Varför är det mörkt på natten?

’Vilken dum fråga!’ Man kan tänka. Solen är nere, så är det. Nåväl, svaret låter riktigt rimligt, men, som det alltid har varit, är det allt som gäller?

Nätter på jorden är naturligt mörka. Det är häftigt. Vi kan sova eller göra andra saker som är lämpliga att göra i mörkret. Den mörka himlen gör det också möjligt för oss att titta på det storslagna universum och undra hur allting blev till. Svaret på ”Varför är natten mörk?” är inte så enkelt som ”för att solen är nere”. Det har en koppling till ursprunget till universum som vi känner det. Inte enkelt, men vackert.

Paradoxen

Om universum var statiskt, oändligt vidsträckt, evigt och fyllt av ett oändligt antal stjärnor borde himlen alltid lysa när alla stjärnor lyser. Stjärnljusen skulle färdas i alla riktningar och så småningom beröra varje hörn av universum. Varje punkt på ytan av varje planet, inklusive vår jord, skulle till slut vara solad i stjärnljuset hela tiden. Natten skulle inte vara mörk då. Ordet ”natt” skulle då betyda något helt annat. Allt detta skulle vara sant om bara verkligheten inte var vad den är och alltid har varit: himlen är mörk på natten. Varför? En tysk läkare-astronom ställde denna fråga tidigare år 1823, och frågan blev känd efter hans namn som ”Olbers paradox.”

Den statiska universummodellen föreslog också att universum är homogent. På en enorm skala skulle samma antal stjärnor fylla en lika stor volym av universum från vilken plats som helst. Föreställ dig, enligt denna modell, att om vi skulle dela upp universum i sektioner eller skal, vart och ett ett ljusår tjockt och åtskilda av ett avstånd på 1 miljard ljusår (astronomiskt långt), kommer det enligt denna modell att finnas ett ökande antal stjärnor i skalen längre bort från observatören.

Ljuset från de längre bort belägna skalen skulle vara naturligt svagare än ljuset från skalet närmast observatören, men det skulle finnas fler stjärnor i de längre bort belägna skalen. Observatören skulle alltså se lika mycket ljus från skal nr 2 som från skal nr 1. Varje skal skulle bidra till en enhet ljus, vilket sammantaget skulle ge allt ljus som observatören skulle kunna se. Med ett oändligt antal skal skulle allt vara bländande ljust.

Nätterna på jorden skulle faktiskt vara lika ljusa som dagarna endast om antagandet att universum, som är rumsligt och tidsmässigt oändligt och statiskt, var korrekt. Enligt denna modell skulle det varken finnas en början eller ett slut på universum.

Universum må vara oändligt stort, men det är inte oändligt gammalt. Det fanns en tidpunkt då allting uppstod. Denna föreställning förklarar så småningom varför natten är mörk.

Ljuset färdas snabbt med cirka 1080 miljoner kilometer i timmen. Ingenting i universum kan gå snabbare än ljuset. Men ljuset tar ändå tid på sig att korsa enorma avstånd. En av anledningarna till att himlen är mörk på natten är att sedan början har en del ljus från avlägsna stjärnor ännu inte tagit sig fram till oss, vilket Edgar Allan Poe resonerade om i sin essä Eureka från 1848.

Om stjärnornas följd av stjärnor var oändlig skulle himlens bakgrund presentera oss en enhetlig ljusstyrka, som den som galaxen uppvisar – eftersom det inte finns någon punkt i hela bakgrunden där det inte skulle finnas en stjärna. Det enda sätt på vilket vi under ett sådant förhållande skulle kunna förstå de tomrum som våra teleskop finner i oräkneliga riktningar, skulle därför vara att anta att avståndet till den osynliga bakgrunden är så enormt att ingen stråle från den ännu har kunnat nå oss överhuvudtaget. – Edgar Allan Poe, Eureka

Big Bang-teorin och universums expansion

Det finns saker som den statiska universummodellen inte kan förklara. Med ny teknik har forskare och astronomer hittat allt fler avslöjande bevis för att universum inte är statiskt. Observationer har visat att universum expanderar. Och det i en mycket snabb takt. Något måste ha orsakat denna expansion för länge sedan. En stor explosion kanske? Poes intuitiva syn på universum med en ändlig ålder stödde också denna spekulation eftersom den innebär att det har en början. Ingår Big Bang-teorin.

Big Bang-teorin säger att universum var en mycket varm plats vid en viss tidpunkt. Den hetaste platsen i universum (duh!) Det var också mycket tätt. Sedan inträffade en smäll. All materia i den ”kosmiska urkraftssoppan”, som bildades strax efter smällen, började svalna. Materian kondenserades sedan och bildade subatomära partiklar, sedan atomer – byggstenarna i stjärnorna – och allt annat.

Närmast i början var universum förmodligen mycket ljust men ogenomskinligt eftersom de fria elektronerna inte tillät ljuset att färdas så långt. När universum svalnade blev det mer och mer genomskinligt. Samtidigt expanderade universum. Allting inuti började röra sig bort från varandra. Expansionen var så snabb att ljuset från de stjärnor och galaxer som bildats tidigare i universum sträcks ut. Detta fenomen kallas ”kosmologisk rödförskjutning”. Termen ”rödförskjutning” kommer från det faktum att när ljusets våglängd sträcks ut när universum expanderar och kyls ner, blir ljusets färg rödare eftersom dess våglängd blir längre och hamnar i det infraröda området, vilket gör att dess energi sjunker efter universums avkylning.

När vi tittar på stjärnor eller galaxer tittar vi in i deras förflutna. Det beror på att ljuset tar år att färdas från dessa objekt till oss. Från den kosmologiska rödförskjutningen upptäckte forskarna också att ju längre bort en stjärna eller galax är från oss, desto snabbare rör den sig bort. Det mest avlägset observerbara himlaobjektet är synligt endast i det infraröda området av det elektromagnetiska spektrumet. När Hubble-teleskopet fotograferade bilden av eXtreme deep field (XDF) gjorde det med infraröda sensorer för att avslöja stjärnor och galaxer i universums mest avlägsna delar, så långt som vi kan observera med vår nuvarande teknik.

Ett annat bevis som stödjer Big Bang-teorin är den kosmiska bakgrundsstrålningen, som upptäcktes oavsiktligt av forskare 1965, och som är den reststrålning i form av mikrovågor och radiovågor som sprids i hela universum. Denna strålning är så utsträckt mycket mer än ljuset från de längst bort observerbara stjärnorna och galaxerna. Deras våglängder är längre än de i de infraröda områdena. Den kosmiska bakgrundsstrålningen är med andra ord den kylda versionen av den strålning som släpptes ut under tiden för Big Bang. Det är den äldsta observerbara strålningen. Vi kan också se denna strålning som en ögonblicksbild av universum vid den tidpunkt då Big Bang inträffade, vilket var för cirka 14 miljarder år sedan.

Det korta svaret på ”varför är det mörkt på natten?”

Det viktiga budskapet är att vår natthimmel är mörk eftersom vi inte kan se ljuset från avlägsna stjärnor och galaxer eftersom de rör sig bort från oss så snabbt att deras ljus sträcks ut och blir till infrarött ljus. Alla ljus från alla stjärnor i universum kommer inte heller att nå oss under vår livstid, helt enkelt för att de är för långt borta. Men i själva verket är hela det ”observerbara universum” samtidigt upplyst av alla sorters strålning som är osynlig för våra ögon och som fortfarande är full av underverk som väntar på att upptäckas.