Lysets opførsel, hvorfor giver stjernerne ikke mere lys om natten?. – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Lysets opførsel, hvorf...

19. december 2015

Lysets opførsel, hvorfor giver stjernerne ikke mere lys om natten?.

Hej Spørg om Fysik
Jeg har et par spørgsmål der nager mig utroligt meget, da jeg ikke kan finde information om det på internettet. Det handler om lysets opførsel.

 Hvad jeg er med på:

  • Lys som bølger
  • Lys som stråler
  • Refraction/Absorbtion
  • Reflection 

Men når man kigger på en lommelygte f.eks., så ser man tyk lysstråle der går ligeud. Men kigger jeg på lyset fra siden, kan jeg stadig se det. Det vil sige at selvom lysstrålen peger en vej, må der være noget der gør, at jeg stadig kan se strålen fra andre vinkler.

Mit spørgsmål i forhold til ovenstående problemstilling er altså:
Lyset i lommelygten har en klar bane i form af en stråle. Hvad er det der gør, at jeg kan se strålen på afstand fra andre vinkler? Hvad er det der bevæger sig hen til mig, der gør, at jeg kan se strålen uden at den peger mod mig? Fungerer solen i forbindelse med dette spørgsmål som en kæmpe lommelygte der sender stråler ud til alle sider?

Et andet spørgsmål:
Når man kigger op på stjernehimlen, så ser man blot et minimalt udsnit af hvor mange stjerne der egentlig er. Disse stjerner opfanger vi som lys på himlen. Jeg er med på, at vores øjne har en grænse for hvor langt væk det kan opfange lys. Men hvis lyset er en konstant, og ikke har brug for et medium for at bevæge sig, burde vi så ikke blive bombaderet med lys, og vores nattehimmel ville være lyst HELT op?

Min egen tanke til dette er, at lyset fra visse stjerner ikke har nået os endnu, men burde men efter tid så ikke kunne se flere og flere stjerner på himlen da der er så mange stjerner i universet?

Tusind tak for at have læst mine spørgsmål! Jeg ville blive stjerneglad (hehe) hvis i ville besvare dem :)

Med venlig hilsen
JP

Lysets opførsel, hvorfor giver stjernerne ikke mere lys om natten?.

Lyset har bølgenatur. Den måde man kan lave lysstråler med mindst mulig spredning, er fra en række LASER typer. Man kan vise:

Ɵ=λ/(π*w0)

Hvor Ɵ er strålens åbningsvinkel, λ er bølgelængden og w0 er radius af Laserstrålen,

Luftværnsprojektører, bemærk stråletykkelsens ændring

hvor den har mindst diameter. Vil man altså have en stråle der spreder sig meget lidt, skal man vælge en stor diameter og en kort bølgelængde. Da man skulle bruge NASA reflektorerne på månen til præcis afstandsmåling, sendte man LASERstrålen igennem et astronomisk teleskop, så det fik stor diameter. På månen er diameteren så kun ca. 6 km, det var også nødvendigt af en anden grund, fordi man ikke kunne se reflektorerne fra jorden, så der måtte en vis diameter til for at ramme. Lysstrålen fra din lygte går altså ikke ligeud efter et par linealer, men spredes lidt. Vi ved også, at lyser vi på en væg 50 m borte med en lygte og søger at stille lygten, så lyspletten er mindst mulig, er pletten meget større end lygteglasset.

Grunden til, at man kan se en lysstråle fra siden, er ikke denne spredning. Det er fordi lyset rammer støv, røgpartikler, dugdråber mm i luften og spredes til alle sider. Lysstyrken aftager altså med afstanden både fordi diameteren bliver større og større, men også fordi der hele tiden spredes lys ud til alle sider. Den effekt vil man ikke kunne se, hvis man har en lysstråle i en glasklokke med vakuum eller i rummet udenfor jorden.

Solens stråler kommer ikke som en lysstråle som fra en lommelygte. Lyset fra solen

Vores aktive sol

kommer i hovedsagen fra overfladen, temperaturen er ca. 5780 K. Der er imidlertid også nogen stråling fra de glødende gasser udenom solen (Koronaen). Fra punkter på overfladen sendes lysstråler i alle retninger væk fra solen. Solen sender altså principielt ens lysmængder i alle retninger. Det passer ikke helt, for der er en række fænomener i solens overflade såvel koldere områder, som typer af ”soludbrud”. Først de negative solpletter, områder

Solpletter, som er koldere end omgivelserne

der er koldere end omgivelserne. Antal solpletter varierer i en 11 årig cyklus, det gør så strålingen også til en vis grad. Soludbrud (som er varme) og udkast af solmasse i forbindelse med solpletter bevirker ændringer af lysmængden. I det store og hele lyser solen, som det man kalder lyset fra et absolut sort legeme, se blandt flere andre svar: http://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/fysik/stefan-boltzmanns_lov/ .

