Question

宇宙中数以万亿的恒星，为什么太空中还是暗的？

Answer 1

先砸答案吧：宇宙实在是太大了，而且还在变得更大（膨胀）之中。

我们可以想象一下，如果我们在一间黑暗的房间里点燃一根蜡烛，那么这个房间的每个角落会瞬间充满烛光。

如果把这个蜡烛拿到黑暗的室内篮球场里，那么远处的角落就几乎无法被照亮。

如果我们把这个蜡烛移动到一个更大的足球场里，我们在看台上，也是很难分辨出球场中心烛光的微弱亮度。

让我们再来了解一下宇宙的尺度。

1、我们的地球平均直径为12742千米，不过是宇宙中的一粒尘埃。

2、地月距离38万千米，在这个直径为76万千米的地月空间中，光穿过需要2.53秒。

3、火星轨道，1.35个天文单位，光穿越这个立方体需要13分钟。

4、冥王星轨道，120个天文单位，光穿越这个立方体需要17个小时。

5、太阳系的边缘奥尔特星云，12000天文单位或0.19光年，光穿越这个立方体需要70天。

6、太阳系到半人马α，120W天文单位或20光年，这个立方体的体积为8K立方光年。在这个位置上，如果我们的太阳是一颗苹果那么大，那么这个立方体就比地球还大。立方体中恒星数量17颗。

7、太阳到人马臂或者是猎虎星云，立方体宽度2000光年，立方体体积80亿立方光年。立方体中恒星数量约200W颗。

8、太阳系到小麦哲伦云，立方体宽度20万光年，体积8000W亿立方光年，约1万亿颗恒星。

9、银河系到M81，立方体宽度2000W光年，体积80W亿亿立方光年，恒星数量约10W亿颗。

10、本星系群到大熊座1，立方体宽度20亿光年，立方体中星系的数量约1亿个，超星系团之间的平均距离3亿光年。

11、已知的宇宙，星系数量约1000亿个、恒星总数约50万亿亿颗，正在继续膨胀，也许永远膨胀下去。

总结前面的介绍我们可以看出：宇宙之所以黑暗，并不是恒星本身的问题，也不是来自外界的干扰，而是因为宇宙实在是太大了，而且还在继续膨胀，恒星之间的距离越来越远，光线自然也就越来越稀疏，这就导致我们看到的宇宙背景是黑色的。

拥有数以万亿计恒星的太空依旧一片漆黑，这个问题早在1823年就被德国天文学家奥博斯提出了，因为当时物理学家们心中的宇宙还是一个稳恒态的无限宇宙，因此奥博斯指出在静止均匀且无限的宇宙中由于每道视线都会终结在一颗恒星上，所以宇宙应该是一片明亮没有任何黑暗的，地球的夜空也应该像白天一样明亮才对。

奥博斯的这个想法被称为奥博斯佯谬，之所以称之为“佯谬”就是因为这个想法本身就不成熟，因为在当时的科学界所有人都相信宇宙是静态的，甚至连后来的爱因斯坦都相信过静态宇宙论。

但埃德温.哈勃的研究成果证明我们的宇宙是一个不断膨胀的动态宇宙，如此一来宇宙有限的年龄和红移就证明了我们看不到宇宙的全部，并且宇宙膨胀会让光源越来越远离我们。

在目前930亿光年直径的可观测宇宙中天文学家上万个星系，在普通人眼里漆黑一片的太空一旦用哈勃望远镜长时间曝光后就会呈现出一大群璀璨的星系，所以说宇宙黑暗的背景只是表象，只要用超级望远镜长时间曝光就能看到黑暗天区深处的灿烂星系。

在哈勃望远镜升空几十年拍摄的哈勃深场以及哈勃超深场还有哈勃极深场就是通过对肉眼看起来一片漆黑的天区进行长时间曝光得到的。

你在墨汁里放led灯珠看看

在我们所观测到的直径约930亿光年的宇宙中，是均匀且各向同性的。也就是说，从我们地球的任何角度观测到的宇宙都是一样的。

图：可观测宇宙

2012年9月25日，NASA公布了一张哈勃望远镜拍摄到的宇宙照片。这是哈勃望远镜对着天炉座方向的一个极小区域进行了长达200万秒曝光得到的结果。这张照片也被称为哈勃极深空。

图：曝光区域与满月的比较

图：哈勃极深空

这张哈勃极深空的照片里，每一个亮点就是一个包含着上千亿颗恒星的星系，这张照片里的星系多达数千个。经推测，目前的可观测宇宙中，星系的数量大约有2000亿个。它们的投影布满了我们的天空。

