Miks on öötaevas pime, kui universum laieneb igaveseks ja kui see on tähti täis? See on küsimus, mille on filosoofid ja teadlased küsinud juba antiikajast peale. Nii nagu vaatleja näeb metsas seistes puid igas suunas, peaks iga vaateväli lõpmatus universumis lõppema tähe vilksamisega. Lõpptulemuseks peaks olema taevase valgusega taevalaotus. Öine taevas ei peaks mitte ainult olema nii hele, kui mitte heledam kui päeva jooksul, kuid kõigi nende päikeste kuumus peaks olema piisav, et Maa ookeanid ära keeta! Seetõttu peaks selle artikliga kaasnenud silmatorkaval pildil kujutatud tähistaevast ilmuma tähtede puudumine, kui seda vaadata ülalpool kosmosesse.
Edgar Allen Poe mõtiskles selle mõistatuse üle oma 1850. aasta teoses “Sõnade jõud”. Ta nimetas taevavalguse kiirgatud kombineeritud valgustust „Universumi kuldseinteks”. Näiteks näeb vaatleja metsas puude ekraani, kuna mets jätkub kaugemale, kui selle taustpiirang on - keskmine vahemaa, mille jooksul puu katkestab vaatejoone. Sarnaselt peaksid tähtedega täidetud lõputu universumi mis tahes punktist lähestikku olevad tähed kattuma kaugemal asuvate tähtedega, kuni vaate iga ruutsentimeeter on täidetud kauge Päikese valgusega.
Austraalia astronoomide 2003. aasta uuringu põhjal on praeguste hinnangute kohaselt tähtede arv Universumis 70 sekstillioni (70 000 miljonit miljonit miljonit). See on kümme korda suurem liivaterade arvust kõigis Maa randades ja kõrbetes ning kindlasti on see enam kui piisav, et täita kogu taevas tähevalgusega!
Kuid öine taevas pole Universumi valguses kuigi kiire, nii et varased teoreetikud spekuleerisid, et kas tähtede arv on piiratud või nende valgus kuidagi Maale ei jõua. Tähtedevahelise tolmu avastamisel arvasid mõned, et põhjus on leitud. Kuid arvutused näitasid kiiresti, et kui tolmuosakesed neelaksid kogu puuduva tähevalguse, hakkaksid tolmuosakesed ise hõõguma.
Lõpuks selgitati vastust Albert Einsteini relatiivsusteooria mõjutustega.
Kusagil kümme kuni kakskümmend miljardit aastat tagasi moodustas Universumi sündmus nimega Suur Pauk. Miks see juhtus ja mis sellele eelnes, jääb kõige sügavamaks saladuseks, kuid see, et see toimus nüüd, tundub enamiku teadusringkondade jaoks üsna ümberlükkamatu. Kõik mateeria ja energia - põhimõtteliselt kõik, mis kunagi oli, on või saab olla - piirdus kontsentreeritud, kujuteldamatult tiheda olekuga. Huvitaval kombel ei tundunud, nagu oleks Universumis kõik pigistatud mingisse kohta, mida ümbritseb tühjaga täidetud ruum. Tegelikult see oli universum - kogu asi, energia ja kogu ruumi, mille nad täidavad. Selle välimine suurus ei olnud oluline, kuna sellel polnud välimist pinda; väljaspool seda ei eksisteerinud midagi - see kehtib ka tänapäeval.
Siis, endiselt vaieldavatel põhjustel, hakkas see Universumi tuum laienema ülikiire kiirusega, justkui oleks ta plahvatuse kogenud. See laienemine pole kunagi lõppenud, tegelikult on selle kiirus aja jooksul tõusnud! Meie arutelu punktiks on tõsiasi, et algas universum piiratud ajahetkel.
Relatiivsusteooria teine tähendus aitab selgitada ka meie pimedat öötaeva. Valgus liigub piiritletud kiirusega. Kuid see liigub nii kiiresti, et kiirus väljendub ühe aasta jooksul läbitud vahemaas. Seda nimetatakse valgusaastaks ja sel ajal läbib valgus 9,46 triljonit (9,46–1012) kilomeetrit ehk 5,88 triljonit (5,88 - 1012) miili.
