解析天文学：夜空黑暗原理

周坚/2014年10月10日

转载：科学智慧火花

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德国天文学家奥伯斯（Olbres）在19世纪初在牛顿宇宙模型下讨论了天空的亮度问题。如果宇宙是稳恒，无限大，时空平直的，其中均匀分布着同样的发光体，由于发光体的照度与距离的平方成反比，而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比，这样就使得对全部发光体的照度的积分不收敛，因此黑夜的天空就应当是无限亮的。

但实际情况天空是黑暗的。天空为什么会是这样黑暗呢？

我们认为，作为发光体的星体所辐射出来的光（电磁辐射）不可能向无限远处一直传播下去，它只能进行有限传播，传播的极限距离是137.72亿光年，以 Z₀ 表示。

当我们设定单位体积内的恒星数目为n，恒星发光的平均固有光度为B，距光源单位距离处的能量密度——固有光度，也就是观测者处测得的能量密度——视光度为b，最后以观测者为中心点O做一个半径为r的球壳，其球壳厚度为dr，则我们就可获得球壳内所有恒星在中心点O的总视光度I₀ 为：

由于发光体的视亮度与距离的平方成反比，而一定距离上球壳内的发光体数目和距离的平方成正比，同时再将光（电磁辐射）传播特性考虑进去，这样就使得对宇宙空间任意O点的任意时刻的全部发光体的照度的积分收敛，黑夜的天空就应当是黑暗的。这与实际情况吻合，可称为夜空黑暗原理。

难怪美国诗人爱伦·坡这样认为，之所以遥远恒星的光没有照亮星空，是因为它们还没有到达地球：我们无法看到比宇宙更远的地方。

现在我们知道，我们无法看到137.72亿光年之外的东西，我们认为因为光的极限传播距离只有137.72亿光年。