Đã bao giờ bạn nhìn lên bầu trời buổi tối và thắc mắc vì sao trời lại tối như vậy? Câu trả lời hóa ra không chỉ liên quan đến Mặt trời.
Trời tối không chỉ vì Trái đất quay lưng về phía Mặt trời…
Khi đọc câu hỏi phía trên, nhiều người sẽ trả lời: buổi tối thì Mặt trời quay qua phía bên kia địa cầu rồi, làm gì có ánh sáng mà không tối. Thực tế là ở nhiều hành tinh, khi nhìn lên trên thì trời luôn tối dù đang quay về phía Mặt trời.
Bầu trời ở Trái đất sáng lên vào ban ngày là do có tầng khí quyển. Ở những nơi khác, như Mặt trăng, Mặt trời sáng nhưng không gian xung quanh vẫn tối
Ánh sáng từ Mặt trời không phải nguyên nhân duy nhất khiến cho bầu trời của Trái đất sáng đều vào ban ngay. Ánh sáng đó khi tới tầng khí quyển của Trái đất sẽ được khuếch tán và tạo thành ánh sáng ban ngày. Ở những hành tinh có tầng khí quyển khác đi, kể cả khi bạn có thể nhìn về phía Mặt trời thì bạn cũng chỉ thấy một hành tinh sáng lên đơn lẻ chứ không sáng đều như ở Trái đất.
Vũ trụ là vô hạn, và bất kỳ bạn nhìn về hướng nào thì cũng có một thiên thể
Như vậy, câu hỏi này có thể sửa lại thành vì sao không gian lại tối như vậy.
Vậy tại sao bầu trời đêm lại không sáng như ban ngày?
Hiểu biết phổ thông hiện nay là vũ trụ là một khoảng không vô hạn, với vô số thiên thể. Dù bạn nhìn theo hướng nào, bạn cũng sẽ hướng tầm nhìn tới một thiên thể, và các thiên thể này đều sáng (dù là do nó tự phát sáng hay được thiên thể khác chiếu sáng). Vậy thì đúng ra nhìn về phía nào bạn cũng phải thấy trời sáng chứ, tại sao bầu trời lại tối?
Nguyên nhân thứ nhất là có thể ở hướng bạn nhìn về thì ánh sáng chưa "kịp" đến
Có hai nguyên nhân để lý giải cho điều này, liên quan chặt chẽ đến không gian và thời gian. Nguyên nhân thứ nhất là ánh sáng từ các ngôi sao chưa "kịp" đến với Trái đất để ta quan sát. Dù ánh sáng có tốc độ cực kì nhanh, khi so với những khoảng cách rất dài trên vũ trụ thì ánh sáng có thể phải mất rất nhiều năm mới tới Trái đất.
Do vậy khi nhìn vào một ngôi sao, thực tế là bạn đang thấy trạng thái trong quá khứ của nó. Vì là nhìn vào quá khứ và nhiều thiên thể cũng chỉ tồn tại một thời gian nên không phải hướng nào bạn nhìn vào cũng tồn tại một ngôi sao.
Vũ trụ ngày càng giãn nở, và các ngôi sao liên tục di chuyển ra xa chúng ta hơn
Nguyên nhân thứ hai là vì vũ trụ vẫn liên tục giãn nở, và khoảng cách giữa các thiên hà ngày càng xa nhau ra. Do các thiên thể vẫn đang liên tục di chuyển xa ra, ánh sáng và tất cả các sóng phát ra từ thiên thể này hướng về phía Trái đất sẽ gặp một hiện tượng gọi là hiệu ứng Doppler: tần số của sóng thay đổi khi có sự di chuyển.
Điều này tạo nên hiệu ứng Doppler, trong đó tần số sóng ánh sáng ngày càng giảm khi khoảng cách tăng, và do đó ánh sáng rơi vào vùng hồng ngoại, mắt con người không nhìn thấy được
Một ví dụ của hiện tượng này là khi bạn đi trên đường và thấy xe cứu hỏa hoặc cứu thương đi về phía mình. Âm thanh phát ra từ còi hú sẽ liên tục thay đổi khi xe từ xa đi về gần phía bạn, sau đó lại tiếp tục thay đổi khi xe đi ra xa. Ánh sáng cũng vậy, khi các thiên thể di chuyển đi xa thì tần số ánh sáng từ chúng sẽ ngày càng thấp, cho tới khi ra khỏi vùng quang phổ nhìn thấy được của con người và trở thành tia hồng ngoại. Con người không thể nhìn thấy tia hồng ngoại bằng mắt thường mà phải dùng các loại máy đặc biệt. Những bức ảnh chụp từ đài quan sát hoặc vệ tinh cũng phải dùng máy để bắt được tia hồng ngoại.
Nếu như vũ trụ của chúng ta nhỏ hơn và hoàn toàn không giãn nở ra thì bầu trời ban đêm vẫn sẽ sáng bừng. Nhưng vì vũ trụ quá rộng và ngày càng nở ra, ánh sáng từ các thiên thể hầu hết đều ở vùng hồng ngoại nên chúng ta không nhìn thấy được. Do vậy bầu trời đêm mới tối.
