分鐘物理 - 夜空為何是黑的？

分鐘物理 - 夜空為何是黑的？
MinutePhysics - Why is it Dark at Night?

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Comment: 作為上一篇《Vsauce，扭吧星際果凍》的延伸。只不過我沒翻，分鐘科學早有強者效勞。好吧......事實是，我有翻。只是不如人，後來羞愧的刪掉了。

連結與補充說明：

造成天空藍、黃昏紅、月全食是血紅色的雷利散射原理 [→en:wiki]

地外星體的天空顏色 [→en:wiki]

清單中並不是每個天體都有探測器登陸過，怎麼知道大氣顏色的呢？我們可以由光譜法遙測該星球大氣成分，其次是取得該系統的恆星光譜（不同生命階段、不同組成的恆星光譜不同像獨一無二的指紋），最後根據雷利繞射的公式，計算該恆星光被散射後的光譜。最後，外星大氣的「顏色」還取決於外星人的視覺受器感覺的是哪些波長的組合，是兩色、三色、還是十六色視覺。

（一些種類Mantis Shrimp－－撒尿蝦，擁有16種波長的視覺受器，我們幾乎無法想像同是地球生物的牠們眼中的世界長怎樣。）

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影片同名的著名佯謬／思想實驗叫做奧柏斯悖論 [→en/ zh:wiki]

邏輯是這樣：假設宇宙是恆定、無窮大、無窮老、恆星均勻分布的，可以由數學推出天空必然被照成白熾。

這是因為光強度隨平方反比而減弱，將宇宙以地球為中心分為同心球殼，每層球殼中含有恆星數的期望值隨距離平方成正比，正比反比相互抵消，得到每一層球殼都貢獻1份相同亮度，而1+1+1+1+...... 發散到無窮大。

后羿表示崩潰。

即使星際間有物質阻擋光也一樣，因為阻擋光的物體吸收光後，假以時日達到輻射熱平衡再放出光，有阻擋物的光度經過無限久會等於沒有阻擋。

所以根據鐵打的邏輯，原假設有誤：要嘛宇宙並非恆定、或不是無限大、或不是無限老、或恆星分布大大偏離均勻。

影片中假定恆星全差不多和太陽一樣亮，其簡化是合理的。

太陽屬於主序星（Main Sequence，[→en:wiki] ）這是指恆星演化過程中的青壯年時期。恆星亮度最主要和質量，和它處於生命中哪個時期有關。

偷懶引用哥白尼原則：「我們地球，或太陽系在宇宙中的地位並沒有特殊之處」。或是說在缺乏觀測值之前我們可以先猜測宇宙中恆星平均質量大概跟太陽質量同一個數量級（1E30 kg）。

於是簡化結論是大部分恆星都跟太陽差不多老、差不多重。

實際證據是所謂的 Hertzsprung-Russell 圖 （赫－羅圖） [→動畫]，這個圖是主序星名稱的由來－－因為我們的太陽就在圖中央附近的窄帶上面。

用這個圖解釋「天文學家到底怎麼研究恆星演化的？」。恆星壽命動輒百億年，而看盡我們人類的天文紀錄也只有區區一萬年啊，哪能知道我們的太陽還能活多少億年，接下來會「氦閃」，把未來地球上的生命全燒光之類的事？

打個比方，外星教授初到地球，發現人類這種主宰物種，但他忙著趕宇宙通告，只能停留一地球年，那他要怎麼知道一個人類個體，長達一百年左右的生命史？

方法說破不值錢，那就是改紀錄全人類的形貌，作最鉅細靡遺的普查，並且把形體相近的放附近，於是從肥到瘦、由高到矮、由老到小（介於35歲與37歲中間，長得與他們相近的是36歲），依序可排出所有年齡層的樣貌。雖然外星教授可能不知道確切數值。

於是一個人口金字塔就成型了，這招：透過觀測量來等價交換觀測時間，是可行的。在恆星，就是如赫羅圖演示的動畫那樣，依照恆星光譜、亮度、體積等排列開來。

之後還有「恆星到底有多老」這問題還得解決，不得不從核反應的詳細機轉－－也就是所謂的恆星物理學－－來建立模型，進而推測出來。[→wiki:恆星演化]