Gökyüzü neden karanlık?

Bu infografik, gökyüzünün neden karanlık olduğunu anlamak için gereken dört sayıyı yan yana koyuyor.

Bu infografik ne anlatıyor?

Dört satır iki ayrı fikri anlatıyor: birincisi ışınımın enerji yoğunluğunun sıcaklığa bağlılığı, ikincisi evrenin yaşı.

• Arka plan sıcaklığı – 2,73 K: Gökyüzünü dolduran ışımanın sıcaklığı.
• 2,7 K'de enerji yoğunluğu – 40 fJ/m³: Bu soğuk ışınımın taşıdığı enerji çok küçük.
• 6000 K'de enerji yoğunluğu – 1 J/m³: Daha sıcak bir ışınımın enerji yoğunluğu.
• Evrenin yaşı – 13,787 milyar yıl: Sonlu bir yaş.

Karşılaştırma şöyle: 1 joule, 40 femtojulün yaklaşık 25 trilyon katı (1 femtojul, joulün katrilyonda biri). Yani iki ışınım arasındaki fark kabaca on üç basamak. Gökyüzünün karanlık görünmesinin ardındaki farkın büyüklüğü bu sayılarda saklı. Sonlu yaş ise, ışığın yolculuk süresinin sınırlı olduğunu hatırlatıyor.

Veriler Harrison'ın Darkness at Night kitabına ve Planck yasasına dayanıyor. Konunun bütünü için Olbers paradoksu: gece gökyüzü neden karanlık? yazısına bakabilirsiniz.

Bu sayıların arka planı

Dört sayı, Olbers paradoksunun çözümünü oluşturan iki fikri yan yana koyuyor. Paradoksun akıl yürütmesinde evreni Dünya'yı merkez alan kabuklara bölersiniz: kabuğun uzaklığı iki katına çıkınca içindeki yıldız sayısı dört katına çıkar, ama her yıldızın ışığı dörtte bire düşer. Yani her kabuk aynı miktarda ışık verir ve sonsuz sayıda kabuk eklenince gökyüzü sonsuz parlak olmalıdır. Gerçek evrende bu olmaz, çünkü yaş sonludur: yalnızca ışığı henüz bize ulaşmış kabuklar katkı verir.

İkinci fikir genişleme. Uzak kaynakların ışığı kırmızıya kayar, yani enerjisini yitirir; bu etki tek başına, evren sonsuz yaşlı olsaydı bile gökyüzünü karanlık tutmaya yeterdi. Bakış doğrumuz bir yıldız yüzeyine değil, Büyük Patlama'dan kalan ışığın ilk serbest kaldığı “son saçılma yüzeyi”ne ulaşır ve o ışık 2,73 K'e kadar kırmızıya kaymıştır. Evrenin yaşındaki 13,787 milyar yıllık değer Planck 2018 verilerinden gelir. Bütünü için Olbers paradoksu sayfasına bakın.

Sık sorulanlar

Gökyüzünü dolduran 2,73 K'lik ışımayı neden göremiyoruz?

Işık milimetre dalga boylarına kaydığı için mikrodalga olarak gelir ve insan gözüyle görünmez. Bu, kozmik mikrodalga arka plan ışımasıdır.

Sonlu yaş neden çözümün parçası?

Evrenin yaşı sınırlıysa görebildiğimiz yıldızların sayısı da sınırlıdır. Mädler ve Kelvin'in çözümü budur.

Yalnızca genişleme yeter mi?

Evet, kırmızıya kayma tek başına yeterdi; yine de gerçek evrende sonlu yaş ve kırmızıya kayma birlikte etkilidir.