Perché il cielo è nero?

Perché il cielo è nero?

Tutti noi abbiamo almeno una volta alzato gli occhi al cielo notturno. Oltre a qualche stella qua e là e una grande fascia chiamata Via Lattea che lo taglia, il cielo notturno è sostanzialmente nero. Perché? La risposta più ovvia è che non c'è il Sole a illuminarlo. Eppure, se togliessimo l'atmosfera, il cielo sarebbero nero anche di giorno, con il Sole visibile solo come una stella più grande delle altre, ma nulla di che. Le foto scattate in pieno giorno sulla Luna lo testimoniano: il cielo è completamente buio, dato che la Luna ha un'atmosfera sottilissima. Riformuliamo quindi la domanda: perché il cielo è nero?

Potrebbe sembrare un paradosso – e infatti lo è, ed è conosciuto come Paradosso di Olbers. Essendo il nostro Universo infinito e quindi anche il numero di stelle e galassie in esso presenti, in ogni direzione in cui guardiamo dovremmo incontrare una sorgente luminosa. Il cielo dovrebbe quindi essere, a rigor di logica, completamente illuminato. Come mai non lo è?

Animazione dell'effetto del paradosso di Olbers. © Kmarinas86

Si potrebbe pensare che l'Universo sia finito: se così fosse, vi sarebbe un numero finito di stelle e galassie che non riuscirebbe a colmare l'intero cielo. Problema risolto. Purtroppo, però, gli scienziati sono convinti che l'Universo sia infinito, quindi dobbiamo cercare un'altra risposta.
L'Universo è infinito sulla scala spaziale, ma non su quella temporale. Sappiamo infatti che circa 13,7 miliardi di anni fa è nato dall'esplosione del Big Bang. E da allora è passato un periodo di tempo finito, non infinito – 13,7 miliardi di anni, appunto. Ciò significa che la luce di alcune stelle deve ancora raggiungerci – è come se l'Universo fosse un temporale e dovessimo ancora sentire il tuono dei fulmini più lontani.

Il cielo sulla Luna è nero anche di giorno. © NASA

Ma non finisce qui. L'Universo, come abbiamo detto, è infinito sulla scala spaziale, ma l'Universo osservabile non lo è. Dato che la luce ha una velocità molto elevata ma comunque finita, guardare lontano significa guardare indietro nel tempo. In realtà, viviamo nel passato: la luce che vi sta portando queste parole ai vostri occhi si è staccata dallo schermo qualche frazione infinitesimale di secondo prima che vi arrivasse. In un certo senso, viviamo nel passato. Se andiamo nello spazio, poi, questa differenza si fa ancora più enorme, dato che stiamo guardando sempre più in là, sempre più indietro nel tempo. Dato che le galassie si allontanano con velocità proporzionale alla loro distanza dal punto di vista del nostro pianeta, esiste un limite oltre il quale sembrano allontanarsi alla velocità della luce. La loro luce, quindi, non potrà mai raggiungerci, dato che stanno scappando a velocità elevatissime. Questo è il confine dell'Universo osservabile.
Esiste poi un'ulteriore soluzione al paradosso, quella dello spostamento verso il rosso. L'espansione dell'Universo, oltre a separare le galassie tra loro, è come se tirasse e distendesse le onde luminose emesse dalle stelle. Queste onde hanno una lunghezza, e solo una determinata porzione dello spettro è visibile ai nostri occhi. Allungando le onde, si aumenta la loro lunghezza d'onda, fino a farle diventare infrarosse e quindi invisibili ai nostri occhi, tramite ciò che è chiamato Effetto Doppler. Questo è anche il motivo per cui la radiazione cosmica di fondo, che fa da sfondo uniforme a tutte le stelle, non illumina i nostri cieli come previsto dal Paradosso di Albers.
Spero di avervi fatto luce sul perché il cielo sia buio.

Link Utili
MinutePhysics (Inglese, YouTube)
Wikipedia - Paradosso di Olbers