Banner_Patreon1.jpg

ARCHIV

NEJČTENĚJŠÍ

Proč je v noci tma?

Když Slunce zapadne pod obzor, nad našimi hlavami se rozhostí tma. Proč? Proč je v noci obloha temná? Jestli nevíte, nic si z toho nedělejte. Neví to většina lidí. Nejenže neví, ale ani neví, že neví, protože si tuto podivnou otázku nikdy nepoložila. Přinášíme ukázku z knihy fyzika a filozofa Petera Zamarovského Proč je v noci tma?



Avšak otázku „Proč je v noci tma?“ si po staletí nepoložili ani samotní hvězdáři. (Byli to přeci hvězdáři, ne tmáři.) Teprve v době renesance si lidstvo uvědomilo, že tma je samozřejmá pouze z hlediska naší každodenní nebo spíš každonoční zkušenosti. Z hlediska stavby vesmíru je však záhadou. Kniha nás provede složitou cestou hledání odpovědi. Cestou plnou odboček a falešných stop. Odpověď hledali slavní hvězdáři, fyzikové i filosofové. Avšak na správný směr ukázal naprostý amatér, slavný básník a fantasta Edgar Allan Poe. Byla to jen náhoda? Problém noční tmy nedával spát kosmologům ani ve století dvacátém. Je aktuální ještě dnes, ve století jednadvacátém?


Pojďme na to od lesa. Když se v lese rozhlédneme, co uvidíme? Samé stromy, v každém směru náš pohled narazí na nějaký strom. Zaplňují celý zorný úhel kolem nás (alespoň v horizontální rovině). A podobně jako s lesem na Zemi by to mělo být i s lesem hvězd v kosmickém prostoru: v každém směru by měla nějaká svítit. Hvězdy by měly bez mezer pokrýt celou nebeskou klenbu. A jelikož měl Kepler pravdu, když předpokládal, že hvězdy jsou cizí slunce podobné tomu našemu Slunci s velkým „S“, jejich povrchy září jako povrch Slunce. Měla by nás proto obklopovat nesnesitelná záře. Nebyla by noc, nebyl by den, stále jen pekelná výheň. A jsme u jádra pudla: v noci není ani světlo, ani výheň, natož pekelná.


… existují-li slunce, která mají tutéž povahu jako to naše, tážeme se, proč ve svém úhrnu daleko nepřekonají naše slunce, pokud jde o jasnost? - Johannes Kepler

Panuje tma a chlad, peklo se nekoná. Narazili jsme na rozpor, kterému se říká fotometrický paradox. Bývá také nazýván paradoxem Olbersovým, někdy i paradoxem noční tmy, Keplero-vým paradoxem, Halleyovým paradoxem a kupodivu i paradoxem svítícího nebe.


Změní se něco, když přejdeme od dvojrozměrného pozemského lesa do trojrozměrného lesa hvězd? Představme si naši zeměkouli, a kolem ní nekonečný soubor soustředných sférických slupek. Něco na způsob vrstev cibule, s tím rozdílem, že se struktura táhne do nekonečna. Slupky mají stejnou tloušťku a jsou tak obrovské, že každá z nich obsahuje veliké množství hvězd. (Tak veliké, že se nerovnoměrnosti jejich rozložení zprůměrují. Počet hvězd v jednotlivých slupkách je pak úměrný jejich objemu a objem je zase úměrný ploše slupky. Množství hvězd tedy roste s druhou mocninou poloměru slupky – tj. se čtvercem vzdálenosti od Země. Intenzita světla jednotlivých hvězd naopak s druhou mocninou vzdálenosti klesá. Obě závislosti se vyruší a všechny slupky by tak měly přispívat k jasu oblohy stejným dílem. Slupek je ale nekonečný počet, a proto by se z oblohy měla linout nekonečná záře...


Nekonečná záře se ale neline. Kde se stala chyba, co jsme vymodelovali špatně? Po zkušenosti s pozemským lesem nás patrně napadne, že jsme pochybili, když jsme hvězdy nahradili geometrickými body. Byť se to na první (a ani na druhý) pohled nezdá, hvězdy jsou ohromné koule, které se mohou – na rozdíl od geometrických bodů – vzájemně zakrývat stejně jako se zakrývají kmeny stromů. V důsledku toho nevidíme do nekonečna, nevidíme všechny sféry, ani nekonečný počet hvězd. Celkový svit oblohy tedy nebude nekonečný. Je však předčasné jásat, vzájemné zakrývání hvězd nás před pekelným žárem neochrání. Jas oblohy by sice nebyl nekonečný, přesto by celá obloha zářila jasněji jak 90 000 Sluncí!


Předvedli jsme si případ, jak by vesmír vypadal, kdyby byl nekonečný a rovnoměrně (či alespoň náhodně) zaplněný hvězdami. Kdyby tak skutečně vypadal, tak bychom ho neviděli, protože by tu panoval takový žár, že bychom nemohli existovat.