如果这些恒星是永恒存在着的，宇宙是静止的，那么我们的夜空将是一片光明，与白昼无异。这就是德国天文学家奥伯斯提出的问题。他在19世纪20年代提出，如果宇宙是稳恒态且是无限的，宇宙中无数的恒星将会把整个天空照亮，但夜晚为什么是黑的呢？这个问题被称为 奥伯斯佯谬 。

这个问题直到哈勃发现了宇宙是在膨胀中的、宇宙的年龄是有限的后，才得到解决。奥伯斯佯谬也成为了宇宙大爆炸的重要证据之一。

正是因为我们宇宙的年龄和空间是有限的，使得恒星的数量也是有限的，它也会不断的产生和消亡；宇宙在不断的膨胀，这使得星系之间的距离不断被拉大，甚至由于空间膨胀的速度超过了光速，使得足够远恒星（可观测宇宙之外的恒星）的光芒永远也到达不了地球。这些因素就导致了我们的夜空是黑的。

这也说明了，如果宇宙是永恒、恒定且无限的，无数的恒星将会把整个宇宙加热到炙热发光的程度，这样的宇宙是不可能产生生物的。

不错，或许，那些数以万亿的恒星根本就不会发亮，恒星自身并不含发光的物质。也不像太阳储存巨大的能量，不断释放出来。自古里地球以太阳为中心进行运动，倘若有一天太阳的能量被消耗殆尽，会使地球陷入黑暗之中，也会让动植物和人类面临生存危机。

我们都知道，光线传播是需要时间的，一颗遥远的恒星从形成 到发出光亮 ，到最终让我们看见，可能需得经历几亿年甚至上百亿年，也就是说 我们现在所看到的星星 ，可能是早已灭亡的恒星。根据宇宙不断膨胀的速度，可以推测 ，大概在137亿年前 宇宙还是很小的一团，那时候很多恒星都还没有形成 ，所以我们所看到的夜空 ，有一部分很可能是来自先前的宇宙

还有一种原因是因为当宇宙膨胀时 ，远处的恒星也在离我们远去，多普勒效应导致远离我们的恒星发出红光 ，而且远离的速度越快 ，距离越远 ，红得就越厉害，直到变成红外线，直到最后我们的肉眼看不见。总而言之，夜空之所以是黑的，不仅是因为宇宙在不断膨胀 ，造成空间无限放大，恒星的光线传播需要漫长时间，最主要的原因还是来自超远距离的恒星和更远处的宇宙背景辐射发生了红移，导致很多恒星的光线从可见光谱中消失。所以我们看到的宇宙是漆黑一团

是的，宇宙中的恒星有万万亿颗，但是，宇宙中的空间更大的近乎无限，所以，平均下来，宇宙中的恒星就显得极少极少了。而且，在几千光年外的恒星光来到地球更是几乎弱之又弱，即使能反射到人眼也并不能引起人眼内的电化反应，更没有电信号传导到人的大脑。而且，几千光年内的恒星，比如，离我们最近的比邻星，也有4.2光年，从我们地球上望去，也就是针眼大，所以，在可见的三四千光年内的恒星，其光线到达地球时也巳经是很弱的了，再说，太空中的粒子极其稀少，我们的眼睛又太小太小，能够反射到我们人眼的光线，刚刚能够引起人眼内的微弱的电化学反应。所以，人感觉到太空还是暗的。这个原理被我们的科学家撑握了，为了探测宇宙奥秘，科学家就制造了很多天文望远镜，小一点的用火箭发射到太空中，大的就在地球上。比.如，我国的天眼，直经达到五百米，据科学家说，可以看到宇宙的边沿。这实在是太不得了了。我们有理由相信，再过个几年，什么暗物质，暗能量，外星人，飞碟，所有的宇宙一切之迷，都将不是什么秘密了。

为什么太空是漆黑一片？在1823年同样的问题出现在德国天文学家奥伯斯的脑海中，并由此引发奥伯斯佯谬。
奥伯斯佯谬

在宇宙大爆炸模型之前，人们认为宇宙是处于恒稳态的，宇宙的空间大小是固定不变状态，但是这种静态宇宙模型产生了一个问题， 如果宇宙处于稳恒态而且范围是无限的，则夜晚应该是光亮而不是黑暗的，这就是奥伯斯佯谬。
奥伯斯佯谬的解释

