为什么说“让光亮”还不够

观察生活的美丽。看看星星，以及它们的运行方式。
-马库斯·奥雷留斯

想象一下您知道的夜空。在没有月亮的夜晚，远离城市，在您所见过的最黑暗的地方。仿佛你躺在草地上，仰望天空。您抬头望去，空气凉爽，天空晴朗：看不见云彩。

你会看到什么？

行星，恒星，明亮而昏暗，甚至银河系。但是，也许夜空中最令人惊奇的事情不是一些散射光的存在，而是几乎任何方向的天空都是黑暗的。

如果您考虑一下，那么所发生的事情几乎没有意义。

如果宇宙中有非常多的恒星-各个方向的光源-人们希望无论您在哪里看，您的视线都会遇到一颗恒星。

如果是这样，您将不会发现任何黑暗。无论该恒星，星系或其他光源有多远，每个点都会充满光。

这是19世纪最伟大的悖论之一：奥尔伯斯悖论，它表明无限宇宙充满无限数量的恒星的想法与夜空的黑暗是不相容的。

当然，解决这一矛盾的方法是，当我们观察宇宙的遥远部分时，我们会回顾过去。由于宇宙以炽热，密集且更均匀的早期状态存在，因此在此刻之前，宇宙中没有恒星，这是因为重力需要时间才能将原始气体首先收集到恒星中。如果您看到足够大的距离，那么将看不到单个星星。

大爆炸之后，宇宙变得炽热，密集而均匀，并且也膨胀并冷却。到380,000年，它已经降温到足以使中性原子第一次形成。但是，要看东西，有两个障碍：
1.在创建光源之前，没有任何东西可以看。
2.即使在此之后，宇宙也需要变得透明。

尽管这两个问题（第一颗恒星的形成和获得宇宙的透明性）通常以“黑暗世纪”的名义结合在一起，但它们是宇宙需要解决的两个独立问题。

首先，在第一批恒星形成之前，您根本没有什么可看的。尽管宇宙最初几乎是同质的，但存在一些不完善的缺陷，例如，物质的区域略大于平均水平。随着时间的流逝，重力将越来越多的物质吸引到密度增加的区域，并且它们逐渐变成物质团块。

在数百亿年之后，这些团块已经增长到足以在自身重量下塌陷的程度。当这些原子和分子团块的核被充分压缩后，核合成过程-燃烧氢并将其转变为氦气-终于开始了！

这些核聚变的地方变成了宇宙中最早的恒星的核，它们明亮地燃烧着，并从大爆炸早期的一个阶段发出第一束可见光。

这仅在宇宙诞生后的五千万年发生，对于恒星来说，这似乎是一个非常短的差距。但是有一个问题：我们看不到这些星星！

当然，这些恒星会发出光，就像上方的“暗星云”巴纳德68后面的恒星一样。它看起来太暗了，因为它阻挡了恒星的光。怎么了因为其中存在的原子和分子的大小足以吸收可见光。

尽管单个原子具有一定的跃迁状态，它们可以吸收光，并且以狡猾的配置绑定，但是它们能够阻挡可见光的整个光谱。最初的恒星出现时，正是这种不透明在宇宙中形成：创造了光，但是它无法到达我们的眼睛。

我们该怎么办？

我们需要电离这些原子。更准确地说，进行电离，因为在它们被电离之前：在它们变为中性之前。

但这不是一个快速的过程：它需要数十亿颗恒星出现，发出电离的紫外线并与宇宙中超过99％的中性原子碰撞。这是一个循序渐进的过程，大约需要5.5亿年才能完成！

直到最近，人们仍认为，电离是获得透明宇宙的最后阶段，发生在大爆炸发生4.5亿年后，但这1亿年的额外因素是由普朗克卫星的最新观测确定的。

但这并不意味着宇宙中最早的恒星比我们想象的晚了1亿年-正如一些作者所想象的那样。

这意味着第一颗恒星的形成要比我们所看到的要早得多，并且它们很少-并且它们燃烧的时间不够长而且不够热-为了使宇宙电离并使它早于1亿年后变得透明。

仅仅说“让光有光”才能看到第一批星星是不够的：这种光必须能够在太空中自由移动！

在可见光谱中看不到它们。望远镜对他们有多好都没关系。哈勃，他凝视着天空的这些区域多久了，他再也不会回头看到第一批星星，因为那时宇宙对可见光是不透明的。

但是有希望，詹姆斯·韦伯太空望远镜将有可能实现这个梦想。

当在较长的波浪中观察时，这些尘埃状的原子和分子结构可能对它们透明。即使哈勃望远镜看不到这些恒星，詹姆斯·韦伯也可以在红外（甚至更远）范围内观察过去，直到宇宙对可见光不透明为止。

换句话说，在短短几年内，我们也许能够研究宇宙的第一批恒星，而不仅是研究了亿万年宇宙对可见光透明之后发生的事情。到目前为止，宇宙的第一颗恒星可能是看不见的，但是问题出在我们的眼中，而不是光中！

宇宙的第一颗恒星是不可见的吗？

为什么说“让光亮”还不够

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