چرا آسمان شب تاریک است؟

آسمان شب تاریک است.با وجود اینکه این مطلب برای ما امری عادی است، مطالب مهمی را در حوزه کیهان شناسی یادآور می‌شود. براستی چرا آسمان شب تاریک است و به روشنی خورشید نیست؟

این روزها به دلیل آلودگی‌های نوری ناشی از زندگی شهرنشینی، تماشای زیبایی آسمان تاریک شب دشوار شده است. گذشتگان در دل شب به آسمان صاف می‌نگریستند و شاهد درخشش ستاره‌های بسیار درخشان بودند و حتی تا 30 سال پیش، در شهرها نیز امکان مشاهده نوار راه شیری و ستارگان درخشان وجود داشت، اما امروزه به سختی می‌توان ستاره‌ای را در آسمان شهرهای بزرگ یافت تا جایی‌که منظره آسمان مناطق حومه شهرها نیز با مهی زرد رنگ پوشانده شده است. لامپ‌های خیابان‌ها، به ویژه آن‌هایی که بیهوده نور را علاوه بر پایین، به سمت بالا نیز هدایت می‌کنند در این ماجرا نقشی اساسی دارند.

تناقض اولبرس (Olbers’ paradox)

اگر کیهان در تمام جهات تا بینهایت ادامه داشت و بسیار بزرگ بود، با نگاه به هر جهت باید ستاره‌ای را مشاهده می‌کردیم. درست مانند وضعیت نگاه از میان درخت‌های جنگلی انبوه، از فاصله نزدیک می‌توان تنه هریک از درختان را واضح و با جزئیات دید و بدیهی است که هرچه فاصله از درختان کم‌تر باشد آن‌ها بزرگ‌تر به نظر می‌رسند. در این جنگل، درختان بیشتری که در فاصله‌ی بسیار دور قرار گرفته‌اند افق دید را پر می‌کنند. همان‌طور که تجربه‌اش را داریم هنگامی که با جنگلی بزرگ و انبوه از درختان رو به رو هستیم، قادر به مشاهده منظره پشت نخواهیم بود. اگر کیهان بی نهایت باشد نیز با همین واقعیت مواجه هستیم. با این‌که فواصل ستارگان بسیار بیش‌تر از درختان است، سرانجام تعداد ‌آن‌ها آنقدر زیاد می‌شود که فراتر از فاصله‌ای مشخص قابل مشاهده نیست و به عبارتی افق دید توسط این ستار‌ه‌ها مسدود می‌شود.

با فرض این‌که ستارگان حداقل مانند خورشید هستند، انتظار می‌رود هر نقطه از‌ آسمان سرشار از نور آن‌ها باشد. به وضوح نور ستارگانی که در دور دست قرار دارد کم است اما تعداد آن‌ها بسیار زیاد است و انتظار می‌رود اگر نور تمام آن‌ها را با هم جمع کنیم، حداقل نوری به اندازه‌ خورشید ایجاد شود و بنابراین آسمان شب به روشنی خورشید خواهد بود.

اما مشاهدات ما برخلاف این است!!

تناقض تاریکی آسمان شب در سال 1823 میلادی  توسط هنریش البرس مطرح شد. پاسخ‌هایی که برای حل این تناقض ارائه شده بسیار تامل برانگیزند و بسیار هیجان انگیز است که چنین مشاهدات ساده‌ای بتوانند اطلاعات عمیق و گسترده‌ای به دست دهند. مهم‌ترین درسی که از این موضوع می‌توان دریافت این است که منشا بسیاری از ایده‌ها و نظریه‌های مختلف در علوم، روزمرگی هایی است که بشر آن‌ها را پذیرفته و سوالی در مورد آن مطرح نکرده‌است!

