遠方の銀河を肉眼で見ることができないのはなぜですか？

光がまっすぐに進み続けている場合、肉眼で遠くの銀河を見ることができないのはなぜですか？きっとあなたが十分に長く見つめていたら、それらからの光は最終的にあなたの目に当たるでしょうか？これが馬鹿げた質問ならおifびします:)

きっとあなたが十分に長く見つめていたら、それらからの光は最終的にあなたの目に当たるでしょうか？

長い時間をかけて光を集めることは、望遠鏡が非常に薄暗い物体を見る方法です。人間の視覚システムはそのようには機能しません。

一つには、何かを見つめていると思っても、目はまだ少し踊っています。これは、目の微動と呼ばれる組み込みの応答です。これらの常時微動は、ビジョンシステムを機能させるために不可欠な部分のようです。

別の場合、あなたの目は、任意の長い時間（写真望遠鏡ができるように）光を集めませんし、集めることができません。目と脳への道の途中で起こる膨大な量の信号処理があります。この信号処理は、短時間の間に収集される光に依存します。

私たちのビジョンシステムは、明るい環境で食べ物、友人、危険を見るために進化しました。私たちは、昼間の明るい動きを見るのが得意です。静止した物体を見るのはあまり得意ではなく、非常に暗い空の下でほとんど見えない光源を見るのは得意ではありません。

裸眼天文学は、人間の視覚システムの性質によって制限されています。私たちが見ることができる最も遠いオブジェクトは、三角銀河であり、それは非常に暗い、非常に晴れた空の条件下でのみです。

まったく質問ではありませんが、実際には肉眼で遠くの銀河を見ることができます。北半球からは、私たちの最大の隣接銀河であるアンドロメダ銀河が、どこを見るべきかを知っていれば見えますが、かなり暗い場所にあります。南半球からは、小さなマゼラン雲と呼ばれる小さな、しかしより近くの不規則な銀河が2つ見えています。

より遠くの銀河が見えない理由は、逆二乗の法則によるものです。光の粒子（光子）が銀河（または他の光源）から遠ざかるにつれて、それらは増え続ける表面上に分布します。つまり、特定の領域の検出器（たとえば、あなたの目）は、銀河からより遠くに配置されるほど、より少ない光子を捕捉します。法律では、時間間隔Δtで平均して、たとえば距離Dで8個の光子を検出し、同じ時間間隔で距離2Dで8/2 ² = 2個の光子を検出するとしています。4Dの距離で、8/4 ² = 0.5光子を検出します。または、同等に、単一の光子を検出するのに2倍の時間が必要になります。

一番下の行は、原則として非常に遠方の銀河を見ることができるが、光子は非常に少なく、ごくまれに到着するため、目では十分な検出器ではないということです。望遠鏡の利点は、1）目よりも面積が大きいこと、2）目ではなく焦点にカメラを置いて、露出時間の長い写真を撮ることができる、つまりΔtを大きくすることです。

あなたの推論は、銀河だけでなく、星や宇宙で輝くあらゆるものにも有効ですが、それを無効にする重要な効果があります：光の吸収。

銀河間および星間媒体は塵とガスで満たされ、遠くの物体からの光を吸収および散乱するのに貢献します。特に、私たちの銀河の平面上に、我々はまだ（天の川は比較的若い銀河である）ガスと塵の多くを持っている：確かに、遠くの物体を見るために私達はの方たちの望遠鏡を向けるしようLockman穴が可能であるときはいつでも、。

これは、低周波光に特に有効です。高エネルギーでは、標準量の吸収材料からのX線とガンマ線の散乱と吸収は無視できます（遠くを見ても、オブジェクトが若いほど、まだ星に閉じ込められていない利用可能な塵とガスです）。

また、膨張する宇宙が「暗い空」を説明することを示すオルバースのパラドックスを考慮してください。

1. 少数の光子-あなたには小さな生徒がいます。小さな瞳孔と交差する経路に沿って、その距離をはるかに超えて移動することができた光子のみが見られる可能性があります。そして、実際に網膜に到達する光子は、到着を登録する分子と実際に相互作用します。

2. 干渉-大気の分子、大気中の塵、あなたの目の反射/屈折、太陽系の塵、オート雲、銀河の星間塵、銀河間空間の塵、あらゆる分子パスでは、すべてがいくつかの光子のいずれかを吸収し、異なる方向に再放射する場合があります。

