Als het universum zich voor altijd uitbreidt en als het vol met sterren is, waarom is de nachtelijke hemel dan donker? Dit is een vraag die sinds de oudheid door filosofen en wetenschappers wordt gesteld. Net zoals een waarnemer bomen in alle richtingen ziet wanneer hij in een bos staat, moet elke gezichtslijn in een oneindig universum eindigen met het fonkelen van een ster. Het netto resultaat zou een hemel moeten zijn die in vuur en vlam staat van hemels licht. Niet alleen zou de nachtelijke hemel zo helder, zo niet helderder moeten zijn dan overdag, maar de hitte van al die zonnen zou voldoende moeten zijn om de oceanen van de aarde weg te koken! Daarom zou de sterrenhemel afgebeeld op de opvallende foto die bij dit artikel hoort, sterren moeten missen in vergelijking met het staren naar de kosmos hierboven.
Edgar Allen Poe peinsde over deze puzzel in zijn werk uit 1850 getiteld "The Power of Words". Hij noemde gecombineerde verlichting die door hemellicht wordt uitgestraald de 'gouden muren van het heelal'. Een waarnemer in een bos ziet bijvoorbeeld een scherm met bomen omdat het bos verder doorgaat dan de achtergrondgrens - de gemiddelde afstand waarop de gezichtslijn wordt onderbroken door een boom. Evenzo moeten sterren die dichtbij zijn, vanaf elk punt in een eindeloos universum gevuld met sterren, sterren overlappen die verder weg zijn totdat elke vierkante centimeter van het beeld is gevuld met het licht van een verre zon.
Huidige schattingen plaatsen het aantal sterren in het heelal op 70 sextillion (70.000 miljoen miljoen miljoen), gebaseerd op een enquête uit 2003, uitgevoerd door Australische astronomen. Dat is tien keer het aantal zandkorrels op alle stranden en woestijnen van de aarde bij elkaar en zeker meer dan genoeg om de hele lucht met sterrenlicht te vullen!
Maar de nachtelijke hemel is niet helder in het licht van het heelal, dus vroege theoretici speculeerden dat beide sterren beperkt waren in aantal of dat hun licht op de een of andere manier de aarde niet bereikte. Toen interstellair stof werd ontdekt, dachten sommigen dat de reden was gevonden. Maar berekeningen gaven al snel aan dat als de stofdeeltjes al het ontbrekende sterrenlicht zouden absorberen, de stofdeeltjes zelf zouden gaan gloeien.
Het antwoord werd uiteindelijk verklaard door implicaties uit de relativiteitstheorie van Albert Einstein.
Ergens tussen de tien en twintig miljard jaar geleden werd het heelal gevormd door een gebeurtenis die de oerknal wordt genoemd. Waarom het gebeurde en wat eraan voorafging, blijven de diepste mysteries, maar dat het nu gebeurde, lijkt voor de meesten in de wetenschappelijke gemeenschap redelijk onweerlegbaar. Alle materie en energie - in wezen alles wat ooit was, is of kan zijn, was beperkt tot een geconcentreerde, onvoorstelbaar dichte toestand. Interessant genoeg was het niet zo dat alles in het heelal op een bepaalde locatie werd geperst, omringd door een ruimte gevuld met niets. In feite was het heelal - alle materie, energie en alle ruimte die ze vullen. Het externe formaat was onbelangrijk omdat het geen buitenoppervlak had; daarbuiten bestond niets - dit is nog steeds zo.
Vervolgens begon deze kern van het heelal, om redenen die nog steeds worden besproken, in een zeer snel tempo uit te breiden alsof het een explosie had meegemaakt. Deze uitbreiding is nooit opgehouden, in feite is het tempo in de loop van de tijd toegenomen! Meer ter zake van onze discussie is het feit dat het universum begon op een eindig moment in de tijd.
Een andere implicatie van de relativiteitstheorie helpt ook om onze donkere nachthemel te verklaren. Licht reist met een eindige snelheid. Hij beweegt echter zo snel dat zijn snelheid wordt uitgedrukt in de afstand die hij gedurende een jaar aflegt. Dit staat bekend als een lichtjaar en gedurende die tijd zal licht 9,46 biljoen (9,46 × 10) doorkruisen12) kilometers of 5,88 biljoen (5,88 × 1012) mijl.
