Pergunte a Ethan: Por que o espaço parece preto?

O céu noturno visto da Terra. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons ForestWander, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.

Se o Universo é infinito e cheio de estrelas e galáxias, por que não podemos ver algo em todos os lugares que olhamos?


Quando você tem apenas uma sensação completa de escuridão ou vazio à sua frente, que de alguma forma o futuro parece um lugar impossível de se estar, e a direção que você está indo parece não ter propósito, existe essa palavra desespero que é uma coisa muito terrível para se estar. sentir. – Stephen Fry



Às vezes, são as perguntas mais simples que levam aos insights mais profundos de suas respostas. Embora houvesse muitas ótimas perguntas enviadas por você para nossa coluna semanal Pergunte ao Ethan, a honra desta semana vai para o elder987419, que queria saber sobre o abismo do espaço profundo:



Quando olhamos para cima à noite, o espaço pode ser preto porque a espécie humana só pode ver até agora?

Em outras palavras, por que o céu noturno é tão escuro e desprovido de luz?



O centro galáctico - incluindo estrelas e poeira - visto da Terra. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons ForestWander, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.

Se você pensar sobre isso, realmente não faz sentido. Claro, temos uma atmosfera transparente, permitindo-nos ver as vastas profundezas do espaço quando o Sol reside no lado oposto do nosso mundo. E nossa localização em nossa galáxia significa que apenas uma parte do Universo é obscurecida pelo gás e poeira galácticos que bloqueiam grande parte da luz das regiões centrais da Via Láctea. No entanto, se vivêssemos em um universo verdadeiramente infinito, se o vazio do espaço profundo continuasse por tempo suficiente, em qualquer direção que olhássemos, eventualmente encontraríamos um ponto de luz brilhante.

O composto UV-visível-IR completo do XDF; a maior imagem já divulgada do Universo distante. Crédito da imagem: NASA, ESA, H. Teplitz e M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) e Z. Levay (STScI).



Com certeza, podemos olhar para as profundezas mais profundas do espaço vazio, onde nenhuma estrela ou galáxia pode ser vista a olho nu ou através de telescópios convencionais, e configurar o Telescópio Espacial Hubble para observá-lo por horas ou mesmo dias. . Quando o fazemos, descobrimos que sim , de fato, o Universo está cheio de estrelas e galáxias. De milhões, bilhões ou mesmo dezenas de bilhões de anos-luz de distância, a luz das estrelas viaja pelo Universo e chega ao nosso melhor equipamento de observação. Pode levar muito tempo para capturar fótons suficientes de uma distância tão grande, mas com pelo menos 170 bilhões de galáxias presentes na parte do Universo que vimos até agora, você pode se perguntar se o número é realmente infinito.

Talvez o Universo seja verdadeiramente infinito, com estrelas e galáxias se estendendo em todas as direções para sempre. Crédito da imagem: Andrew Z. Colvin do Wikimedia Commons, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.

Na verdade, pode ser, mas não o número de galáxias que podemos ver. Veja bem, foi reconhecido em 1800 por Heinrich Olbers que, se o Universo fosse realmente infinito - com um número infinito de estrelas brilhando - que eventualmente, não importa em que direção você olhasse, seus olhos acabariam se fixando na superfície de um Estrela. Você não veria as galáxias como nós vemos, que são principalmente espaços vazios; você veria todas aquelas estrelas, mais todas as estrelas nas galáxias atrás delas, mais todas as estrelas ainda mais distantes, etc. Se você tivesse que viajar bilhões, trilhões, quatrilhões de anos-luz ou mais, eventualmente você encontraria um Estrela.



O céu noturno, se o Universo fosse infinito, nem teria lacunas entre as estrelas, como mostra o aglomerado estelar aberto NGC 3766 na constelação de Centaurus. Crédito da imagem: ESO.

Este é um fato matemático simples: se você pegar um espaço infinito com uma densidade finita e diferente de zero de coisas nele, então se você olhar para qualquer local em qualquer (e em todas) direção, você eventualmente chegará exatamente a essas coisas após uma distância finita. Se você disser que o espaço está cheio de estrelas – mesmo que seja uma quantidade esparsa – mas é infinito e de densidade uniforme, você acabará encontrando uma, não importa para onde olhe. Mesmo se você tentar fugir alegando que há poeira absorvente de luz na mistura, você não pode.



