Visst om du stirrade tillräckligt länge skulle ljuset från dem så småningom slå ditt öga?

Att samla ljus under en lång tidsperiod är hur teleskop kan se mycket svaga föremål . Det mänskliga visuella systemet fungerar inte så.

För det första, även när du tror att du stirrar på något, dansar dina ögon fortfarande lite. Det är ett inbyggt svar som kallas okulära mikrotemorer. Dessa mikrotemorer verkar vara en väsentlig del av att göra synsystemet funktionellt.

För ett annat kan ditt öga inte samla in ljus under godtyckligt långa tidsperioder (som ett fotografiskt teleskop kan). Det finns en enorm mängd signalbehandling som händer i ögat och på vägen till hjärnan. Denna signalbehandling beror på att ljus samlas in under korta tidsperioder.

Vårt visionssystem utvecklades för att se mat, vänner och faror under väl upplysta förhållanden. Vi är mycket bra på att se rörelse i dagsljus. Vi är inte så bra på att se stillastående föremål, och vi är inte alls bra på att se knappt synliga källor under mycket mörka himlen.

Astronomi med blotta ögat är begränsat av det mänskliga synsystemets natur. Det mest avlägsna objektet vi kan se är Triangulum Galaxy, och det är bara under förhållanden med extremt mörk och extremt klar himmel.

Inte alls en dum fråga, men faktiskt kan du se avlägsna galaxer med blotta ögat. Från den norra halvklotet är Andromedagalaxen, vår största angränsande galax, synlig om du vet var du ska leta och ligger på en ganska mörk plats. Från södra halvklotet är de två mindre, men närmare, oregelbundna galaxerna som kallas små och stora magellanska moln synliga.

Anledningen till att avlägsna galaxer inte är synliga beror på inversen- kvadratisk lag: När ljuspartiklarna (fotonerna) avtar från galaxen (eller någon annan ljuskälla) fördelas de över en ständigt ökande yta. Det betyder att en detektor (t.ex. ditt öga) i ett visst område kommer att fånga mindre fotoner, ju längre den placeras från galaxen. Lagen säger att om det i ett tidsintervall Δt i genomsnitt detekterar, säg 8 fotoner på ett avstånd D, kommer det i samma tidsintervall, på ett avstånd 2D att detektera 8/2 ² = 2 fotoner. På ett avstånd av 4D detekterar den 8/4 ² = 0,5 fotoner. Eller på motsvarande sätt kommer det att behöva dubbelt så mycket tid för att detektera en enda foton. ditt öga är inte en tillräckligt bra detektor. Fördelen med ett teleskop är att 1) ​​det har ett större område än ditt öga, och 2) att du kan placera en kamera vid sin fokuspunkt istället för ditt öga och ta en bild med en stor exponeringstid, dvs. öka Δt.

Ditt resonemang skulle gälla inte bara för galaxer, utan också för stjärnor och allt det lyser i universum, men det finns en viktig effekt som ogiltigförklarar den: absorption av ljus.

Intergalaktiskt och interstellärt medium är fylld med damm och gas, vilket bidrar till att absorbera och sprida ljuset från avlägsna föremål. Speciellt på planet för vår galax har vi fortfarande gott om gas och damm (Vintergatan är en relativt ung galax): verkligen att titta på avlägsna objekt försöker vi orientera våra teleskop mot Lockman Hole närhelst det är möjligt.

Detta gäller särskilt för ljus med låga frekvenser: vid högre energier, spridning och absorption av X -strålning och gammastrålning från standardmängden absorberande material är försumbar (även om ju mer avlägsen man tittar på, desto yngre föremål, desto mer är damm och gas tillgänglig som fortfarande inte är låst i stjärnor).

Tänk också på Olbers paradox, vilket indikerar att ett expanderande universum ska överensstämma med ount för den "mörka himlen".

1. Få fotoner - Du har små pupiller. Endast fotoner som lyckas resa så långt över så mycket avstånd längs en stig som lyckas korsa sig med dina små pupiller har en chans att bli synlig. Och bara vissa fotoner som når din näthinna interagerar faktiskt med molekyler som registrerar deras ankomst.

2. Interferens - Atmosfärens molekyler, damm i atmosfären, reflektion / brytning av och i ditt öga, damm i solsystemet, Oortmolnet, interstellärt damm i vår galax, damm i det intergalaktiska utrymmet, vilken molekyl som helst längs vägen, alla kan absorbera några av de få fotonerna och återutsända dem i en annan riktning .

3. Stabilitet - Teleskop, särskilt som Hubble, kan vara riktigt, riktigt stilla jämfört med dina ögon. Inte bara gör dina ögon ständigt små förskjutningar, men du andas och ditt hjärta slår och andra saker håller mycket svaga bilder från att kunna bildas.