Ruum ja aeg on omavahel seotud. Me ei saa vaadata kosmosesse ilma ajas tagasi vaatamata. Kosmos on tohutu ja tähtede vaheline erinevus on tohutu. Näiteks on tähtede keskmine kaugus mõni valgusaasta. Kuid see on lähedane muudele astronoomiaga mõõdetud pikkustele. Kaugus meie Päikesest meie galaktika keskpunktini on umbes 26 000 valgusaastat ehk 260 triljonit kilomeetrit! Kaugus meie galaktikast, Linnuteest, järgmise lähima galaktikani, mis asub Andromeda tähtkujus, on üle 2 miljoni valgusaasta. See tähendab seda valgust, mida me täna õhtul näeme Suurest Andromeeda galaktikast (M31), mis lahkus Maale, kui sellel planeedil ei olnud tänapäevaseid inimesi ega Homo Sapiensit - ehkki meie evolutsiooniline sugupuu oli hästi paika pandud. Kaugus Maast kõige kaugema objektini - Hubble'i kosmoseteleskoobiga märgatud galaktikani - on umbes kolmteist miljardit valgusaastat. Me näeme seda galaktikat sellisena, nagu see nägi välja enne meie galaktika tekkimist!
Meie öised taevad on mustad ja pimestava valgusega ruumi ei täideta seetõttu, et suurel osal taevast tähttest tuleval valgust pole olnud aega Maale jõuda - paljud on nii kaugel, et neid on lihtsalt tuvastamatu sellel ajal. Seega, kuigi tähtede arv on sisuliselt lõpmatu, on tähtede arv, mida me näeme, piiratud ja see tekitab taevas tumedad lüngad, mida näeme kosmose avarusena.
Samuti on mõned muud tegurid, mis põhjustavad ruumi valgustuseta ilmumist. Näiteks paljud tähed surevad või plahvatavad aja jooksul ja see eemaldab nende panuse universumi valguse hulka. Lisaks vähendab tähevalgust punane nihutamine - nähtus, mis on otseselt seotud Universumi laienemisega. Punane nihutamine sarnaneb Doppleri efektiga, kuna mõlemad hõlmavad kergete lainete venitamist.
Doppleri efekt kirjeldab valgusallika liikumist vaatleja suhtes. Vaatleja poole liikuvast objektist tulev valgus surutakse kõrgemate sageduste ehk valgusspektri sinise otsa poole. Valgus objektist, mis eemaldub, venib madalamate sageduste või punase otsa poole.
Punane nihutamine ei ole midagi pistmist valgusallika liikumisega, vaid pigem kaugusega, millest valgusallikas asub vaatlejast. Kuna ruum laieneb kõigis suundades, liigub väga kaugest allikast tulev valgus üha suurenevasse kaugusesse ja laienev kaugus ise sirutab oma valguse lainepikkusi punase poole. Mida kaugem on galaktika, seda pikemat rada peab Maa jõudmiseks kulgema selle valgus. Kuna ka galaktika ja Maa vaheline kaugus suureneb pidevalt, venitatakse selle valgus spektri punase otsa poole. Nii võib kaugetest galaktikatest pärit valgust punaselt nihutada nähtavast spektrist välja infrapuna või veelgi kaugemale raadiolainete valdkonda. Seetõttu vähendab punane nihutamine ka Maale jõudva nähtava tähevalguse ulatust ja muudab öise taeva tumedamaks.
Selle aruteluga kajastatud pildi produtseeris selle aasta alguses Austraalia Melbourne'i lähedal asuvast eravaatluskeskusest astronoom Brad Moore. See stseen asub Suure Carinae udukogu lähedal ja on tuntud kui NGC 3324. Sellel on ka võtmeaukude udukogu üldnimi ja nii see kui ka Eta Carinae udukogu asuvad Maast umbes 9000 valgusaasta kaugusel Carina lõunaosa tähtkujus. See koosneb noorest heledast tähtede kobarast, millest mõned valgustavad ümbritsevat vesinikurikast udu ja panevad selle särama.
Huvitaval kombel nimetatakse seda ka Gabriela Mistrali udukoguks, kuna see on vaieldamatu sarnasus Tšiili luuletaja Nobeli preemiaga. Vaadake tähelepanelikult ja näete udus tema siluetti.
Selle hämmastava pildi varjundid pole aga tõelised. Nad on määratud esindama ka seda vaadet sisaldava materjali kompositsiooni. Hapnik on tähistatud punasega, roheline tähistab vesiniku olemasolu ja väävlit on kujutatud sinise tooniga. See pilt nõudis 36-tunnist säritust läbi 12,5-tollise Ritchey-Chretien Cassegraini teleskoobi ja 3,5-megapikslise astronoomilise kaamera.
Kas teil on fotosid, mida soovite jagada? Postitage need kosmoseajakirja astrofotograafia foorumisse või saatke neile meilisõnum ja me võime seda avaldada ka ajakirjas Space Magazine.
Kirjutas R. Jay GaBany
