หากเอกภพขยายออกไปตลอดกาลและถ้ามันเต็มไปด้วยดวงดาวทำไมท้องฟ้ายามค่ำถึงมืด? นี่คือคำถามที่นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ถูกถามมาตั้งแต่สมัยโบราณ เช่นเดียวกับผู้สังเกตการณ์ที่เห็นต้นไม้ในทุกทิศทางเมื่อยืนอยู่ในป่าแนวสายตาทุกแห่งในจักรวาลที่ไม่มีที่สิ้นสุดควรจบลงด้วยการส่องแสงดาว ผลสุทธิควรเป็นท้องฟ้าที่สว่างไสวด้วยแสงแห่งสวรรค์ ไม่เพียง แต่ท้องฟ้ายามค่ำคืนจะสว่างไสวหากไม่สว่างกว่าช่วงกลางวัน แต่ความร้อนจากดวงอาทิตย์เหล่านั้นน่าจะเพียงพอที่จะทำให้มหาสมุทรของโลกเดือด! ดังนั้นฉากที่เต็มไปด้วยดวงดาวที่ปรากฎในภาพที่น่าประทับใจที่มาพร้อมกับบทความนี้น่าจะเป็นดาวที่หายไปเมื่อเปรียบเทียบกับการมองเข้าไปในจักรวาลข้างต้น
เอ็ดการ์อัลเลนโปรำพึงเรื่องปริศนานี้ในงานปี 1850 เรื่อง“ พลังแห่งคำพูด” เขาเรียกว่าการส่องสว่างแบบรวมที่แผ่ออกมาจากแสงซีเลสเชียลในฐานะ "กำแพงทองคำแห่งจักรวาล" ตัวอย่างเช่นผู้สังเกตการณ์ในป่าเห็นหน้าจอต้นไม้เพราะป่ายังคงอยู่ไกลกว่าพื้นหลังที่ จำกัด - ระยะทางเฉลี่ยที่ต้นไม้สายตาถูกขัดจังหวะ ในทำนองเดียวกันจากจุดใด ๆ ในจักรวาลที่ไม่มีที่สิ้นสุดที่เต็มไปด้วยดวงดาวดาวที่อยู่ใกล้ควรซ้อนทับดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปจนกว่ามุมมองทุกตารางนิ้วจะเต็มไปด้วยแสงจากดวงอาทิตย์ที่ห่างไกล
ประมาณการปัจจุบันวางจำนวนดาวในเอกภพที่ 70 ล้านล้าน (70,000 ล้านล้าน) จากการสำรวจในปี พ.ศ. 2546 โดยนักดาราศาสตร์ชาวออสเตรเลีย นั่นเป็นสิบเท่าของจำนวนเม็ดทรายบนชายหาดและทะเลทรายของโลกรวมกันและแน่นอนเกินพอที่จะเติมเต็มทั้งท้องฟ้าด้วยแสงดาว!
แต่ท้องฟ้ายามค่ำคืนไม่ได้จมอยู่ใต้แสงของจักรวาลนักทฤษฎียุคแรกจึงคาดการณ์ว่าดาวทั้งคู่มีจำนวน จำกัด หรือแสงของพวกมันไม่สามารถเข้าถึงโลกได้ เมื่อฝุ่นจากดวงดาวถูกค้นพบบางคนคิดว่าเหตุผลนั้นถูกค้นพบ แต่การคำนวณแสดงให้เห็นอย่างรวดเร็วว่าหากฝุ่นละอองดูดซับแสงดาวที่หายไปทั้งหมดดังนั้นฝุ่นละอองก็จะเริ่มส่องแสงเอง
ในที่สุดคำตอบก็ถูกอธิบายโดยนัยจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Albert Einstein
ที่ไหนสักแห่งระหว่างหมื่นถึงสองหมื่นล้านปีก่อนจักรวาลถูกสร้างขึ้นโดยเหตุการณ์ที่เรียกว่าบิ๊กแบง ทำไมมันถึงเกิดขึ้นและสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้มันยังคงเป็นปริศนาที่ลึกที่สุด แต่ตอนนี้มันเกิดขึ้นได้แล้ว สสารและพลังงานทั้งหมดเป็นหลักทุกอย่างที่เคยเป็นหรือสามารถถูกกักขังอยู่ในสถานะที่เข้มข้นและหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อ ที่น่าสนใจมันไม่เหมือนกับว่าทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลถูกบีบลงในสถานที่บางแห่งที่ล้อมรอบด้วยพื้นที่ที่เต็มไปด้วยไม่มีอะไร อันที่จริงแล้ว เป็น จักรวาล - ทุกเรื่องพลังงาน และ พื้นที่ทั้งหมดที่พวกเขาเติม ขนาดภายนอกไม่สำคัญเนื่องจากไม่มีพื้นผิวด้านนอก ไม่มีสิ่งใดอยู่ข้างนอก - นี่ยังคงเป็นจริงในปัจจุบัน
จากนั้นด้วยเหตุผลที่ยังถกเถียงกันเคอร์เนลของจักรวาลเริ่มขยายตัวในอัตราที่รวดเร็วมากราวกับว่ามันเคยมีการระเบิดการขยายตัวครั้งนี้ไม่เคยหยุดนิ่งจริง ๆ แล้วมันมีอัตราเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป! มากกว่าประเด็นของการสนทนาของเราคือความจริงที่ว่า จักรวาลเริ่มขึ้นในช่วงเวลาที่ จำกัด.
อีกนัยหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพก็ช่วยอธิบายท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มืดมนของเราได้เช่นกัน แสงเดินทางด้วยความเร็ว จำกัด. อย่างไรก็ตามมันเคลื่อนที่เร็วมากจนแสดงความเร็วในระยะทางที่เดินทางในช่วงหนึ่งปี สิ่งนี้เรียกว่าปีแสงและในช่วงเวลานั้นแสงจะผ่านไป 9.46 ล้านล้าน (9.46 Ã – 1012) กิโลเมตรหรือ 5.88 ล้านล้าน (5.88 Ã - 1012) ไมล์
อวกาศและเวลาถูกพันกัน เราไม่สามารถมองออกไปในอวกาศโดยไม่ต้องมองย้อนกลับไปในเวลา อวกาศนั้นกว้างใหญ่และการแยกกันระหว่างดวงดาวนั้นใหญ่หลวง ตัวอย่างเช่นระยะห่างเฉลี่ยระหว่างดวงดาวคือไม่กี่ปีแสง แต่นี่ใกล้เคียงกับความยาวอื่น ๆ ที่วัดโดยดาราศาสตร์ ระยะทางจากดวงอาทิตย์ของเราไปยังศูนย์กลางของกาแล็กซี่ของเราคือประมาณ 26,000 ปีแสงหรือ 260 ล้านล้านกิโลเมตร! ระยะทางจากกาแลคซีของเราทางช้างเผือกไปยังกาแลคซีใกล้เคียงที่สุดถัดไปซึ่งตั้งอยู่ในกลุ่มดาวแอนโดรเมด้านั้นมีอายุมากกว่า 2 ล้านปีแสง นั่นหมายถึงแสงที่เราเห็นในคืนนี้จาก Great Andromeda Galaxy (M31) ออกสู่โลกเมื่อไม่มีมนุษย์สมัยใหม่หรือ Homo Sapiens บนโลกใบนี้ถึงแม้ว่าเชื้อสายวิวัฒนาการของเราจะเป็นที่ยอมรับ ระยะทางจากโลกถึงวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดคือกาแลคซีที่พบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เราเห็นกาแลคซีนี้เมื่อมองไปที่กาแลคซีของเราก่อตัวขึ้น!
