Om universum sträcker sig för evigt och om det är fullt av stjärnor, varför är natthimlen mörk? Detta är en fråga som har ställts av filosofer och forskare sedan antiken. Precis som en observatör ser träd i alla riktningar när han står i en skog, bör varje siktlinje i ett oändligt universum sluta med en blinkande stjärna. Nettoresultatet borde vara en himmel som är i brand med himmelsk ljus. Inte bara ska natthimlen vara lika ljus, om inte ljusare, än under dagen, utan värmen från alla dessa solar borde vara tillräcklig för att koka bort jordens hav! Därför bör den stjärniga scenen som visas i den slående bilden som följer med den här artikeln, tyckas saknas stjärnor i jämförelse med att stirra in i Cosmos ovan.
Edgar Allen Poe tänkte på detta pussel i sitt verk från 1850 med titeln ”The Power of Words”. Han hänvisade till kombinerad belysning som utstrålades av himmelsk ljus som ”gyllene väggar i universum”. Till exempel ser en iakttagare i en skog en skärm av träd eftersom skogen fortsätter längre än det är bakgrundgränsen - det genomsnittliga avståndet på vilket siktlinjen avbryts av ett träd. På samma sätt, från alla punkter i ett oändligt universum fylld med stjärnor, bör stjärnor som är nära överlappa stjärnor som är längre bort tills varje kvadratmeter av vyn är fylld med ljuset från en avlägsen sol.
Nuvarande uppskattningar placerar antalet stjärnor i universum på 70 sextillioner (70 000 miljoner miljoner miljoner euro), baserat på en undersökning 2003 som genomförts av australiensiska astronomer. Det är tio gånger så många sandkorn på alla jordens stränder och öknar kombinerade och säkert mer än tillräckligt för att fylla hela himlen med stjärnljus!
Men natthimlen är inte överflödig i universums ljus, så tidigt spekulerade teoretikerna att antingen stjärnor var begränsade i antal eller att deras ljus på något sätt inte lyckades nå jorden. När interstellärt damm upptäcktes trodde vissa att orsaken hade hittats. Men beräkningar visade snabbt att om dammpartiklarna absorberade allt det saknade stjärnljuset skulle dammpartiklarna själva börja glöda.
Svaret förklarades slutligen genom implikationer från Albert Einsteins relativitetsteori.
Någonstans mellan tio och tjugo miljarder år sedan bildades universum av en händelse som kallas Big Bang. Varför det inträffade och vad som föregick det förblir de djupaste mysterierna men att det inträffade nu verkar ganska oåterkalleligt för de flesta i det vetenskapliga samfundet. All materia och energi - i allt väsentligt allt som någonsin var, är eller kan - begränsades till ett koncentrerat, otänkbart tätt tillstånd. Intressant nog var det inte som om allt i universum pressades in på någon plats omgiven av ett utrymme fylld med ingenting. Faktum är att det var universum - all materia, energi och allt utrymme som de fyller. Den yttre storleken var obetydlig eftersom den inte hade någon yttre yta; inget fanns utanför det - detta är fortfarande sant idag.
Sedan, av skäl som fortfarande diskuteras, började denna kärna av universum att expandera i en extremt snabb takt som om den hade upplevt en explosion. Denna expansion har aldrig upphört, den har faktiskt ökat med tiden! Mer till punkten i vår diskussion är det faktum att universum började vid ett tidigt ögonblick.
En annan implikation av relativitetsteorin hjälper också till att förklara våra mörka natthimlen. Ljus reser med en hastighet. Men det rör sig så snabbt att det är hastigheten uttrycks i det avstånd det går under ett år. Detta är känt som ett ljusår och under den tiden kommer ljuset att korsa 9,46 biljoner (9,46 - 10)12) kilometer eller 5,88 biljoner (5,88–10)12) mil.