4. Exponering - Det allra första Hubble Deep Field-bilden samlades in under cirka 100 timmars exponering. Du kanske tycker att det är svårt med dina ögon.

5. Retention - Exponeringstid påverkar hur mycket "data" som finns kvar där fotoner har träffat inspelningsytan. Dina ögon kommer inte ihåg att en foton registrerades vid en receptor även en minut tidigare. Dina ögon är inte alls bra för "stillfotografering".

6. Ljusföroreningar / universell expansion - Universum har expanderat i miljarder år. När det expanderar sträcker sig ljus som sprids genom rymden mer till den synliga spektrumets röda ände. För avlägsna galaxer betyder detta effektivt att det synliga ljuset från dem har skiftat tillräckligt långt för att vara infrarött och osynligt när det kommer hit. Nu skulle också ultraviolett ljus skifta, en del av det skulle bli "synligt". Men det börjar sedan blandas med alla spridda '' ljusföroreningar '' - effekter när det kommer till vår atmosfär. Dina ögon är inte alls bra för att hålla reda på vilka fotoner som kommer från vilka källor.

Det finns förmodligen andra faktorer, men kanske är det mer än tillräckligt för att indikera hur stort problemet är. Observera att den tidiga 100-timmars Hubble-bilden var en stor överraskning för astronomer. Även med de stora ljusuppsamlande teleskop som tidigare fanns, kunde de inte få tillräckligt med ljus för användbar data. Att tidigare utrustning hade mycket större pupiller än din, känsligare bildytor och kunde "sitta stilla" mycket längre än du; och det hade fortfarande svårigheter med avlägsna galaxer.

Bara för att du kan hålla ögonlocken öppna i $ x $ sekunder betyder inte att du samlar ljus i $ x $ sekunder och använder det för att bilda en enda bild i din hjärna. Hur skulle du "spara" fotot? Hur skulle du bestämma när du ska avsluta ljussamlingen? Du vet lika bra som jag att du inte bara kan lyfta fingret från hjärnans avtryckare!

Och det är utöver alla andra faktorer som förklaras i andra svar (men jag ville prata om detta särskild punkt lite längre än de andra svaren.).

Jag tror att din fråga är en omformulering av vad som kallas "Oblers paradox" - nämligen om universum är oändligt varför är natthimlen inte vit, förr eller senare träffar vår siktlinje en stjärna, och även om det är mycket långt borta skulle det finnas oändliga stjärnor där ute.

Svaret på detta är antingen (a) Universum är inte oändligt eller (b) Universum har inte varit här för alltid, så även om det är oändligt , ljus från mycket långt borta kommer ännu inte att nå oss.

Fall (b) är allmänt accepterat - dvs. universum började för en begränsad tid sedan i "big bang" - även om (a) är omtvistat - dvs. det kan hända att universum inte är oändligt i alla fall.

Kan en människa se en enda foton?

Det mänskliga ögat är väldigt känsligt men kan vi se en enda foton? Svaret är att sensorerna i näthinnan svarar på en enda foton. Neurala filter tillåter dock endast en signal att passera till hjärnan för att utlösa ett medvetet svar när minst cirka fem till nio anländer inom mindre än 100 ms. Om vi ​​medvetet kunde se enstaka fotoner skulle vi uppleva för mycket visuellt "brus" i mycket svagt ljus, så detta filter är en nödvändig anpassning, inte en svaghet.

Enligt detta papper http: / /math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html

Eftersom detta inte alltid är möjligt för avlägsna galaxer kan vi inte se avlägsna galaxer.

Frågan har redan besvarats, men det är fortfarande intressant att illustrera hur svårt det är att göra blotta ögat observationer av en extremt ljusstark närliggande galax M81. Astronomen Brian Skiff redogör för sin framgångsrika blotta ögonobservation av denna galax här.

Nu är galaxer med en viss ljusstyrka svårare att plats än stjärnor med samma ljusstyrka på grund av deras utsträckta natur. Om himlen är tillräckligt mörk, kan du se stjärnor som är svaga som magnitude 8, men du kommer fortfarande att kämpa för att upptäcka M81 som har en ljusstyrka 7. Magnitude 7 är en konstgjord figur som erhålls genom att lägga samman ljuset som kommer från lite olika riktningar.

Dessutom behöver du bara mycket liten ljusförorening för att få himlen att backgound bara en liten bit grå för att få galaxen att försvinna från syn, medan synligheten för svaga stjärnor förblir väsentligen opåverkad . Detta beror på att ljusheten som en funktion av positionen på himlen i fallet med en stjärna har en mycket stark och smal topp medan i fallet för en galax, på grund av dess utsträckta natur, inte visar en stor topp. Den integrerade ljusstyrkan kan vara densamma för båda fallen, men mängden bakgrundsljus som du behöver för att göra galaxen osynlig är uppenbarligen mycket mindre än vad du behöver för stjärnan.