宇宙膨胀远远大于光速,因此人类观测到远方星系的光就会产生红移效应,越远越快离去的星光,就越移出了可见光的波长范围,变得人眼看不见了。因此,我们在宇宙中肉眼看到的光波只是电磁波一小段频段,而大部分频段我们是看不到的,这样恒星的光芒就不可能充斥到整个宇宙了。
恒星距离远了,亮度就大大降低了我们知道,人眼看到的光有光源本身发出的光,如恒星、火光、灯光等;也有物体反射的光,如我们看到除光源以外的一切物体,月亮、人、房子、树木等,都是依靠反射光,我们才能够看到。
在太空,每颗恒星相距的距离太远了,且在广袤的太空,一片真空,几乎没有任何粒子来承载和反射光,因此恒星的光芒根本无法照亮整个空间。
我们地球距离太阳只有1.5亿公里,且地球被大气层包裹,当太阳光来到地球时,受到大气粒子的反射,因此我们才能够看到蓝天白云,背阴处也有亮光;如果在月球上,由于没有大气粒子的反射,太阳照射到的地方就是白辣辣一片耀眼光明,而没有照射到的地方就是一片漆黑(当然月球石块等也会反光到阴影处,只是没有大气粒子和尘埃,就要暗很多)。
其实,太阳的光也照得并不远,如果到了冥王星,距离太阳平均不到60亿公里,只是0.00063光年,在那里看到的太阳就只有星星大小了。虽然也还算亮,但只比满月亮291倍,而在地球上,太阳的亮度是满月的约70万倍。
在1光年距离看太阳的亮度,视星等就只有-2.71等了(视星等是数值越小越亮),地球上看金星最亮时可达-4.6等,看木星最亮时可达-2.9等。也就是说在距离1光年的地方看太阳,就还没有在地球上看金星和木星亮了。如果在远点,到距离太阳最近的恒星4.3光年的南门二处看太阳,太阳视星等就只有0.43等,还没有我们看南门二A星0.01等亮呢。
恒星很稀疏,且空间没有粒子反射,就无法亮起来太空中的恒星有多稀疏呢?我们以银河系为例来计算一下:银河系约20万光年直径,如果用平均5000光年的厚度来计算体积,4000亿颗恒星相互之间平均相隔空间就在约7.32光年。这么稀疏的星空,依靠恒星那点能量是完全无法填满亮光的。
更重要的是,整个太空处于高度真空状态,除了一些尘埃和星云集中的地方,绝大多数空间只有极其微量粒子飘荡,根本无法吸收和反射亮光。而星系之间的间隔就更巨大了,都是以数十万到数百万光年计算,因此这个巨大空间就更真空了。
一般认为,宇宙密度平均每立方米只有1个粒子。这个密度是宇宙中所有粒子加起来(包括所有星系和恒星都化为粒子),与空间的比例计算的。因此宇宙的空旷超乎人的现象。
而在宇宙尘埃集中的地方,我们就能够看到星云的反光,由此望远镜拍下了绚丽多彩奇形怪状的星云,如创生之柱等等(下图)。其实这些星云的密度也很小,每立方厘米只有几十到上百个粒子,而在高度真空的月球表面,粒子也达到每立方厘米上万个呢。