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。
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