科學人雜誌
形上集

為什麼夜晚的天空是黑的?

2007-05-01 高涌泉
- 若宇宙中有無數顆星星,儘管每顆星都很暗,全部的星光加起來仍然應該能照亮夜晚的天空。
對於夜晚的天空為何是黑的這個問題,有點科學知識的人大約都會這麼回答:因為地球在自轉,晚上太陽在我們背後,陽光只能照到地球另一面,天空自然是漆黑的。但是長久以來,卻時而有人懷疑這樣的答案不夠完整、還沒抓到問題的核心。這些人對於宇宙與光學有比較多的了解,所以提出了頗有見地的理由,認為天空即便在晚上仍然應該和白天一樣明亮,以下就是他們的論證。假設宇宙為無窮大,其中均勻散佈著會發光的星星(這是偉大牛頓對於宇宙的看法),又假設每顆星星都和太陽類似。我們從光學得知,來自每顆星球的光,其強度和發光星體離我們的距離平方成反比。由於星球離我們比太陽遠太多,在地球看來,每顆星所發的光可以說是極其微弱。但是由於宇宙中有無窮多顆星星,儘管每顆星都很暗,全部的星光加起來仍然應該能照亮夜晚的天空。我們可以定量估算出全部星光的亮度:以地球為中心點,將宇宙分解成無窮多層圓球殼,每層球殼的厚度都一樣。在每一層球殼中,星星的數目和球殼的體積成正比,而體積就等於4π乘上圓球殼半徑(即球殼與地球的距離)的平方,再乘上球殼厚度,所以球殼中星星的數目便和圓球殼半徑平方成正比。所以即使地球上所看到球殼中每顆星星的亮度和半徑平方成反...

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