太陽光能照亮地球，但為什麼太空卻是黑的？

2020-11-19 展顏記

夏日夜空下，當你坐在高高的土堆上面，一邊抬頭仰望漆黑的天空，一邊聽媽媽講那過去的事情的時候，有沒有發現一個奇怪的現象：太陽光既然能照亮地球，那為什麼太空卻是黑的？為什麼月球上的天空，不管什麼時候都是黑的？


先來看一個簡單的問題：為什麼我們看到的天空，白天是亮的，而晚上是黑的？稍有點科學常識的人都能答出來：因為地球自轉啊！朝著太陽的那一面，天空就是亮的，也就是白天；而背對太陽的那一面，天空就是黑的，也就是晚上。


這個問題太簡單了是不是？那咱們再來看一個稍微複雜一點的問題：跟地球一樣，月球也是自轉的，所以月球上也是有白天和晚上的。但是為什麼月球上的天空，無論白天還是夜晚都是黑的？


其實仔細想一想地球和月球的區別，就很容易能發現答案：月球沒有大氣層，而地球是有大氣層的。大氣層中充滿了氣體、灰塵、水汽等等非常微小的顆粒，它們就像一面面鏡子一樣反射、散射、折射太陽光。當陽光穿過這些顆粒時，還會發散出不同的顏色，從而造成了我們看到的藍天、晚霞、彩虹等等壯麗的景色。


星星明明就在天空掛著的，但為什麼在地球上白天卻看不見星星？這也正是因為大氣層所反射的陽光照亮了整個天空，與明亮的天空相比，星星那點光芒就微不足道了，所以白天才看不到星星。但是月亮所反射的光亮就比星星亮的多，所以我們有時候在白天也能看到月亮。


我們把上面提到的問題再延伸一下：地球夜晚的天空上也是有很多星星的，它們也是像太陽一樣的恆星。但是為什麼這些星星不能像太陽一樣照亮地球呢？

首先，它們離地球太遠了，比如除太陽之外離地球最近的恆星——比鄰星，它離地球的距離是4.22光年。也就是說，即使你以光的速度前進，也需要4年多時間才能到達。而且比鄰星的大小只有太陽的大約1/7，亮度大約只有太陽的1%，當然不能指望它像太陽一樣來照亮地球了。


距離，是恆星們不能照亮地球的原因嗎？並不完全是！事實上我們所在的宇宙並不是靜止不動一成不變的，而是一直在膨脹中！你仰望夜空時，只能看到黑暗中的點點星光，就是宇宙膨脹所造成的。在宇宙膨脹的作用下，可見光的波長變長了，成了人眼看不見的光。而在所有波長中，可見光只是其中的一小部分。如果用微波望遠鏡來觀察宇宙，你就會發現整個星空其實並不是黑暗的。


總結一下，為什麼宇宙是黑的？為什麼天空中這麼多恆星不能照亮夜空？答案可以分為兩點，一是由於距離太遠，二是因為宇宙膨脹造成可見光的波長改變，變成了不可見光。所以，記住這兩點，就能在飯桌上給同事朋友去吹牛了！


對於擁有現代科學的我們而言，這些問題都很容易得到解答。然而你不知道的是，為了這些問題的答案，古人們曾做過多少努力。16世紀的天文學家託馬斯·狄格思就曾思考過同樣的問題，但他所處時代的知識和設備都沒辦法幫助他得到答案。19世紀德國天文學家奧爾伯斯則認為夜晚之所以是黑的，是因為太空中有很多塵埃擋住了星光……

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