در این فرصت از میان پاسخ‌های ممکن به مشهورترین‌های آن‌ها خواهیم پرداخت:

• نور ستاره‌های دورتر توسط غبار یا مواد دیگری که در فضا شناور بودند جذب می‌شد. اخترشناس انگلیسی جان هرشل خاطر نشان کرد که این نمی‌تواند درست باشد. هرچیزی که مقداری نور جذب می‌کند، در نهایت به اندازه کافی گرم می‌شود تا بدرخشد.
• نور با سرعت معینی حرکت می‌کند و بنابر این مدت زمان بیشتری طول می‌کشد که نور ستارگان دور دست در مقایسه با نور ستارگان نزدیک‌تر به ما برسد. به عنوان نمونه نور خورشید هشت دقیقه طول می‌کشد تا به ما برسد و این زمان برای دورترین ستارگان سامانه خورشیدی به هزاران سال و برای حتی نزدیک‌ترین کهکشان‌های ما به میلیون‌ها سال می‌رسد است. افزون بر این محدودیت عمر ستارگان نیز می‌تواند توضیحی برای حل این تناقض باشد.
• زمانی که در کنار یک جنگل کوچک ایستاده‌اید، می‌توانید آسمان را بر فراز آن ببینید. در کیهان ضرورتی ندارد تمام خطوط دید به ستاره ختم شوند و طبیعی است که تعداد مشخصی ستاره وجود داشته باشد.
• بنابر علم روز کیهان‌شناسی کیهان در حال انبساط است و این پدیده باعث افزایش طول موج پرتوهای پر نور شده و در نتیجه نور ستارگان دوردست سرخ‌تر به نظر می‌رسد. بر این اساس ستارگان دورتر کمی خنک‌تر از ستارگان نزدیک به نظر می‌رسند. بنابر این یکی از علل کم‌نورتر بودن ستارگان دور دست در مقایسه با خورشید می‌تواند انتقال به سرخ در آن‌ها باشد.

کهن‌ترین ستارگانی که که تا کنون رصد شده‌اند حدود 13 میلیارد سال عمر دارند و بنابر این جهان می‌بایست پیش‌تر از این زمان شکل گرفته باشد. بر اساس تناقض اولبرس، عمر کیهان خیلی نمی‌تواند بیش از این باشد چرا که در این صورت ما شاهد نسل‌های بسیار قدیمی ‌تری از ستارگان بودیم در حالی که این‌گونه نیست.

سوال ساده‌ اولبرس اطلاعات مهمی را در برداشت از جمله این‌که کیهان مدت زمان مشخصی عمر کرده است و ستارگان آن زندگانی ابدی نداشته اند. ستاره‌شناسان بازه زمانی که طی آن نخستین ستارگان پدیدار شده‌اند و محلی که در آ« کهکشان‌ها آن‌قدر سرخ می‌شوند که به طور کامل از دیدرس ما خارج می‌گردند “عصر تاریکی” کیهانی می‌نامند. تلاش برای یافتن ذرات اولیه‌ای که کیهان را شکل داده‌اند و فهم مواد تشکیل دهنده آن‌ها و هم‌چنین این‌که ستارگان و کهکشان‌ها چطور تحت تاثیر گرانش به وجود می‌آیند، اهداف روز علم کیهان‌شناسی است.

این شواهد نظریه انفجار بزرگ را توجیه می‌نماید، نظریه‌ای که بر اساس آن کیهان حدود 14 میلیارد سال قبل، پس از یک انفجار عظیم به وجود آمده است. بر این اساس تولد کیهان در انفجاری خارق العاده رخ داد و فضا، ماده و زمان را آنگونه که امروزه می‌شناسیم پدید آورد. مطابق با محاسبات ریاضی نسبیت عام، امروزه با توجه به شواهدی که از دور شدن کهکشان‌ها از کهکشان خود و هم‌چنین میزان عناصر نوری در کیهان و تابش امواج در اختیار داریم، می‌توانیم انفجار بزرگ را توجیه کنیم.