宇宙は星で満たされているのに、なぜ宇宙空間は真っ暗なのでしょうか?

1. 地球の夜空が星で照らされないのはなぜですか?

2. 明るい星で満たされた宇宙と暗い空間

銀河

（写真提供：ルーク・バートン/ゲッティイメージズ）

人々は常に疑問を抱いてきました。宇宙のいたるところに星があるのに、なぜ宇宙は未だに暗いのでしょうか?この疑問は長い間存在しており、「オルバースのパラドックス」という特別な名前が付けられています。

天文学者たちは、人類が観測した宇宙の星の数はおよそ 200 兆個あると推定しています。ほとんどの星は太陽と同じくらい明るく、中には太陽よりも明るい星もあります。しかし、なぜ宇宙は星の光で照らされないのでしょうか?

私は太陽系内外の恒星や惑星、そしてそれらの宇宙における軌道を研究する天文学者です。遠くの星や惑星を研究することは、私たち天文学者が宇宙がなぜ暗いのかを理解するのに役立ちます。

これは宇宙の多くの星が地球から非常に遠いためだと思われるかもしれません。実際、地球から遠い星ほど、私たちには暗く見えます。地球から 10 倍遠い星は、100 倍暗く見えます。しかし、これは完全な答えではありません。

泡を想像してみて

ここでは、宇宙は非常に古く、最も遠い星からの光が地球に届くまでには時間がかかるものと仮定します。この仮説のシナリオでは、宇宙のすべての星は動かなくなります。

地球が大きな泡の真ん中にあると想像してください。泡の直径が約 10 光年であれば、その中には 10 個以上の星が含まれることになります。明らかに、地球はこれらの星から数光年離れており、地球から見ると星は非常に暗く見えます。

この泡の直径を 1,000 光年、100 万光年、または 10 億光年に拡大すると、泡内の最も遠い星は暗く見えるようになります。しかし、泡が大きくなればなるほど、含まれる星の数も増え、星は自ら光を放射するようになります。最も遠い星は暗く見えますが、星の数が多いため、夜空は非常に明るく見えるはずです。

記事の冒頭の答えに戻ったように思えますが、実際には完全な答えに近づいています。

宇宙の年齢は重要

想像の泡のセクションでは、星はもう動かず、宇宙は非常に古いと想像するようにお願いしました。しかし、宇宙の年齢は現在わずか130億年です。

この銀河は約131億年前に誕生し、この写真はジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって撮影された。 （画像提供：NASA/宇宙庁/カナダ宇宙庁/宇宙望遠鏡研究所/

（新華社通信、ゲッティイメージズ経由）

人間の次元では、130億年は非常に長い時間ですが、天文学の次元では、130億年は実際には非常に短いです。地球から約130億光年離れた星からの光はまだ地球に届いていません。私たちが見ることができるすべての星を含む、地球を取り囲む実際の泡の直径はわずか 130 億光年です。

ただ、人間の視界の隅々まで満たすほどの星が足りないだけなのです。空を一方向に見上げると、たくさんの星が見えます。しかし、反対方向を見ると星は見えません。星のない暗い方向では、私たちの視覚で捉えられる星の光がまだ地球に届いていないからです。時間が経つにつれて、より遠くの星からの光が地球に届くようになります。

ドップラーシフト

夜空は最終的に完全に照らされるのだろうかと疑問に思うかもしれません。先ほどお話ししたことを思い出してください。すべての星の動きが止まったと想像してください。現実には、宇宙は常に膨張しており、最も遠い銀河はほぼ光年の速度で地球から遠ざかっています。

銀河は非常に速く動くため、銀河内の星から発せられる光は人間の目には見えない色に圧縮されます。この現象は「ドップラーシフト」と呼ばれます。つまり、星からの光は地球に届くのですが、最も遠い銀河からの光はまだ見ることができません。したがって、夜空は完全には照らされません。

十分に長く待つと、星は最終的に燃え尽きます。私たちの太陽のような星の寿命は約 100 億年です。天文学者たちは、今から1000億年後の遠い未来には宇宙は暗くなり、白色矮星やブラックホールなどの恒星の残骸だけが残ると推測している。

夜空が完全に星で満たされることはないかもしれませんが、私たちは幸運にも夜空の明暗の変化を楽しむことができます。私たちは宇宙の生命の中で非常に特別な時代に生きています。

関連知識

星は天体であり、重力によって球状に集まった発光プラズマです。太陽は地球に最も近い星です。夜、地球上で見える他のほとんどすべての星は天の川の中にありますが、非常に遠いため、単なる固定された光点のように見えます。歴史的に、より目立つ星は星座や星座群に分類され、最も明るい星には独自の伝統的な名前が付けられています。天文学者によってまとめられた星表は、さまざまな星に名前を付けるための基準を提供します。星は中心部で重元素の核反応を起こし、エネルギーを星の内部から長い経路で外へ伝え、その後表面から宇宙空間へと放射します。中心核の核反応が尽きると、星の寿命は終わりを迎えます。

星の中心核は、その一生を通じて核融合反応を起こし、その寿命の終わりには、星の中に縮退物質も含まれるようになります。天文学者は、宇宙空間における星の動き、明るさ、スペクトルを観測することで、星の質量、年齢、金属量（化学元素の豊富さ）、その他多くの特性を決定します。星の総質量は、その進化と最終的な運命を左右する主な要因です。星の寿命中、その直径、温度、その他の特性は、その寿命のさまざまな段階で変化し、星の周囲の環境は、その回転と運動に影響を与えます。多数の星の温度をその明るさに応じてプロットしたグラフは、ヘルツシュプルング・ラッセル図 (HR) と呼ばれ、星の年齢と進化の状態を測定することができます。

著者: ブライアン・ジャクソン

FY: ヘイリー・チュー

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