เหตุผลที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนของเราเป็นสีดำเหตุผลที่พื้นที่ไม่เต็มไปด้วยแสงที่ไม่สามารถมองเห็นได้เนื่องจากแสงจากดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่เติมท้องฟ้าไม่ได้มีเวลาไปถึงโลก ณ ขณะนี้. ดังนั้นแม้ว่าจำนวนดาวจะไม่มีที่สิ้นสุดจำนวนดาวที่เราเห็นมี จำกัด และสิ่งนี้สร้างช่องว่างมืดบนท้องฟ้าที่เราเห็นว่าเป็นพื้นที่กว้างใหญ่
นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่น ๆ อีกสองสามอย่างที่ทำให้พื้นที่ปรากฏไม่สว่าง ยกตัวอย่างเช่นดาวหลายดวงก็ตายหรือระเบิดเมื่อเวลาผ่านไปและสิ่งนี้จะช่วยลดปริมาณแสงในเอกภพ นอกจากนี้แสงดาวจะลดลงด้วยการเลื่อนสีแดงซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการขยายตัวของเอกภพ การขยับสีแดงคล้ายกับเอฟเฟกต์ Doppler เพราะทั้งคู่เกี่ยวข้องกับการยืดคลื่นแสง
เอฟเฟกต์ Doppler อธิบายการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงที่สัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์ แสงจากวัตถุที่เคลื่อนที่ไปยังผู้สังเกตการณ์จะถูกบีบอัดไปสู่ความถี่ที่สูงขึ้นหรือจุดสิ้นสุดสีน้ำเงินของสเปกตรัมแสง แสงจากวัตถุที่เคลื่อนย้ายออกไปจะถูกยืดออกไปสู่ความถี่ต่ำหรือจุดสิ้นสุดสีแดง
การขยับแบบสีแดงไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสง แต่ด้วยระยะทางที่แหล่งกำเนิดแสงตั้งอยู่จากผู้สังเกต เนื่องจากอวกาศมีการขยายตัวในทุกทิศทางแสงจากแหล่งที่อยู่ไกลมากจึงเดินทางในระยะทางที่เพิ่มมากขึ้นและระยะทางที่กว้างขึ้นจึงขยายความยาวคลื่นแสงไปทางสีแดง ยิ่งกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลออกไปมากเท่าไหร่เส้นทางที่แสงจะต้องเดินทางไปถึงโลกก็ยิ่งนาน เนื่องจากระยะห่างระหว่างกาแลคซีและโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องแสงของมันจึงถูกขยายไปทางปลายแดงของสเปกตรัม แสงจากกาแลคซีที่อยู่ไกลมากนั้นสามารถเปลี่ยนสีแดงจากสเปกตรัมที่มองเห็นเป็นอินฟราเรดหรือนอกเหนือจากนั้นไปสู่ขอบเขตของคลื่นวิทยุ ดังนั้นการเปลี่ยนสีแดงจึงช่วยลดขอบเขตของแสงดาวที่มองเห็นได้ซึ่งมาถึงโลกและทำให้ท้องฟ้ายามค่ำคืนดูมืดกว่า
ภาพที่นำเสนอในการสนทนานี้จัดทำโดยนักดาราศาสตร์แบรดมัวร์จากหอสังเกตการณ์ส่วนตัวของเขาใกล้เมลเบิร์นออสเตรเลียเมื่อต้นปีที่ผ่านมา ฉากนี้ตั้งอยู่ใกล้กับ Great Carinae Nebula และเป็นที่รู้จักในนาม NGC 3324 นอกจากนี้ยังมีชื่อสามัญของ Keyhole Nebula และทั้งคู่และ Eta Carinae Nebula ตั้งอยู่ประมาณ 9,000 ปีแสงจากโลกในกลุ่มดาวใต้ของ Carina มันประกอบไปด้วยกระจุกดาวที่มีอายุน้อยและสว่างบางแห่งกำลังส่องสว่างโดยรอบเนบิวลาไฮโดรเจนที่อุดมด้วยไฮโดรเจนและทำให้มันเปล่งแสง
สิ่งที่น่าสนใจนี้เรียกอีกอย่างว่า Gabriela Mistral Nebula เนื่องจากเป็นภาพที่แปลกประหลาดต่อกวีชาวชิลีผู้ชนะรางวัลโนเบล มองอย่างใกล้ชิดและคุณสามารถเห็นภาพเงาของเธอในเนบิวลา
อย่างไรก็ตามเฉดสีในภาพที่น่าทึ่งนี้ไม่ใช่ของจริง พวกเขาได้รับมอบหมายให้เป็นตัวแทนองค์ประกอบของวัสดุที่ประกอบด้วยมุมมองนี้ ออกซิเจนจะถูกแทนด้วยสีแดงสีเขียวหมายถึงการปรากฏตัวของไฮโดรเจนและซัลเฟอร์เป็นภาพโดยสีฟ้า ภาพนี้ต้องใช้การสัมผัส 36 ชั่วโมงผ่านกล้องโทรทรรศน์ Ritchey-Chretien Cassegrain ขนาด 12.5 นิ้วและกล้องดาราศาสตร์ 3.5 ล้านพิกเซล
คุณมีรูปภาพที่คุณต้องการแบ่งปันหรือไม่ โพสต์ไว้ในฟอรัม Astrophotography หรือส่งอีเมลถึงเราและเราอาจนำเสนอหนึ่งใน Space Magazine
เขียนโดย R. Jay GaBany
