Несмотря на впечатляющую яркость, увидеть ее с Земли невооруженным глазом не получится, потому что она находится в 165 тысячах световых лет от нас.
В настоящее время лидер списка огромности – красный гипергигант NML Лебедя. Радиус этой звезды ученые оценивают в 1650 радиусов нашего светила. Чтобы лучше себе представить этого сверхгиганта, поместим звезду в центр нашей Солнечной системы вместо Солнца. Она займет собой все космическое пространство до орбиты Юпитера.
Большую часть планет Солнечной системы можно увидеть без телескопа
В подходящее для этого время с Земли мы можем наблюдать Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Эти планеты были открыты еще во времена античности.
Далекий Уран тоже иногда различим невооруженным глазом с Земли. Но до его открытия планету принимали просто за тусклую звезду. О существовании Урана, Нептуна и Плутона из-за большой их удаленности ученые узнали только с помощью телескопа. С Земли невооруженным глазом мы не сможем увидеть только Нептун и Плутон, который, правда, больше не считается планетой.
Жизнь не только на Земле?
В Солнечной системе есть еще одно небесное тело, на котором ряд ученых все-таки допускают наличие жизни. Пусть даже в самых примитивных формах. Это спутник Сатурна Титан.
На Титане находится большое количество озер. Правда, искупаться в них не получится: в отличие от земных, они наполнены жидкими метаном и этаном.
Тем не менее Титан считается похожим на Землю в самом начале ее развития. Из-за этого некоторые ученые полагают, что в подземных водоемах спутника Сатурна могут существовать простейшие формы жизни.
Спросите Итана: почему космос кажется чёрным?
Иногда самые простые вопросы и ответы на них порождают глубочайшие озарения. Среди присланных в нашу рубрику вопросов было много прекрасных и интересных, но на этой неделе чести получения ответа удостаивается читатель, спрашивающий о бездне глубокого космоса:
Может ли космос, который мы видим ночью, быть чёрным, потому что человек способен видеть не очень далеко?
Иначе говоря, почему ночное небо такое тёмное и лишённое света?
Если подумать, в этом нет смысла. И правда, ведь атмосфера у нас прозрачная, она позволяет нам заглядывать в глубины космоса, когда Солнце расположено с другой стороны нашего мира. Благодаря нашему расположению в галактике, лишь часть Вселенной скрыта от нас галактическим газом и пылью, блокирующим свет центральных участков Млечного пути. Но если бы мы жили в действительно бесконечной Вселенной, то в любом направлении взгляда через достаточно большое расстояние мы непременно натыкались бы на яркую точку света.
Мы, конечно, можем заглядывать в глубочайшие глубины космоса, где нельзя увидеть ни звёзд, ни галактик, ни невооружённым глазом, ни через обычные телескопы – мы можем заставить телескоп им. Хаббла глядеть в такие точки часами и днями. После этого мы обнаруживаем, что Вселенная на самом деле заполнена звёздами и галактиками. Миллионы, миллиарды и десятки миллиардов лет свет путешествует через Вселенную и доходит до нашего оборудования. Набор достаточного количества фотонов с такого огромного расстояния может занять время, но поскольку в обозреваемой части Вселенной содержится не менее 170 миллиардов галактик, можно задаться вопросом, а не бесконечно ли их количество.
В принципе, такое возможно, но только бесконечным не может быть видимое нами количество. В XIX веке Генрих Вильгельм Ольберс сообразил, что если бы Вселенная и правда была бесконечной, и в ней было бы бесконечно много звёзд, то рано или поздно, куда бы вы ни посмотрели, ваш взгляд наткнулся бы на поверхность звезды. Вы бы не видели галактики так, как мы их видим, поскольку они в основном состоят из пустоты. Вы бы видели все эти звёзды, плюс все звёзды в галактиках за ними, плюс все ещё более удалённые звёзды, и т.п. Пройдите по прямой миллиарды, триллионы, квадриллионы световых лет – рано или поздно вы упрётесь в звезду.
Простая математика: если взять бесконечное пространство с конечной ненулевой плотностью вещества, то взглянув из любого места в любом направлении, вы рано или поздно наткнётесь на это вещество, находящееся на конечном расстоянии. Если космос заполнен звёздами, пусть и редко, но зато бесконечно, и с одинаковой плотностью, то вы наткнётесь на звезду, куда бы вы ни смотрели. И избежать этого, сваливая всё на поглощающую свет пыль, не получится.
