夜空为什么是黑的？｜简单事实的奥秘

冬林

　　
      
　　也许你听过《夜空中最亮的星》，但你可能没想过：夜空为什么是黑的？——这个看上去无比简单的问题，背后的科学知识比你想象得要cool。
　　今日推荐文章《夜空为什么是黑的？简单的问题，有时候答案并不简单》，来自头条号星空天文。
　　简单的问题，有时候答案并不简单。比如：夜空为什么是黑的？
　　仔细想想，确实如此。假如宇宙是无限的，那么无论出发地多么遥远，无论光线行进的时间有多长，天空中的每一个小点，都应该是亮的。
　　事实也接近这个假设。哈勃太空望远镜对深空的长久凝视，向我们清晰地展示了，无论多么遥远，宇宙中的确充满了恒星和星系。
　　
　　▲图：哈勃深空，来源：NASA / ESA
假如宇宙是无限的，恒星的数量是无限的，那么，无论我们朝向哪个方向，最终都会与一颗恒星发出的光相遇。那么，我们在天空中将看不到单个星系，我们将看到前前后后所有恒星加在一起发出的光。无论有多么遥远，总能遇到一颗恒星。
　　
　　▲图：NGC 3766疏散星团，来源：ESO
这是一个简单的数学概念：如果在一个无限的空间中，存在着有限的、密度非零的物质，那么无论我们看向何方，目光在穿越一段有限的距离后，都会与该物质相遇。假如空间充满了恒星，即使数量稀少，但由于空间是无限的，且密度是统一的，那么我们无论在什么方向上，都应该能看到一颗恒星。
　　即便宇宙中存在着许多能够遮挡光线的尘埃，但随着时间的推移，星光是会让尘埃变热和发光的。假如宇宙是静态、无限，且一直充满了恒星的，那么夜空应该是明亮的。
　　但事实并非如此。宇宙并不是一直存在的，宇宙也不是静态的。而且我们也只能看到有限距离范围内的恒星和星系，因此，我们所能看到的光线也是有限的。而这，就是夜空黑暗的原因之一。
　　在我们能够看到的宇宙之外，可能存在着更多的空间，更多的恒星和星系，但由于宇宙的膨胀，它们发出的光到达不了我们的眼中，照亮不了我们的夜空。
　　
　　▲图：电视雪花点信号中大约有1%来自宇宙微波背景，来源：YouTube
不过，宇宙有一个炽热致密的过去。在宇宙变透明的那一瞬间，这些光子开始在宇宙中四处自由飞翔。老式电视机收到的雪花点中，就包含了少量这些被称为宇宙微波背景的大爆炸余晖。因此实际上，假如我们通过微波和射电波段来观察宇宙，那么我们就会发现宇宙的确是明亮的。
　　那么我们可以得出结论，基于两个原因，一是宇宙的存在时间是有限的，二是许多光线已经离开了可见光波段，因此我们的夜空是黑色的。人眼的感知能力是有限的，它受限于太阳光的物理特性。
　　来源: 今日头条