Utrymme och tid sammanflätas. Vi kan inte se ut i rymden utan att också titta bakåt i tiden. Utrymmet är stort och separationen mellan stjärnor är enorm. Till exempel är det genomsnittliga avståndet mellan stjärnor några ljusår. Men detta är nära jämfört med andra längder uppmätta med astronomi. Avståndet från vår sol till centrum av vår galax är cirka 26 000 ljusår eller 260 biljoner kilometer! Avståndet från vår galax, Vintergatan, till den närmaste närmaste galaxen, som ligger i stjärnbilden Andromeda, är över 2 miljoner ljusår. Det betyder det ljus vi ser ikväll från den stora Andromeda-galaxen (M31) kvar för jorden när det inte fanns några moderna människor eller Homo Sapiens på denna planet - även om vår evolutionära avstamning var väl etablerad. Avståndet från jorden till det mest avlägsna objektet, en galax som upptäckts av rymdteleskopet Hubble, är cirka tretton miljarder ljusår. Vi ser denna galax som den såg ut innan vår galax bildades!
Så skälet till att våra natthimnar är svarta, orsaken till att rymden inte är fylld med förblindande ljus är för att mycket av ljuset från stjärnor som fyller himlen inte har haft tid att nå jorden - många är så långt borta att de helt enkelt inte kan upptäckas just nu. Även om antalet stjärnor i huvudsak är oändligt är antalet stjärnor vi kan se ändligt och detta skapar mörka luckor på himlen som vi ser som utrymmet.
Det finns också några andra faktorer som får utrymmet att se upplyst. Till exempel, många stjärnor dör ut eller exploderar med tiden och detta tar bort deras bidrag till mängden ljus i universum. Dessutom reduceras stjärnbelysning genom rött förskjutning - ett fenomen som är direkt relaterat till universums expansion. Röd förskjutning liknar Doppler-effekten eftersom båda involverar sträckning av ljusvågor.
Doppler-effekten beskriver rörelsen hos en ljuskälla relativt en iakttagare. Ljus från ett objekt som rör sig mot en iakttagare komprimeras mot högre frekvenser, eller den blå änden av ljusspektrumet. Ljus från ett objekt som rör sig bort sträckes mot de lägre frekvenserna eller den röda änden.
Röd förskjutning har inget att göra med rörelsen från en ljuskälla utan snarare med avståndet en ljuskälla är placerad från iakttagaren. Eftersom rymden expanderar i alla riktningar, sträcker ljus från en mycket avlägsen källa ett allt större avstånd och det breddande avståndet sträcker sig själv i ljusvåglängder mot det röda. Ju mer avlägsen en galax, desto längre väg måste dess ljus resa för att nå jorden. Eftersom avståndet mellan galaxen och jorden också ständigt ökar, sträcks dess ljus mot spektrumets röda ände. Ljus från mycket långt borta galaxer kan således rödförskjutas från det synliga spektrumet till det infraröda eller, utöver det, till radiovågornas rike. Därför minskar röd förskjutning också omfattningen av synligt stjärnbelysning som når jorden och gör att natthimlen verkar mörkare.
Bilden med denna diskussion producerades av astronomen Brad Moore från hans privata observatorium nära Melbourne, Australien tidigare i år. Denna scen ligger nära den stora Carinae-nebulan och är känd som NGC 3324. Den har också ett gemensamt namn på nyckelhålsnebulan och både den och Eta Carinae-nebulan ligger cirka 9 000 ljusår från jorden i den södra stjärnbilden Carina. Den består av en ung, ljus grupp av stjärnor, av vilka några lyser upp den omgivande, vätetrika nebulosan och får den att glöda.
Intressant nog kallas detta också Gabriela Mistral Nebula på grund av att det är otroligt likhet med Nobelprisvinnande chilenska poet. Titta noga så ser du hennes silhuett i nebulosan.
Nyanserna i denna fantastiska bild är dock inte riktiga. De har fått i uppdrag att också representera kompositionen av materialet som omfattar denna vy. Syre representeras av rött, grönt indikerar närvaron av väte och svavel avbildas av en blå nyans. Den här bilden krävde en 36 timmars exponering genom ett 12,5 tum Ritchey-Chretien Cassegrain-teleskop och en 3,5 megapixel astronomisk kamera.
Har du bilder du vill dela? Skicka dem till Space Magazine astrofotograferingsforum eller skicka ett e-postmeddelande till dem, så kanske vi har ett i Space Magazine.
Skrivet av R. Jay GaBany