关于奥伯斯佯谬的解释，奥伯斯本人最初认为是由于宇宙中无数的星体与尘埃阻挡和吸收了恒星的光线，所以太空是黑暗的，但是这个假设很快就被推翻了，因为假如静态宇宙模型正确，根据能量守恒定律可以推测出，遮挡恒星光线的星体和尘埃迟早会被加热到极高的温度，但是事实显然不是这样。

随着宇宙大爆炸模型的提出，奥伯斯佯谬有了较为科学的解释，主要体现在两方面：

一、宇宙的年龄是有限的且处于加速膨胀状态

我们仰望星空就是在回顾宇宙的 历史 ，宇宙诞生距今约138亿年，在宇宙诞生之初，经历了暴涨阶段，明亮的宇宙随着空间的超光速暴涨而逐渐暗淡，时至今日，在可观测宇宙之外，空间依然处于急速的膨胀状态，那里恒星发出的光线永远也无法抵挡我们所处的空间，同理，空间的膨胀效应使光子永远也无法洒满整个宇宙。

二、红移

在可观测宇宙之内，依然有大量的恒星，但是它们依然无法照亮太空，这是因为虽然可观测宇宙体积较小，但是依然处于膨胀状态。这种空间膨胀的效应有一个特点，就是导致所有的恒星都逐渐远离，而且距离越远远离的速度就越快。由远离恒星发出的光线会受到多普勒效应的影响，其光线波长会变长，所有波长的光线都像红外波长方向移动，如果整个合成光波段的光线全部变长红外波长，那么在我们看来太空就是漆黑一片了。

如果在银河系或者太阳系之内呢？为什么依然是黑色的？我认为这一点可以用常识解答了，银河系范围很大，恒星之间的距离非常远，这就造成远处恒星的光强会产生很大的衰减。如果是太阳系之内呢？其实我们之所以可以看到明亮的天空，是因为天空中有许多悬浮的微粒，它们反射光线到我们眼中，而在太空环境中，缺少反射光线的物质，这就造成没有可见光进入我们眼睛，所以是漆黑一片。
为什么太空漆黑一片

综上所述，我认为宇宙膨胀、红移效应是宇宙黑暗的原因，而恒星距离远，缺少散射物质是星系内黑暗的原因。

这个问题早在几百年前就有天文学家提出来过， 比较著名的是奥伯斯佯谬，在1823年由德国天文学家奥伯斯提出：如果宇宙是无限且稳态的，且含有大量的恒星，那么就不应该有白天和黑夜之分。

地球绕太阳公转形成一年四季分明，地球自转形成白天黑夜，既然宇宙中存在大量的恒星，那么它们发射出的光线无论经过多么漫长的时间，最终被都将到达地球，那意味着我们视线所及都该是光不应该有黑夜。

这个奥伯斯悖论的基点是宇宙是稳态的，这种宇宙模型一直影响着科学家们并且根深蒂固。即使爱因斯坦也未能免俗，在1915年爱因斯坦提出广义相对论以后，曾用广义相对论场方程研究宇宙模型，最终得出了动态的宇宙模型。但是受稳态宇宙模型影响爱因斯坦在自己的场方程中加入了宇宙常数，来调整得出的结论。

直到1929年哈勃发现宇宙红移现象并提出哈勃定律宇宙的膨胀模型才开始逐渐被人接受，爱因斯坦甚至亲自去哈勃工作的地方观看宇宙红移现象，并声称宇宙常数是自己“一生中最大的错误”。

太空中是暗的有几种原因：
首先来说宇宙是膨胀的并且在加速膨胀，距离我们越远的星系远离的速度就将越快，宇宙的膨胀速度是超光速的，有些光线将永远都到达不了地球；

银河系中含有数千亿颗恒星，而类似于银河系的星系至少有数万亿个，这意味着宇宙中含有大量的恒星。但是宇宙尺度又是非常大的，目前可观测宇宙直径930亿光年，不可观测宇宙直径至少23万亿光年，距离我们过远的恒星发出的光最终到达地球之上已经不是可见光了，举个简单的例子一盏灯可以轻松使一个小黑屋变得明亮，但是放在一个大广场上就难以点亮整个广场；

人类的眼睛只能看到固定波段的电磁波，如果人类的眼睛可以看到全波段，那么感官上应该会非常不一样，即使黑夜中也能看到其他波段的光“亮如白昼”，不能怪夜太黑只怪人眼太“瞎”。
文/科学黑洞，图片来源网络钱