육안으로 먼 은하를 볼 수없는 이유는 무엇입니까?

빛이 계속 직선으로 진행된다면 왜 육안으로 먼 은하를 볼 수 없습니까? 확실히 당신이 충분히 오래 쳐다 본다면, 그들로부터의 빛이 결국 당신의 눈에 닿을 것입니까? 이것이 바보 같은 질문이라면 사과드립니다 :)

확실히 당신이 충분히 오래 쳐다 본다면, 그들로부터의 빛이 결국 당신의 눈에 닿을 것입니까?

오랜 시간 동안 빛을 모으는 것은 망원경이 매우 희미한 물체를 보는 방법입니다. 인간 시각 시스템은 그런 식으로 작동하지 않습니다.

우선, 당신이 무언가를 쳐다보고 있다고 생각하더라도 눈은 여전히 ​​약간 춤을 추고 있습니다. 안구 미세 진동이라고하는 내장 반응입니다. 이러한 미세 진동은 비전 시스템을 기능적으로 만드는 데 필수적인 부분 인 것으로 보입니다.

다른 한편으로는, 당신의 눈은 임의의 오랜 시간 동안 (사진 망원경이 할 수있는 방식으로) 빛을 수집하지 않으며 수집 할 수 없습니다. 눈과 뇌로가는 엄청난 양의 신호 처리가 있습니다. 이 신호 처리는 짧은 시간 동안 수집되는 빛에 따라 다릅니다.

우리의 비전 시스템은 조명이 밝은 환경에서 음식, 친구 및 위험을 보도록 진화했습니다. 우리는 넓은 일광에서 움직임을 보는 데 매우 능숙합니다. 우리는 정지 된 물체를 보는 데 능숙하지 않으며, 매우 어두운 하늘 아래에서 거의 보이지 않는 소스를 보는 것에 능숙하지 않습니다.

육안 천문학은 인간 비전 시스템의 특성에 의해 제한됩니다. 우리가 볼 수있는 가장 먼 물체는 Triangulum Galaxy이며, 이것은 매우 어둡고 매우 맑은 하늘에서만 가능합니다.

전혀 멍청한 질문은 아니지만 실제로 육안으로 먼 은하를 볼 수 있습니다 . 가장 가까운 이웃 은하 인 안드로메다 은하 (Andromeda Galaxy)는 북반구에서 볼 수있는 곳을 알면 눈에 잘 띄고 어두운 곳입니다. 남반구에서는 작고 큰 마젤란 구름이라 불리는 작지만 더 가까우며 불규칙한 2 개의 은하가 보인다.

더 먼 은하계가 보이지 않는 이유는 역 제곱 법칙 때문입니다 . 빛 입자 (광자)가 은하계 (또는 다른 광원)에서 물러나면서 점점 증가하는 표면에 분포합니다. 즉, 주어진 영역의 탐지기 (예 : 눈)가 은하에서 멀어 질수록 광자가 덜 잡히게됩니다. 법은 평균 시간 간격 Δt에서 거리 D에서 8 광자를 감지하면 같은 시간 간격으로 거리 2D에서 8/2 ² = 2 광자를 검출 할 것이라고 말합니다 . 4D 거리에서 8/4 ² = 0.5 광자를 감지 합니다. 또는 단일 광자를 감지하는 데 두 배의 시간이 필요합니다.

결론은 원칙적으로 매우 먼 은하를 볼 수 있지만 광자가 너무 적고 너무 드물게 도착하여 눈이 충분하지 않다는 것입니다. 망원경의 장점은 1) 눈보다 넓은 영역을 가지고 있으며 2) 눈 대신 카메라를 초점에두고 노출 시간이 큰 사진을 촬영할 수 있다는 것입니다. 즉, Δt를 높이는 것입니다.

당신의 추론은 은하뿐만 아니라 우주에서 빛나는 별과 다른 것들에도 유효 할 것입니다. 그러나 빛을 흡수하는 중요한 영향이 있습니다.

은하계와 성간 매체는 먼지와 가스로 채워져있어 멀리있는 물체에서 빛을 흡수하고 산란시킵니다. 특히 우리 은하의 비행기에는 여전히 많은 가스와 먼지가 있습니다 (Milky Way는 비교적 어린 은하입니다). 먼저 먼 물체를보기 위해 가능 하면 망원경을 Lockman Hole 쪽으로 향하려고 합니다.

이것은 저주파 조명에 특히 유효합니다. 높은 에너지에서 표준 흡수 물질 양으로부터 X- 선 및 감마선의 산란 및 흡수는 무시할 수 있습니다 (더 멀리 볼수록 물체가 젊을수록 먼지와 가스는 여전히 별에 갇혀 있지 않습니다.)

또한 "어두운 하늘"을 설명하기 위해 우주가 확장되고 있음을 나타내는 Olbers의 역설을 고려하십시오 .

1. 소수의 광자-작은 눈동자가 있습니다. 작은 눈동자와 교차 할 수있는 경로를 따라 그 거리만큼 멀리 여행하는 광자 만이 보일 수 있습니다. 그리고 당신의 망막에 도달하는 일부 광자 만이 실제로 도착을 기록하는 분자와 상호 작용합니다.

2. 간섭-대기의 분자, 대기의 먼지, 눈의 반사 / 굴절 및 눈, 태양계의 먼지, 오트 운, 은하계의 성간 먼지, 은하계 공간의 먼지, 경로에서, 모든 광자는 소수의 광자를 흡수하여 다른 방향으로 다시 방출 할 수 있습니다.

