Asi už vás to napadlo. Díváte se do nebe a víte, že tím směrem jsou tisíce hvězd. Přesto je nebe poměrně tmavé a pokud neruší světelné znečištění, není na něm v tom směru víc jak pár desítek zářivých bodů. Myšlenka, že v každém směru, kam se podíváme, je nějaká hvězda, a tudíž by celé noční nebe mělo svítit, není zdaleka dnešní a vešla ve známost již v roce 1823 jako Olbersův paradox. Na školách se o tom ale neučíme, tak si pojďme zodpovědět otázku: Proč tedy nebe ve skutečnosti tak výrazně nesvítí?

Střed kulové hvězdokupy Omega Centauri. Autor: Hubble/NASA

Tato idea má původ už u Johanna Keplera a blíže ji zformuloval v roce 1823 (a přeformuloval ještě přesněji v roce 1826) Heinrich Olbers, po kterém je také pojmenována. V té době panovala představa, že vesmír je statický, nekonečně starý a že tu zkrátka vždy byl takový, jaký je. V každém směru bychom tedy měli vidět nějakou hvězdu nebo spíše galaxii a žádné tmavé pozadí, podobně jako uprostřed lesa každým směrem vidíme stromy, přes které nevidíme z lesa ven. Což je však, jak všichni víme, v rozporu s pozorováním, a lidé si tak poměrně dlouhou dobu lámali hlavu s vysvětlením zdánlivě tak dětské a banální otázky, proč je obloha tmavá.

K řešení nám pomůže se zaměřit na zmíněné předpoklady, které doprovázely formulaci Olbersova paradoxu, a sice že vesmír je nekonečně starý a neměnný. Dnes víme, že vesmír je starý přibližně 13,8 miliardy let a vznikl při události, které říkáme velký třesk. Zároveň víme, že se vesmír neustále a dokonce zrychleně rozpíná. Hubbleův zákon hovoří o tom, že čím je od nás objekt dál (myšleno ve velkých galaktických měřítkách), tím rychleji se od nás vzdaluje. Jak to ale souvisí s tmavou oblohou?

Pohled v každém směru zastiňuje strom, stejně jako by pohled na oblohu měl být plný hvězd. Autor: Hvězdárna a planetárium Plzeň

Předpokládejme, že v každém směru, kam se podíváme, se skutečně nachází nějaká hvězda. Potíž však spočívá v tom, že od určité vzdálenosti je nemůžeme vidět. Země je totiž obklopena „bublinou“ o poloměru přibližně 13,8 miliardy světelných let, které říkáme pozorovatelný vesmír. Světlo z objektů, které jsou dál než 13,8 miliardy světelných let, by k nám muselo letět delší dobu, než je stáří samotného vesmíru. Z toho je zřejmé, že za tuto hranici nevidíme, neboť světlo z těchto končin k nám nemohlo dolétnout. Za hlavní důvod, proč je noční nebe tmavé, se považuje právě to, že tato bublina o poloměru 13,8 miliardy světelných let už je příliš malá na to, abychom v každém směru skutečně narazili na nějaký svítící objekt.

Je tu ale ještě další paradox. Právě velký třesk, který, jak jsme ukázali, má na svědomí temnou oblohu, by zároveň měl být důvodem, proč bychom z doby krátce po velkém třesku, tedy přibližně 13,8 miliardy světelných let daleko, měli vidět světlé pozadí. V době oddělení záření od hmoty měl totiž vesmír teplotu asi 3 000 Kelvinů, čili významně zářil i viditelným světlem.

Do děje totiž vstupuje ještě další jev, který dále „ořezává“ pozorovatelný vesmír, a sice takzvaný rudý posuv. Jak známo, pokud se vůči pozorovateli pohybuje zdroj vlnění, mění se i jeho vnímaná frekvence. Tento fenomén je znám jako Dopplerův jev a nejčastěji se ilustruje na příkladu projíždějící sanitky, kdy při přibližování vnímáme zvuk sirény jako vyšší, tedy s vyšší frekvencí a naopak při vzdalování jako hlubší, tedy s nižší frekvencí, přestože sanitka houká stále stejně. To samé se děje s velmi vzdálenými objekty, které se od nás zákonitě kvůli rozpínání vesmíru vzdalují, což se projevuje prodloužením vlnové délky jejich světla. Nejdříve je vidět posun světla k červené barvě (odtud název „rudý posuv“), nicméně při opravdu velkých vzdálenostech dochází k posunu dominantní části světla až do infračervené, nebo i mikrovlnné části spektra, tedy mimo viditelnou oblast. To znamená, že tyto objekty také očima nespatříme. A to je právě případ reliktního záření, zmíněného světlého pozadí z doby krátce po velkém třesku, které bylo vlivem Dopplerova jevu posunuto až do oblasti mikrovln, čili jej můžeme pozorovat jen senzory, které snímají příslušné vlnové délky.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Cfa.harvard.edu - Paul S. Wesson, Proč je obloha temná?
[2] Math.ucr.edu - Heinrich Olbers
[3] Deepastronomy.com - Proč je obloha v noci temná?
[4] Curious Astronomy - Zajímavosti z astronomie
[5] Physics.org - Je-li tam tolik hvězd, proč je obloha tmavá?

Převzato: Hvězdárna a planetárium Plzeň

Další události komentovány na www.astro.cz
Publikováno s laskavým svolením České astronomické společnosti.