Den sidste del af spørgsmålet med, hvorfor stjernelyset ikke er kraftigere, er klassisk og kaldes Olbers' paradoks fremsat af den tyske astronom Heinrich Wilhelm Matthias Olbers (D , 1758 – 1840) i 1826, se også http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/o/olbers_paradoks/. Hvis man tænker sig stjernerne ligeligt fordelt, og hvis al lys når frem til jorden, og da universet er meget gammelt, burde der komme stjernelys fra alle retninger og ensartet, altså hele himlen ville være oplyst med stjerner alle steder. Det er jo ikke lige det, man ser, en klar aften.

Der er flere grunde. Der er ikke uendeligt mange stjerner, verdensrummet udvider sig se f.eks.http://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/astrofysik/universets_alder/ Vi kan altså som de fjerneste objekter kun se så langt ud i rummet, som den tid universet har eksisteret dvs. 13,8 milliarder år eller altså 13,8 milliarder lysår. Der kommer ikke lys fra objekter, hvis der skulle eksistere nogen der er fjernere, og hvor lyset kunne nå os, det er der i øvrigt ikke efter gældende teorier.

Hydrogens fordeling i mælkevejen målt ud fra en 21 cm radiolinje (neutralt brint)

Desuden er der enkeltatomer, mest brint (som er kortlagt ved hjælp af en radiolinje brinten udsender, når den bliver passende anslået) op til jern men også højere grundstoffer bare i mindre mængder, i universet. De kan give anledning til at lys spredes, eller de kan optage lyskvanterne og blive anslåede, og så senere udsende en lyskvant i vilkårlig retning. Ligeledes er der støv, som kan hindre lys i at komme frem til os, og endelig er der en del atmosfære omkring stjerner.

Atomer i rummet: her på jorden ved overfladen er der ca. 5*1025 atomer pr. kubikmeter, 400 km længere oppe omkring 1015 atomer pr.

Vor nærmeste nabo Andromeda galaksen

kubikmeter. Ude i det interstellare rum, langt fra en stjerne, er der omkring 1 atom pr. kubikcentimeter eller 1 million pr. kubikmeter. Det lyder ikke af meget men denne gas er omkring 10 % af vor galakses masse. Af støv findes i størrelsesorden 1 støvkorn pr. 100 000 kubikmeter. Det er heller ikke særligt meget. For at få et indtryk af størrelsesorden laver vi en stang der er 1*1 m2, som ender på den nærmeste

Støvskyer i rummet, her sker der dannelse af nye stjerner

nabogalakse Andromeda. Afstanden er 2,5 millioner lysår, et lysår er 2,2*1022 m. Klemmer vi denne lange stang sammen til 1 kubikmeter er der altså ca. 2,2*1028 atomer, det er samlet i 1 kubikmeter svarende til ca. 400 gange atmosfæretryk. Det er altså det lyset skal gå igennem. Der er tilsvarende ca. 1016 støvkorn, så lyset passerer faktisk en del, massen bliver knapt 1 g, efter de vurderinger man har, men støvet spreder lyset forskelligt afhængigt af farve idet det blå spredes mest. Desuden er der en del molekyler bl.a de fleste af de aminosyre vore livsformer er opbygget af.

Vurdering af støvfordelingen i Mælkevejen (fra A&A)

det kan ramme på vejen. Visse steder i universet findes tåger dvs. områder, hvor der er så meget stof, mange atomer, at man ikke kan se igennem det, der stoppes alt lys fra fjernere stjerner altså.

Vi må altså nøjes med en brøkdel af det lys, der udsendes, faktisk kan vi kun uden kikkert se omkring 5-6000 stjerner på en klar nat, hvis vi kunne se til alle sider, nu kan vi kun se en halvkugle, og i reglen er der mindre klart nær horisonten, så ca. 2000 stjerner kan man se, når man kikker op en klar vinternat langt fra byens lys. Det er altså stort set det lys, vi kan bruge, og som når frem til os.  Det afhænger naturligvis også af ens øjnes følsomhed osv. Der er antageligt i alt omkring 7*1022

Stjernehimlen taget med et af teleskoperne i Chile. På billedet er der ca 200 000 galakser

stjerner i de ca. 4*1080 kubikkilometer, det kendte univers størrelse er.

Mvh.

Malte Olsen