Ha az univerzum örökre kiterjed, és ha tele van csillagokkal, akkor miért sötét az éjszakai égbolt? Ezt a kérdést a filozófusok és a tudósok az ókor óta kérdezték. Ahogyan egy megfigyelő fákat lát minden irányba, amikor egy erdőben áll, a végtelen világegyetemben minden látóvonalnak csillag pislogásával kell végződnie. A végeredménynek égnek kell lennie, és mennyei fénynek kell lennie. Az éjszakai égboltnak nemcsak annyira fényesnek kell lennie, ha nem is ragyogóbb, mint a nap folyamán, hanem az összes napsugárzásból származó hőnek is elegendőnek kell lennie a Föld óceánjainak forralásához! Ezért a cikkhez csatolt feltűnő képen látható csillagos jelenetnek hiányzik a csillagok a fenti Kozmoszba nézéséhez képest.
Edgar Allen Poe megszólalt ebből a rejtélyből 1850-es, „A szavak hatalma” című munkájában. Az ég mennyei fény által sugárzott kombinált megvilágításra „az univerzum arany falain” hivatkozott. Például egy erdő megfigyelője látja a fák képernyőjét, mert az erdő tovább folytatódik, mint ahogyan azt a háttérhatár korlátozza - az az átlagos távolság, amelyen a látóvonal megszakad egy fa. Hasonlóképpen, a csillagokkal töltött végtelen világegyetem bármely pontjáról a közelben lévő csillagoknak átfedésben kell lenniük a távoli csillagokon, amíg a nézet minden négyzetcentiméterét meg nem tölti a távoli Nap fénye.
A jelenlegi becslések szerint a csillagok száma az univerzumban 70 sextillionban van (70 000 millió millió millió), egy ausztrál csillagászok által készített 2003. évi felmérés alapján. Ez a tízszeres hányszem a Föld összes strandján és sivatagjában, és minden bizonnyal több, mint ahhoz, hogy az egész égboltot csillagfénnyel megtöltsük!
Az éjszakai égbolt azonban nem villan az univerzum fényében, így a korai teoretikusok azt feltételezték, hogy a csillagok száma korlátozott, vagy fényük valahogy nem érte el a Földet. Amikor csillagközi porot fedeztek fel, egyesek szerint az ok megtalálható. A számítások azonban gyorsan rámutattak, hogy ha a porrészecskék elnyelik az összes hiányzó csillagfényt, akkor a porrészecskék önmagukban is izznak.
A választ végül Albert Einstein relativitáselméletének következményei magyarázták.
Valahol tíz és húsz milliárd évvel ezelőtt az Univerzumot a Nagyrobbanás nevű esemény hozta létre. Miért történt meg, és mi megelőzte, továbbra is a legmélyebb rejtélyek, de hogy most történt, a tudományos közösség legtöbbje számára meglehetősen megdönthetetlennek tűnik. Az összes anyag és energia - lényegében minden, ami valaha is volt, van vagy lehet - koncentrált, elképzelhetetlenül sűrű állapotra korlátozódik. Érdekes módon nem volt olyan, mintha az Univerzumban mindent egy helyre szorítottak volna, amelyet körülvett egy semmi tele. Valójában ez volt az univerzum - minden anyag, energia és az összes hely, amelyet kitöltenek. A külső mérete nem volt jelentős, mivel nem volt külső felülete; kívül nem létezett semmi - ez még ma is igaz.
Aztán, a még vitatott okokból, a Világegyetem ez a magja rendkívül gyors ütemben bővült, mintha robbanást tapasztalt volna. Ez a terjeszkedés soha nem állt le, sőt, az arány idővel megnőtt! Beszélgetésünk szempontjából inkább az a tény, hogy az univerzum egy véges időben kezdődött.
A relativitáselmélet egy másik vonatkozása segít megmagyarázni a sötét éjszakai égboltunkat is. A fény véges sebességgel halad. Olyan gyorsan mozog, hogy a sebességet egy év alatt megtett távolságban fejezik ki. Ezt fényévnek hívják, és ebben az időben a fény 9,46 trillió (9,46 Ã 1012) kilométert vagy 5,88 trilliót (5,88 × 1012) mérföld.