Co tedy na noční obloze vidíme? Klenbu pokrytou sametovou tmou a na ní myriády hvězd? Zní to vzletně, pravda to ale není. Pouhým okem jsme schopni napočítat jen asi 2 až 3 tisíce hvězd. (Na obou nebeských polokoulích asi 6 tisíc.) Žádné miliardy ani myriády, žádné astronomické číslo. Větší počty přijdou, když si vezmeme dalekohled. Ten obraz oblohy zvětší. Samo zvětšení však není důležité – slabé hvězdy nevidíme ne proto, že by se jevily malé, ale proto, že nám od nich přichází málo světla. Pro viditelnost hvězd je proto podstatné, že objektiv dalekohledu dokáže soustředit více světla než neozbrojená čočka oka. Má-li objektiv průměr dejme tomu 5 cm, je jeho plocha asi stokrát větší než je plocha naší zorničky, a tak zachytí stokrát více světla. Takovým dalekohledem proto vidíme i hvězdy, které svítí stokrát slaběji. Pokud bychom měli trpělivost, napočítali bychom jich už statisíce, tedy zhruba stokrát víc než nevyzbrojeným okem. Zkusme to s ještě větším dalekohledem, řekněme o průměru objektivu 50cm (mohutný amatérský dalekohled, nebo běžný profesionální přístroj). Tento dalekohled soustředí asi 10 000krát více světla než oko. Uvidíme jím přibližně 10 000krát víc hvězd, asi 20 milionů. Nespočetli bychom je do konce života. Počet viditelných hvězd roste zhruba úměrně s plochou objektivu. Čím jsou hvězdy slabší, tím je na ně obloha bohatší. To by mohlo podporovat předpoklad rovnoměrného rozložení hvězd: Desetkrát větší objektiv soustředí stokrát víc světla, jsou tedy viditelné i stokrát slabší hvězdy, tj. hvězdy z desetkrát vzdálenější slupky. A těchto hvězd je zhruba stokrát víc, desetkrát vzdálenější slupka má totiž stonásobný objem a obsahuje stokrát více hvězd. Ale, jak záhy uvidíme, tato závislost přestává platit u velikých průměrů objektivů – to znamená pro vzdálenější oblasti vesmíru. Dalekohledem tedy vidíme celkově větší počet hvězd. Ne však najednou, úměrně se zvětšováním obrazu se totiž zužuje zorné pole. A tak vidíme stále zhruba podobný obraz – svítící bodové hvězdy a mezi nimi tmu. Existence tmy mezi hvězdami nezáleží na velikosti dalekohledu ani na jeho zvětšení. Asi každého, kdo se poprvé podíval astronomickým dalekohledem, zklamalo, že hvězdy se i přes teleskop jeví jen jako svítící body. A zklamalo by to jistě i Tychona Braha, kdyby žil o pár let déle a měl dalekohled k dispozici. Brahe totiž odhadoval, že zdánlivé průměry hvězd dosahují kolem dvou úhlových minut. V tom případě by stačilo už patnáctinásobné zvětšení, abychom je viděli veliké jako kotouček Měsíce.


Zdánlivé průměry hvězd však leží vesměs pod rozlišovací schopností pozemských dalekohledů. Vezměme si například Síria, nej-jasnější hvězdu oblohy. Tato blízká a ještě k tomu obří hvězda se nám jeví pod zdánlivým průměrem 6 tisícin obloukové vteřiny. Praktická rozlišovací schopnost astronomických dalekohledů bývá kolem jedné vteřiny, v nejlepších případech několik desetin úhlové vteřiny. Abychom viděli alespoň některé hvězdy jako kotoučky, potřebovali bychom dalekohledy tisíckrát výkonnější. Avšak ani ty by moc nepomohly. Žijeme na dně vzdušného oceánu, kde se promíchávají masy vzduchu o různé teplotě a hustotě. A tak rozlišovací schopnost většího dalekohledu (obvykle už nad 10–20 cm průměru objektivu) nebývá omezena výkonem samotné optiky, ale právě neostrostí způsobenou turbulencí vzduchu. Proto si ani ve velkých dalekohledech astronomové neprohlížejí kotoučky hvězd, jsou odkázáni jen na měření intenzity a spektrálního složení jejich světla.


Pokud tomuto problému chcete přijít na kloub, navštivte stránky nakladatelství Karolinum, kde si knihu můžete objednat.


Peter Zamarovský (* 1952) vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy v Praze. Zabýval se vakuovou fyzikou, fyzikou plazmatu a v posledních letech se zajímá především o filosofické otázky fyziky a matematiky. Od roku 1986 působí na ČVUT, kde na

elektrotechnické fakultě přednáší výběrový předmět filosofie.

464 zobrazení0 komentář

Nejnovější příspěvky

Zobrazit vše

HLAVNÍ PARTNER

1.png

PARTNEŘI

CI_Postgradualy_1200x627_09_17-1[2].gif
Pinkerton_HiringAd_Cevro Institute final
Screenshot%202020-10-21%20at%2011.15_edi
banner_viavis.jpg
Gordic.png
BabelApp_bannery_STAT_1200x628_V2_CZ.jpg
Michael-Chertoff-2008.jpg
SEDIVY.jpg
vONDRA1.jpg

Hlavní partner:

IMG-20201118-WA0002.jpg

Partneři:

Screenshot 2021-01-18 at 13.59.27.png

Transatlantické centrum VSCI děkuje za podporu:

Přihlašte se pro novinky

csg-logo-rgb.png
czub-logo_edited.jpg
Nadace PPF bílá RGB pro obrazovku.png
210115_varianty.jpg
BabelApp_horizontal_png.png

ISSN 2695-0782

(c) CEVRO Aréna 2020 - Názory, blog,  komentáře, analýzy.

Kontakt: redakce@cevroarena.cz