為什麼晚上的天空是黑色的？奧伯斯詭論

為什麼晚上的天空是黑色的？奧伯斯詭論 (Olber’s Paradox)
國立臺灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系傅學海副教授責任編輯

當有人問你：「晚上天空為什麼是黑色的？」多數人都會認為，是因為太陽下山了，所以晚上沒有陽光，當然是黑色的。但是，有人會反駁，晚上也有很多星星應該會照亮天空，所以晚上也應該是明亮的才對。

關於這個問題，古時候的天文學家也討論過。從最早十六世紀，有系統的探討黑夜問題的天文學家，提出星星三大運動定律的克卜勒 (Kepler, 1571-1630)，他說，只要宇宙是有限的，那麼夜晚一定會是黑色的。到西元1826年天文學家奧伯斯提出的夜黑問題，又被稱為奧伯斯謬論 (Olber’s Paradox)。一直到二十世紀，因為科技、儀器的發達，對於晚上天空是黑色的探討終於有比較明確的解釋。

夜黑問題是建立在幾個背景假說之下的：

1.宇宙無限大。
2.星星均勻分佈在宇宙中。
3.星星都會發光。
4.越遠的星星，看起來越暗。

基於這些假說之下，我們可以推論，因為宇宙是無限大，而且星星均勻分佈，那麼我們在夜晚從地球望向太空時，無論往那個方向，那個縫細看，應該都會看到星星，所以夜晚的天空應該是無限明亮的才對。就像我們從遠處看森林一樣，森林裡，樹木是錯開生長的，但是層層疊疊，當我們從遠處看時，前排的縫細之間，會有後排的樹木，以致於我們從遠處看到的森林，是一大片的綠色。

這樣推論出來的結果，卻跟我們實際上的情況不同，原因是什麼？

奧伯斯針對此，提出兩個問題：

宇宙的體積跟星星的數目到底有有限或無限？
星星在宇宙中，為何不會因為萬有引力而聚集在一起？

他推理，如果宇宙無限，則星星也是無限的，如此一來夜晚天空應該要是明亮的，但實際情況卻相反，因此宇宙應該是有限的。而若宇宙是有限的，星星也會是有限的，那麼照理來說星星應該會受到萬有引力影響而吸引到一塊，不會分佈在宇宙中，所以宇宙是無限的。奧伯斯的推論前後造成的矛盾，才被稱為奧伯斯謬論 (Olber’s Paradox)。

而目前，科學家的研究可以完整解釋夜黑問題的有下列幾項：

1.哈伯 (Hubble)利用星系間的紅位移效應，或者稱為都卜勒效應知道，宇宙正在膨脹當中，可以推論宇宙是有限的。
2.因為紅位移效應，減低了遠方星系的亮度。
3.宇宙膨脹會造成背景輻射，因為背景輻射的不均勻分佈，成為星系分佈重要指標，我們知道星系在宇宙中的分佈也是不均勻的。

這是目前較被接受的解釋，不過雖然我們肉眼看到的夜晚是黑的，利用其他波段照射夜晚天空的結果，可是一片明亮的呢！

參考資料
臺北星空第40期
維基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A5%A7%E4%BC%AF%E6%96%AF%E4%BD%AF%E8%AC%AC