大误 · 理论上最亮的夜空

恭喜题主！您发现了奥伯斯佯谬。

奥伯斯佯谬是由德国天文学家奥伯斯于 1823 年提出，该理论指出若宇宙是稳定，无限且时空平直的，而且有无数平均分布的发光星体，则无论望向天上哪一位置都应该见到一粒星体的表面，星与星之间便不应有黑暗的位置，黑夜时整个天都会是光亮的。

但是该佯谬却和现实中观测到的——夜晚的天空是黑暗的并不符合，于是科学家们便提出对该佯谬的两种解释:

1.宇宙的年龄是有限的

这个解释指出有限速度的光要游遍宇宙的空间本身就是矛盾的，当我们遥望远处的空间，其实就是在回顾历史。最后，我们仍只能观察到有限年龄的宇宙。

2.红移

这个解释指出我们看不到远处的星光，是因为远处恒星因为宇宙膨胀而不断远离我们。因此其发出的光线也不断红移，已经超出了可见光波段到达了红外线乃至微波波段，人眼也就看不到了。

（此前这段宇宙微波背景辐射内容有误，宇宙微波背景辐射是大爆炸时代产生的，在此道歉）

有一些答主提到了宇宙中有障碍物，使宇宙并非透明，远处星光会被宇宙间黑暗的星体，尘埃和气体阻隔，令极远处的光线只可以传播一段有限的距离而不能到达地球。（这也是奥伯斯本人对该佯谬的解释）

然而这并不能解决问题，因为根据热力学第一定律，能量必定守恒，故此中间的阻隔物会变热而开始放出辐射，结果导致天上有均匀的辐射，温度应当等于发光体表面的温度，也即天空和星体一样亮，然而事实上没有观察到这种现象。

参考资料：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A5%A7%E4%BC%AF%E6%96%AF%E4%BD%AF%E8%AC%AC

其实我看到这个题目描述的时候的确有理解到“全球各地的光为什么无法到达黑夜中的空旷平原？”这个意思。

但是转念一想又觉得题主不会这么蠢吧不知道地球是圆的......

所以如果题目的意思是为什么全球各地的光无法到达黑夜中空旷的平原，那么答案就是：

地球是一个近似球体，而光在均匀介质中沿直线传播。

我换一个角度，从实际结果方面回答这个问题，宇宙学关于原理方面的回答大家已经说过了，原因是因为宇宙年龄有限，光速有限，所以我们只能看到可观测宇宙之内的宇宙，而不能看到可观测宇宙之外的宇宙。因此我们从宇宙各处单位时间内接受的光子数目是有限的，如果观测时间内接收不到足够多的光子，自然看着就是黑色的了。

那么对于可观测宇宙，我们具体能够接收到多少光子呢？

熟悉宇宙学的人都知道宇宙微波背景(CMB)，相对应的，还有宇宙红外背景(CIB)，宇宙可见光背景(COB)……你甚至可以定义宇宙中微子背景和宇宙引力波背景……

这里我们谈谈宇宙可见光背景。宇宙可见光背景（cosmic optical background,　指的是所有非银河系的天体在可见光波段释放的光子产生的背景)的辐射率 / 亮度，在绿光波段的估计值为

,　而太阳的总体的辐射率大概是

，那么太阳的辐射率将是这个背景的

倍　(此结果偏大，因为太阳辐射率还有部分来自紫外和红外)。假设这个波段在绿光波段，那么我们可以计算，人眼在夜空每 0.1 秒（人眼视觉暂留时间）接受来自于宇宙可见光背景，通过瞳孔（假设为 10 平方毫米），在 0.01 平方角分(人眼对夜空分辨率取 0.1 角分）的 550nm（能量是 3.26E-19J)的光子数目:　答案是仅仅约有 0.000018 个，人眼至少需要３个可见光子才能引起视觉。因此！宇宙可见光背景亮度远远低于人眼视觉极限，除非人眼具有超能力，能够长时间曝光，比如积分 5 个小时，才有希望看到宇宙背景光。

但是实际问题还要更复杂，以上答案实际上是对应于太空观测，对于地面观测并不是这样。我们知道，大气自身是有黑体辐射的，尽管黑体辐射峰值波段在红外波段，但是仍然有残留在可见光波段。实际大气辐射在可见光波段的残留辐射远高于宇宙可见光背景，如下图，在绿光波段甚至是宇宙背景辐射的十多倍。所以你只需要盯着夜空使用超能力看半个小时左右，就可以看到大气辐射的“背景光”。在有光污染的地方，大气对地面光源的反射会使得天空背景亮度会放大成千上万倍，严重到几乎可以目视，并影响正常的天文观测，比如城市上面的黄色钠灯光污染。因此，地面天文台址都要极力避免城市光污染，因而必须建在远离人烟的地方。

在夜空极为良好的条件下，比如暗空分类法所说的地球最黑暗的地区。夜空中会有极为漂亮的黄道光，银河此时也会变得极为明亮，极端情况下可以看到银河系中心和黄道光照出的“影子”。