Чаще всего такой вопрос задают совсем маленькие дети, делающие первые шаги по нелёгкой дороге познания. У этого вопроса есть «взрослое» название — фотометрический парадокс. Над его разрешением ломало голову не одно поколение учёных.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №4(44). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Приведём первое объяснение «на пальцах»: звёзды находятся очень далеко, их свет ослабевает по пути к нам. Это действительно так: освещённость (световой поток, приходящийся на единицу площади), в астрономии именуемая видимой звёздной величиной, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому если звезда типа нашего Солнца — жёлтый карлик спектрального класса G2 — удалена на 1000 астрономических единиц, она будет создавать на Земле освещённость в миллион раз меньшую, чем Солнце. По космическим меркам дальность пустяковая (меньше 140 световых часов), а падение яркости весьма заметное.

К такому выводу пришёл знаменитый английский астроном Эдмунд Галлей. 9 марта 1721 года он выступил на заседании Королевского общества с докладом «О бесконечности сферы неподвижных звёзд», в котором представил Вселенную в виде «луковицы» из бесконечного множества слоёв. По мере удаления количество звёзд в каждом слое увеличивается, компенсируя ослабление освещённости. Однако для очень дальних звёзд никакой рост их числа не в состоянии компенсировать слабость света — это обстоятельство и объясняет черноту ночного неба. По сути, Галлей вступил в полемику с самим Иоганном Кеплером, который долго бился над разрешением «детского» вопроса и в отчаянии выдвинул совсем уж сумасбродную гипотезу: Вселенная не бесконечна, мы находимся в огромной оболочке и видим свет только от небольшого числа звёзд-«пленниц», заключённых внутри неё.

Впрочем, идеи Галлея не были оформлены математически и носили умозрительный характер. Более того, как выяснилось позже, англичанин фундаментально ошибался, пренебрегая вкладом далёких звёзд в общий световой поток, льющийся на Землю. Швейцарский астроном и физик Жан Филипп Луи де Шезо в конце 1744 года провёл математический анализ гипотезы Галлея и пришёл к шокирующим выводам: если звёздное пространство бесконечно, то любой участок небесной сферы должен сиять как Солнце, поскольку звёзды перекроют своими дисками весь небосвод! Общую светимость видимой полусферы Шезо оценил в 92 тысячи солнечных.

Но ведь на самом деле всё не так! В поисках ответа учёный размышлял: «Громадное несоответствие между этим заключением и опытом свидетельствует, что либо сфера неподвижных звёзд не бесконечна, либо освещённость спадает быстрее, чем по закону обратных квадратов». Но скорее всего, считал Шезо, есть ещё один фактор — поглощение света некой разреженной средой, заполняющей межзвёздное пространство. Ею может быть, например, газопылевая смесь.

Этого же мнения придерживался Генрих Вильгельм Маттиас Ольберс — в специальной литературе этого человека часто называют любителем астрономии, но его вкладу в науку могут позавидовать десятки профессиональных учёных. Достаточно сказать, что Ольберс открыл самые крупные из малых планет: Цереру, Палладу, Весту, а также семь комет; разработал новый метод определения кометных орбит и обстоятельно изучил проблему, сформулированную Галлеем. Статья Ольберса «О прозрачности пространства», опубликованная в 1823 году, — пожалуй, первое научно обоснованное изложение проблемы, опирающееся на математические расчёты и самые современные (на то время) астрономические данные.

Фундаментальность изложения произвела впечатление на современников, и у «детского» вопроса появилось научное название — «фотометрический парадокс Ольберса» (иногда, отдавая дань заслугам Шезо, добавляют и его фамилию). Впрочем, для правильного ответа этого было мало. В 1848 году английский астроном Джон Гершель, сын знаменитого придворного астронома Уильяма, проанализировал тезисы Шезо — Ольберса и пришёл к удивительному выводу: межзвёздная среда, поглощая свет, должна со временем разогреться и стать новым источником излучения.

Таким образом, в бесконечной Вселенной, равномерно заполненной звёздами, пыль может экранировать свет только на сравнительно короткое время, пока сама не разогреется. Другого сценария не существует хотя бы в силу справедливости закона сохранения энергии, особенно в применении к термодинамическим системам.

Невероятно, но фантастическое по прозорливости решение уже было опубликовано в… 1848 году! Речь о поэме «Эврика», написанной американским прозаиком и поэтом Эдгаром Алланом По и изданной на его средства тиражом 500 экземпляров. Родоначальник нескольких литературных жанров, оказавший огромное влияние на американскую (и не только) литературу, интересовался астрономией и космологией настолько, что посвятил вопросам мироздания свою главную книгу. Высказывая крамольные с точки зрения науки идеи, По и не рассчитывал встретить понимание, но был убеждён, что когда-нибудь, через много-много лет, их оценят по достоинству.

Работа немецкого астронома Иоганна фон Медлера в определённой степени повторила судьбу «Эврики», и только поддержка авторитетнейшего учёного Уильяма Томсона (лорда Кельвина) заставила научное сообщество обратить внимание на выводы Медлера. В 1861 году, пребывая в должности профессора астрономии российского Императорского Дерптского университета (ныне Университет Тарту, Эстония), он писал: «Скорость света конечна; конечное время прошло от начала Творения до наших дней, и мы, следовательно, можем наблюдать небесные тела только до расстояния, которое свет прошёл в течение этого конечного времени… Вместо того чтобы говорить, что свет с этих расстояний не дошёл до нас, надо говорить, что он ещё не дошёл до нас».

Есть ли что-нибудь ещё дальше? Конечно. Те же галактики-«дальнобойщики» отстояли от нас на гигантское расстояние 13,5 миллиарда лет — за это время много воды утекло, и рекордсмены уже успели прилично «убежать». Так, удалённость GN-z11 в настоящий момент оценивается в 32 миллиарда световых лет (с учётом космологического расширения), и наши далёкие потомки при всём желании увидеть её свет уже не смогут.