3. 안정성-특히 허블과 같은 망원경은 실제로 눈과 비교할 수 있습니다. 눈은 끊임없이 작은 변화를 만들뿐만 아니라 숨을 쉬고 심장 박동과 다른 것들로 인해 매우 희미한 이미지가 형성되지 않습니다.

4. 노출-최초의 허블 딥 필드 이미지는 약 100 시간의 노출에 걸쳐 수집되었습니다 . 당신은 당신의 눈으로 어려운 것을 찾을 수 있습니다.

5. 유지-노출 시간은 광자가 기록 표면에 닿은 위치에 대해 얼마나 많은 '데이터'가 유지되는지에 영향을줍니다. 당신의 눈은 1 분 전에 수용체에 등록 된 광자가 기억되지 않을 것입니다. 당신의 눈은 '정지 사진'에 전혀 좋지 않습니다.

6. 가벼운 오염 / 범용 확장-우주는 수십억 년 동안 확장되어 왔습니다. 그것이 팽창함에 따라, 공간을 통해 전파되는 광은 가시 광선 스펙트럼의 적색 끝으로 더 '늘어납니다'. 먼 은하의 경우, 이것은 사실상 가시 광선이 여기에 도달 할 때 적외선과 보이지 않는만큼 멀리 이동했음을 의미합니다. 자, 자외선도 바뀌면서 일부는 '가시적'이되었습니다. 그러나 대기권에 도달하면 흩어진 '빛 공해'효과와 혼합되기 시작합니다. 어떤 소스에서 어떤 광자가 나오는지 추적하는 데는 눈이 전혀 좋지 않습니다.

다른 요인이있을 수 있지만 문제가 얼마나 큰지를 나타내는 데 충분할 수도 있습니다. 초기 100 시간의 허블 이미지는 천문학 자에게는 큰 놀라움이었습니다. 이전에 사용 가능한 대형 집광 망원경으로도 유용한 데이터에 충분한 빛을 얻을 수 없었습니다. 그 이전의 장비는 당신보다 훨씬 더 큰 눈동자, 더 민감한 영상 표면을 가지고 있었고 당신보다 훨씬 더 오래 앉아있을 수있었습니다. 먼 은하계에는 여전히 어려움이있었습니다.

눈꺼풀을 초 동안 열어 둘 수 있다고해서 초 동안 빛을 모아서 뇌에 단일 이미지를 형성 한다는 의미는 아닙니다 . 사진을 어떻게 "저장"하시겠습니까? 빛 수집을 종료 할 시점을 어떻게 결정 하시겠습니까? 당신은 물론 당신이 단순히 뇌의 셔터 릴리즈에서 손가락을 들어 올릴 수 없다는 것을 알고 있습니다!$x$$x$

그리고 그것은 다른 답변에서 설명 된 다른 모든 요소의 상단에 있습니다 (그러나 나는 다른 답변보다이 특정 요점을 조금 더 설명하고 싶었습니다).

나는 당신의 질문이 "Obler 's paradox"로 알려진 것의 재구성이라고 생각합니다. 즉, 우주가 무한하다면 왜 밤하늘이 하 얗지 않은가? 무한한 별이 될 것입니다.

이것에 대한 답은 (a) 우주가 무한하지 않거나 (b) 우주가 영원히 여기에 없었기 때문에 그것이 무한하더라도 아주 멀리있는 빛은 아직 우리에게 닿지 않습니다.

사례 (b)는 일반적으로 받아 들여진다. 즉, 우주는 "빅뱅"에서 유한 한 시간 전에 시작되었다. (a) 논쟁의 여지가있다.

인간은 단일 광자를 볼 수 있습니까?

인간의 눈은 매우 민감하지만 단일 광자를 볼 수 있습니까? 답은 망막의 센서가 단일 광자에 반응한다는 것입니다. 그러나, 신경 필터는 적어도 약 5 내지 9가 100ms 미만 내에 ​​도달 할 때 신호가 뇌로 전달되어 의식적인 반응을 유발할 수있게한다. 우리가 의식적으로 단일 광자를 볼 수 있다면 매우 낮은 조명에서 너무 많은 시각적 "노이즈"를 경험하게되므로이 필터는 약점이 아니라 필요한 적응입니다.

이 논문에 따르면 http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html

이것이 먼 은하에서 항상 가능한 것은 아니기 때문에 먼 은하를 볼 수는 없습니다.

이 질문의 핵심은 이미 대답되었지만, 여전히 매우 밝은 은하 M81을 육안으로 관찰하는 것이 얼마나 어려운지를 설명하는 것은 여전히 ​​흥미 롭습니다. 천문학 자 브라이언 스키 프는 이 은하의 자신의 성공적인 육안 관찰의 계정 제공 여기를 .

이제, 주어진 밝기의 은하들은 확장 된 성질로 인해 동일한 밝기의 별들보다 발견하기가 더 어렵습니다. 하늘이 충분히 어두우면 별 8의 희미한 별을 볼 수 있지만 여전히 크기 7의 강도를 가진 M81을 발견하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 약간 다른 방향에서.

또한, 은하계가 사라지도록 하늘을 작은 회색으로 만들기 위해 아주 적은 양의 빛 오염 만 필요하며, 희미한 별의 가시성은 본질적으로 영향을받지 않습니다. 이것은 별의 경우 하늘에서의 위치의 함수로서의 강모는 매우 강하고 좁은 피크를 갖는 반면, 은하의 경우 확장 된 성질로 인해 큰 피크를 나타내지 않기 때문이다. 통합 된 밝기는 두 경우 모두 동일 할 수 있지만, 은하를 보이지 않게하는 데 필요한 배경 조명의 양은 별에 필요한 것보다 훨씬 적습니다.