A tér és az idő összefonódik. Nem nézhetünk ki az űrbe anélkül, hogy időben visszatekintnénk. A tér hatalmas, és a csillagok közötti távolság óriási. Például a csillagok közötti átlagos távolság néhány fényév. De ez közel áll a csillagászat által mért más hosszúsághoz. A távolság Napunktól a Galaxisunk központjáig kb. 26.000 fényév vagy 260 trillió kilométer! A galaxisunk, a Tejút, és a legközelebbi legközelebbi galaxis, az Andromeda csillagképben helyezkedik el, több mint 2 millió fényév távolságban van. Ez azt jelenti, hogy azt a fényt, amelyet ma este láthatjuk a Nagy Andromeda galaxisból (M31), a Földre hagyta, amikor ezen a bolygón nem volt modern ember vagy Homo Sapiens - bár evolúciós vonalunk jól megalapozott volt. A Földtől a legtávolabbi objektumig, a Hubble űrteleszkóp által észlelt galaxisig mért távolság körülbelül tizenhárom milliárd fényév. Látjuk ezt a galaxist, amint a galaxisunk kialakulása előtt látszott!
Tehát azért, mert éjszakai égboltunk fekete, azért, hogy a teret nem töltik el vakító fény, az az, hogy az égboltot kitöltő csillagok nagy részének nem volt ideje elérni a Földet - sokan olyan messze vannak, hogy egyszerűen nem észlelhetők most. Így annak ellenére, hogy a csillagok száma alapvetően végtelen, a látható csillagok száma véges, és ez sötét réseket hoz létre az égen, amelyet a tér hatalmaságaként látunk.
Van néhány egyéb tényező is, amelyek miatt a tér megvilágítatlannak tűnik. Például sok csillag elhal, vagy felrobban az idő múlásával, és ez megszünteti hozzájárulásukat az Univerzumon belüli fény mennyiségéhez. Ezenkívül a csillagfényt csökkenti a piros váltás - egy jelenség, amely közvetlenül kapcsolódik az Univerzum terjeszkedéséhez. A piros váltás hasonló a Doppler-effektushoz, mivel mindkettő magában foglalja a fényhullámok nyújtását.
A Doppler-effektus leírja a fényforrás megfigyelőhöz viszonyított mozgását. A megfigyelő felé haladó tárgytól származó fény összenyomódik a magasabb frekvenciák, vagy a fény spektrumának kék vége felé. A távolodó tárgyakból származó fény az alsó frekvencia vagy a piros vég felé feszül.
A piros váltásnak semmi köze nincs a fényforrás mozgásához, hanem inkább a távolságra, ameddig a fényforrás a megfigyelőtől van. Mivel a tér minden irányban növekszik, egy nagyon távoli forrásból származó fény egyre növekvő távolságot hajt meg, és a táguló távolság maga a fény hullámhosszát a vörös felé nyújtja. Minél távolabbi a galaxis, annál hosszabb utat kell elérnie a fényének, hogy elérje a Földet. Mivel a galaxis és a Föld közötti távolság szintén folyamatosan növekszik, fénye a spektrum piros vége felé húzódik. A távoli galaxisokból származó fény tehát a látható spektrumból vörösre eltolható az infravörös, vagy azon túl a rádióhullámok birodalmába. Ezért a piros váltás csökkenti a Föld felé érkező látható csillagfény mértékét, és sötétebbé teszi az éjszakai égboltot.
A beszélgetés során bemutatott képet Brad Moore csillagász készítette az ausztráliai Melbourne melletti magánmegfigyelő intézetből. Ez a jelenet a Nagy-karina köd közelében található, és NGC 3324 néven ismert. Közös neve a Kulcslyuk-köd. Mind az, mind az Eta Carinae köd kb. 9000 fényévnyire található a Földtől, Karina déli csillagképében. Egy fiatal, fényes csillagfürtből áll, amelyek közül néhány megvilágítja a környező, hidrogénben gazdag ködöt, és meggyújtja.
Érdekes módon ezt Gabriela Mistral ködnek is nevezik, mert hihetetlenül hasonlít a Nobel-díjas chilei költőhöz. Nézze meg alaposan, és láthatja a ködben a sziluettjét.
A lenyűgöző kép árnyalatai azonban nem valók. Arra bízták őket, hogy képviseljék az ezt a nézetet alkotó anyag összetételét. Az oxigént a vörös jelöli, a zöld a hidrogén jelenlétét, a ként pedig kék árnyalat jelöli. Ez a kép 36 órás expozíciót igényelt egy 12,5 hüvelykes Ritchey-Chretien Cassegrain távcsővel és egy 3,5 megapixeles csillagászati kamerával.
Van fényképe, amelyet meg szeretne osztani? Küldje el őket a Space Magazine asztrofotós fórumához, vagy küldjön e-mailt, és talán szerepelhet egyet a Space Magazine-ban.
Írta: R. Jay GaBany