Математическая теорема, утверждающая, что свет звёзд со всех направлений рано или поздно дойдёт до вашего местоположения, применима ко всем участкам космоса, в том числе и к пыли. Со временем эта пыль разогреется так, что тоже начнёт светиться. Если бы эта была наша Вселенная – статичная, бесконечная, с бесконечно светящими звёздами – ночное небо вечно было бы ярким.
Приблизительно 1% телевизионной статики составляет реликтовое излучение
И мы на самом деле видим и принимаем этот свет, каждый раз, когда включаем старый аналоговый телевизор на 3-м канале. «Снег», который вы видите, происходит от различных источников – человеческие радиопередачи, Солнце, чёрные дыры, и всяческие иные астрофизические явления. Но примерно 1% от него происходит от остаточного свечения Большого взрыва: от реликтового излучения. Если бы мы могли заглянуть в микроволновую и радиоволновую части спектра вместо видимой части, мы бы видели ночное небо примерно одной яркости, без тёмных участков.
Именно комбинация двух фактов:
1. Вселенная существует конечное время,
2. мы можем видеть свет только видимой части спектра,
делает ночное небо тёмным. Единственная причина, по которой мы видим в ночном небе именно то, что видим – это то, что свет нашего солнце находится на участке в несколько тысяч кельвинов, поэтому мы и видим всё это: звёзды, галактики, и объекты, отражающие свет Солнца. Если бы мы могли видеть на участках спектра в несколько единиц кельвинов, всё ночное небо для нас было бы ярким. В каком-то смысле именно ограниченность наших органов чувств и подвигла нас на изучение Вселенной!
Почему космос черный?
Вселенная > Почему космос черный?
Мы знаем, что во всех направлениях присутствуют звезды и галактики. Но почему тогда космос такой черный и откуда взялся этот цвет?
Представим, что вы оказались в космосе. Вы простая частичка, свободно плывущая в пространстве, а не перемотанный шлангами космонавт. Не рекомендуем смотреть на Солнце, так как его яркость будет смертельной для вашей сетчатки. Но вот остальная часть простора была бы темной и лишь слегка украшена маленькими светящимися точками.
Космос огромен, бесконечен и усеян звездами. Тогда все вокруг должно освещаться их светом. Почему этого не происходит? Почему цвет космоса остается темным? Впервые об этом задумался астроном из Германии Генрих Вильгельм Ольберс, описавший свои мысли в 1823 году. Благодаря этому появилось понятие Парадокс Ольберса, который гласит, что если Вселенная не имеет конца, пребывает в статике и существует вечно, то, куда бы вы не посмотрели, должны натыкаться на звезду».
Диаграмма Большого Взрыва
Реальность твердит, что все далеко не так. Поэтому Ольберс сделал вывод, что Вселенная не является бесконечной, статичной и у нее есть время (начало и конец). Но в системе может быть два критерия, но не все три. В 1920-х годах Эдвин Хаббл выяснил, что Вселенная лишена статики, а галактики стремительно отдалялись.
Из этого и появилась концепция Большого Взрыва. Когда-то существовала маленькая точка, которая внезапно начала расширяться на больших скоростях. Итак, Вселенная лишена статики и находится вне времени. Тогда парадокс решен!
Мы не способны разглядеть все звезды, потому что большинство настолько древние, что свету просто не удается к нам добраться. К тому же Вселенная огромная и временной масштаб действительно поражает. Поздравляю, мы разрешили парадокс!
Ну, не совсем. После Большого Взрыва Вселенная напоминала ядро звезды (горячая и плотная). Прошло несколько сотен тысяч лет и первый свет пролился на пространство. Ниже представлена самая детальная карта Вселенной.
Свет был невероятно ярким. Получается, что мы должны наблюдать его везде. Но подобного не происходит. Расширение продолжалось и длины волн первого свечения также растягивались и тянулись к концу электромагнитного спектра, пока не стали микроволнами. Это реликтовое излучение, обнаруживаемое в любом направлении.
Ольберс был прав. Если посмотреть куда-угодно, то вы натолкнетесь на яркое пятно. Просто процесс расширения вытягивает длину волн, так что невооруженным глазом этого не увидеть. Если бы сетчатка обладала детектором микроволн, то вы бы поразились, насколько яркое пространство. Так что цвет космоса вовсе не черный, просто наше зрение не достаточно совершенное.
Почему Вселенная выглядит черной, а не белой?