Ruimte en tijd zijn met elkaar verweven. We kunnen niet de ruimte in kijken zonder ook terug te kijken in de tijd. De ruimte is enorm en de scheiding tussen sterren is enorm. Zo is de gemiddelde afstand tussen sterren enkele lichtjaren. Maar dit is dichtbij in vergelijking met andere lengtes gemeten door astronomie. De afstand van onze zon tot het centrum van onze Melkweg is ongeveer 26.000 lichtjaar of 260 biljoen kilometer! De afstand van ons Melkwegstelsel, de Melkweg, tot het volgende dichtstbijzijnde melkwegstelsel, gelegen in het sterrenbeeld Andromeda, is meer dan 2 miljoen lichtjaar. Dat betekent dat het licht dat we vanavond zien vanuit het Grote Andromedastelsel (M31) naar de aarde vertrok toen er geen moderne mensen of Homo Sapiens op deze planeet waren - hoewel onze evolutionaire afstamming goed ingeburgerd was. De afstand van de aarde tot het verste object, een sterrenstelsel dat wordt opgemerkt door de Hubble-ruimtetelescoop, is ongeveer dertien miljard lichtjaar. We zien dit sterrenstelsel zoals het eruitzag voordat ons sterrenstelsel werd gevormd!
Dus de reden dat onze nachtelijke luchten zwart zijn, de reden dat de ruimte niet gevuld is met verblindend licht, is omdat veel van het licht van sterren die de lucht vullen geen tijd heeft gehad om de aarde te bereiken - velen zijn zo ver weg dat ze gewoon niet waarneembaar zijn momenteel. Dus hoewel het aantal sterren in wezen oneindig is, is het aantal sterren dat we kunnen zien eindig en dit creëert donkere gaten in de lucht die we zien als de uitgestrektheid van de ruimte.
Er zijn ook een paar andere factoren die ervoor zorgen dat de ruimte niet verlicht wordt. Veel sterren sterven bijvoorbeeld uit of exploderen in de loop van de tijd en dit verwijdert hun bijdrage aan de hoeveelheid licht in het heelal. Bovendien wordt sterlicht verminderd door roodverschuiving - een fenomeen dat rechtstreeks verband houdt met de uitdijing van het heelal. Rood verschuiven is vergelijkbaar met het Doppler-effect, omdat beide betrekking hebben op het uitrekken van lichtgolven.
Het Doppler-effect beschrijft de beweging van een lichtbron ten opzichte van een waarnemer. Licht van een object dat naar een waarnemer beweegt, wordt gecomprimeerd naar hogere frequenties of het blauwe uiteinde van het lichtspectrum. Licht van een weg bewegend object wordt uitgerekt naar de lagere frequenties of het rode uiteinde.
Rood verschuiven heeft niets te maken met de beweging van een lichtbron, maar eerder met de afstand die een lichtbron van de waarnemer bevindt. Aangezien de ruimte zich in alle richtingen uitbreidt, legt licht van een zeer verre bron een steeds grotere afstand af en de toenemende afstand zelf strekt zich uit tot de rode golflengten. Hoe verder een melkwegstelsel verwijderd is, hoe langer het pad dat het licht moet afleggen om de aarde te bereiken. Omdat de afstand tussen de melkweg en de aarde ook constant toeneemt, wordt het licht uitgerekt naar het rode uiteinde van het spectrum. Licht van heel ver weg gelegen sterrenstelsels kan dus rood worden verschoven van het zichtbare spectrum naar het infrarood of, daarbuiten, naar het rijk van radiogolven. Daarom vermindert rood verschuiven ook de mate van zichtbaar sterrenlicht dat de aarde bereikt en wordt de nachtelijke hemel donkerder.
De foto bij deze discussie werd eerder dit jaar gemaakt door astronoom Brad Moore, vanuit zijn privé-observatorium bij Melbourne, Australië. Deze scène bevindt zich in de buurt van de Grote Carinae-nevel en staat bekend als NGC 3324. Het heeft ook een algemene naam voor de Sleutelgatnevel en zowel deze als de Eta Carinae-nevel bevinden zich op ongeveer 9.000 lichtjaar van de aarde in het zuidelijke sterrenbeeld Carina. Het bestaat uit een jonge, heldere sterrenhoop, waarvan sommige de omringende, waterstofrijke nevel verlichten en laten gloeien.
Interessant is dat dit ook de Gabriela Mistral-nevel wordt genoemd vanwege de griezelige gelijkenis met de Nobelprijswinnende Chileense dichter. Als je goed kijkt, zie je haar silhouet in de nevel.
De tinten in dit verbluffende beeld zijn echter niet echt. Ze zijn toegewezen om ook de samenstelling van het materiaal weer te geven waaruit deze visie bestaat. Zuurstof wordt weergegeven door rood, groen geeft de aanwezigheid van waterstof aan en zwavel wordt weergegeven door een blauwe tint. Deze foto vereiste een belichtingstijd van 36 uur door een 12,5 inch Ritchey-Chretien Cassegrain-telescoop en een 3,5 megapixel astronomische camera.
Heeft u foto's die u wilt delen? Plaats ze op het astrofotografieforum van Space Magazine of e-mail ze, en misschien plaatsen we er een in Space Magazine.
Geschreven door R. Jay GaBany