3. 安定性-特にハッブルのような望遠鏡は、あなたの目と比較して本当に本当に素晴らしいものです。あなたの目は絶えず小さな変化を起こすだけでなく、あなたは呼吸し、あなたの心臓の鼓動や他のものは非常に薄暗い画像が形成されないようにします。

4. 露出-最初のハッブルディープフィールド画像は、約100時間の露出で収集されました。あなたは目でそれを難し​​く感じるかもしれません。

5. 保持-露出時間は、光子が記録面に当たった場所について保持される「データ」の量に影響します。あなたの目は、光子が1分前に受容体に登録されたことを覚えていません。あなたの目は「静止写真」にはまったく向いていません。

6. 光害/普遍的な拡大-宇宙は何十億年も拡大しています。それが拡大するにつれて、空間を伝播する光は、可視スペクトルの赤い端までさらに「伸び」ます。遠方の銀河の場合、これは事実上、そこからの可視光が、ここに到達するまでに赤外線で見えなくなるほど十分にシフトしたことを意味します。今、紫外線もシフトし、その一部は「見える」ようになります。しかし、大気に到達すると、散乱した「光害」効果と混ざり始めます。あなたの目は、どの光子がどのソースから来たのかを追跡するのにまったく良くありません。

おそらく他の要因もありますが、それらが問題の大きさを示すのに十分すぎる可能性があります。初期の100時間ハッブルの画像は、天文学者にとって大きな驚きでした。以前は大型の光収集望遠鏡を使用できたにもかかわらず、有用なデータを得るために十分な光を得ることができませんでした。その初期の機器には、あなたよりもはるかに大きな瞳孔があり、より感度の高いイメージング表面があり、あなたよりずっと長く「座ったまま」でした。そして、それはまだ遠方の銀河で困難を抱えていました。

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そして、それは他の答えで説明されているように、他のすべての要因の上にあります（しかし、他の答えを行うよりもこの特定の点をもう少し努力したかったです）。

あなたの質問は、「オブラーのパラドックス」として知られているものの再構成であると思います-宇宙が無限である場合、遅かれ早かれ、私たちの視線が星にぶつかり、そして遠く離れていてもそこにある無限の星でしょう

これに対する答えは、（a）宇宙は無限ではない、または（b）宇宙は永遠にここにいなかったので、無限であっても、非常に遠くからの光はまだ到達していません。

ケース（b）は一般に受け入れられます-すなわち、宇宙は「ビッグバン」で有限時間前に始まりました-（a）は論争されます-すなわち、それはいずれにせよ宇宙は無限ではないかもしれません。

人間は単一の光子を見ることができますか？

人間の目は非常に敏感ですが、単一の光子を見ることができますか？答えは、網膜内のセンサーが単一の光子に対応できるということです。ただし、ニューラルフィルターでは、少なくとも5〜9ミリ秒以内に到着した場合に、信号が脳に送られて意識的な応答がトリガーされます。単一の光子を意識的に見ることができた場合、非常に暗い場所で視覚的な「ノイズ」が多くなりすぎるので、このフィルターは弱点ではなく必要な適応です。

この論文によると、http：//math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html

遠方の銀河ではこれが常に可能であるとは限らないため、遠方の銀河は見えません。

質問の核心はすでに答えられていますが、非常に明るい近くの銀河M81を肉眼で観察することがいかに難しいかを説明することは、まだ興味深いです。天文学者のブライアンスキフは、ここでこの銀河の肉眼観察に成功したことを説明しています。

現在、与えられた明るさの銀河は、その拡張された性質のため、同じ明るさの星よりも見つけにくいです。空が十分に暗い場合、等級8の暗い星を見ることができますが、等級7の明るさを持つM81を見つけるのに苦労します。等級7は、来る光を足し合わせることによって得られる人工図です。わずかに異なる方向から。

また、わずかな光の汚染だけで、空の背景をほんの少し灰色にするだけで、銀河が見えなくなりますが、かすかな星の可視性は基本的に影響を受けません。これは、星の場合の空の位置の関数としての明るさは非常に強くて狭いピークを持っているが、銀河の場合はその拡張された性質のために大きなピークを示さないためです。統合された明るさはどちらの場合も同じかもしれませんが、銀河を見えなくするために必要な背景光の量は、明らかに星に必要な量よりはるかに少ないです。