Посмотрите в ночное небо. Вы увидите манящую бесконечность, усыпанную яркими звездами. А если выберетесь за пределы Земли, то столкнетесь с пугающей чернотой. Но почему при таком огромном количестве звезд космос кажется темным? И как бы выглядела Вселенная, если была яркой?
Сможем ли мы в новом сценарии увидеть звезды? А черные дыры также покажутся на фоне белой Вселенной? Так, давайте кое-что проясним. Здесь понятие «черный/темный» будет рассматривать с точки зрения физики.
Цвет – это видимый спектр световых волн. Темные небесные тела поглощают все цвета спектра. Выходит, что сам «черный» нужно воспринимать не как цвет, а в качестве отсутствия какого-либо цвета. А вот «белый» – это смесь всех цветов и содержит все длины волн видимого света.
Галактики, галактики везде – насколько позволяет видеть космический телескоп Хаббл. Такой взгляд на почти 10000 галактик является максимально глубоким на сегодняшний момент. Так называемая Ультра Глубокая Область Хаббла (Hubble Ultra-Deep Field или HUDF) представляет собой глубокий центр Вселенной, который находится на расстоянии миллиарда световых лет.
Цвет – это наше чувственное восприятие мира. Если же говорить о фоне Вселенной, то когда-то он действительно был ярким, а не темным.
Космическое пространство возникло из Большого Взрыва. На тот момент еще не существовало звезд, излучающих свет. Вы бы могли наблюдать непрозрачное пространство с раскаленным супом из протонов, электронов и нейтронов.
Прошло 300 000 лет, и Вселенная остыла. Указанные выше частицы начали сталкиваться и сливаться в атомы и молекулы. Космос стал прозрачным, но наблюдатель бы воспринимал это как привычную тьму, ведь еще нет ни одного светового источника.
Abell 68, изображенное здесь в инфракрасном свете, представляет собой скопление галактик в космосе. Воздействие гравитации этого объекта на свет позволяет космическому космическому телескопу НАСА Хаббл наблюдать за более далекими и слабыми объектами.
Этот период называют «темной эпохой», и он закончился, когда первые звезды трансформировали водород в гелий. Эти звездные объекты были в 300 раз массивнее Солнца и в миллион раз ярче. Они сияли несколько миллионов лет, после чего взрывались в виде сверхновых.
Растущее излучение первых звезд ионизировало атомы водорода (деление на протоны и электроны). Вот тогда мы и получили темную Вселенную. Но почему? Как так выходит, что звезды не освещают все пространство?
Все дело в парадоксе Ольберса. Если бы Вселенная была белой, а не темной, то она окажется бесконечно старой, бесконечно большой и одновременно статичной. Однако эти характеристики не соответствуют действительности, ведь она не статична.
Возраст пространства составляет чуть меньше 13.8 млрд. лет. Не будем забывать, что у света есть ограничение по скорости, поэтому мы способны уловить лишь те звезды, что отдалены от нас на дистанции не больше 13.8 млрд. световых лет (при супер качественном оборудовании, которым пока не располагаем). Свет от более далеких звезд просто не успевает к нам добраться.
Полюбуйтесь на новое, красивое и качественное фото космоса и Вселенной от космического телескопа НАСА Хаббл. Расположенное в северной небесной полусфере, скопление галактик Abell 1703 состоит из более чем ста различных галактик, которые выступают в качестве мощного космического телескопа или гравитационной линзы.
А теперь главное условие в парадоксе Ольберса, которое не делает Вселенную белой – статичность. Космическое пространство все еще расширяется с увеличивающейся скоростью. Дистанции между звездами растут, длина волны света увеличивается и смещается в сторону красного спектра.
Выходит, что длина волны настолько вытягивается, что больше не улавливается человеческим глазом и становится доступной лишь инфракрасным приборам. На самом деле, Вселенная действительно яркая, но обычное зрение улавливает лишь черный фон.
Хорошо, а что насчет черных дыр? Если бы Вселенная все же была белой, мы бы смогли обнаружить этих чудовищ? Нет! Эти объекты наделены невероятно мощной силой гравитации, поэтому вообще не излучают света и никогда не окажутся видимыми (помните, что черный – отсутствие цвета).
Возможно, так даже лучше. Темное космическое пространство кажется невероятно таинственным и мотивирует разгадывать тайны. А что бы было при ярком ночном небе? Возникла бы в нас тяга к космическим путешествиям? Что думаете?