A poeira que bloqueia a luz da nebulosa da cabeça de cavalo. Crédito da imagem: NASA, NOAO, ESA e The Hubble Heritage Team STScI/AURA.

Esse mesmo teorema matemático que diz que, eventualmente, a luz das estrelas de todas as direções encontrará sua localização se aplica a todo locais no espaço, incluindo onde está a poeira. Com o tempo, a luz das estrelas aquecerá a poeira para que ela também brilhe. Se este fosse o Universo que tivéssemos – o estático, infinito com estrelas que brilhavam para sempre – o céu noturno seria para sempre brilhante.

Uma ilustração do Paradoxo de Olbers, e como dado um Universo uniformemente denso, você encontraria uma quantidade infinita de luz estelar em qualquer direção. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Htkym, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.

O que é que nos salva, então? Acredite ou não, é o Big Bang! O fato de que o Universo não existe desde sempre, e que só podemos observar estrelas e galáxias a uma distância finita – e, portanto, receber uma quantidade finita de luz, calor e energia deles – explica por que não há uma quantidade de luz em nosso céu noturno. Claro, há um grande número de pontos de luz por aí, espalhados pelo Universo. Mas a quantidade que podemos ver, limitada pela velocidade da luz e pela física do Universo em expansão, é finita afinal. Pode haver (e provavelmente há) mais Universo, mais estrelas e mais galáxias além do que podemos observar, mas eles não podem iluminar nosso céu, pois não houve tempo suficiente desde o Big Bang para que essa luz nos alcançasse.

O Universo pode ser infinito, mas só podemos ver a luz que viajou por 13,8 bilhões de anos: a quantidade de tempo desde o Big Bang. Crédito da imagem: Andrew Z. Colvin do Wikimedia Commons, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.

Espere um minuto, você pode objetar, o Big Bang nos diz que o Universo era mais quente e mais denso no passado, e então deve haver toda aquela radiação daquele estado quente e denso em todos os lugares, em todas as direções, ainda hoje! E você estaria certo; houve um tempo, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, quando o Universo era tão quente que os átomos neutros não podiam se formar, antes de quaisquer estrelas ou galáxias terem sido criadas. Quando esses átomos neutros finalmente se formaram, essa luz estava livre para viajar em linha reta e deveria chegar aos nossos olhos de todas as direções o tempo todo, não importa o que façamos.

Um still de estática de televisão, aproximadamente 1% do qual é devido ao CMB: o brilho remanescente do Big Bang. Crédito da imagem: usuário do YouTube JUNIOR6886.

O fato é que nós Faz ver e receber essa luz toda vez que você ligar sua velha televisão com orelhas de coelho e sintonizar o canal 3. Essa neve que você vê na sua televisão vem de todos os tipos de fontes: transmissões de rádio feitas pelo homem, o Sol, buracos negros e todos os tipos de outros fenômenos astrofísicos. Mas cerca de 1% disso vem do brilho remanescente do Big Bang: o Fundo Cósmico de Microondas. Se pudéssemos olhar na porção de microondas/onda de rádio do espectro eletromagnético - em vez da luz visível - nós gostaria ver um céu noturno que era praticamente uniforme em brilho, sem manchas escuras em qualquer lugar.

Se pudéssemos ver a luz de micro-ondas, o céu noturno se pareceria com o oval verde, com o ruído no centro contribuído pelo nosso plano galáctico. Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP, da descoberta da CMB em 1965 por Arno Penzias e Bob Wilson.

É essa combinação de dois fatos:

  1. o Universo existe há apenas um tempo finito,
  2. e que só podemos ver a luz na parte visível do espectro,

que torna o céu noturno escuro. Na verdade, a única razão pela qual estamos bem adaptados para ver a luz que vemos no céu é porque nossa luz solar está na faixa de milhares de Kelvin e, portanto, é o que vemos: as estrelas, galáxias e objetos que refletem a luz do nosso próprio Sol. Se, em vez disso, pudéssemos ver em um dígito da faixa de Kelvin, todo o céu seria brilhante. De certa forma, nossos limitados sentidos humanos são o que nos compeliu a explorar o Universo em primeiro lugar!


Envie sua pergunta Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com !

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