1826년,'밤하늘은 왜 어두울까?`라고 올베르스가 지적하다.

해가 진 밤은 당연히 어두워야한다?

1826년에 왜 밤하늘이 어두운지 독일의 천문학자 올베르스(1758~ 1840)에 의해 처음으로 언급되었다. 이것은 올베르스의 역설(Olbers` paradox)로 아래와 같다.
 우주는 무한히 크고 지구로부터 멀어질수록 더 많은 별이 존재하므로, 우주에는 무한히 많은 별이 존재한다. 그럼 결국, 아래의 그림처럼 우리가 지구에서 손을 뻗어 어느 곳을 가르켜도, 그 방향을 연장하면 결국 어느 별의 표면에 도달하게되므로, 무한히 많은 별에 의해 지구의 밤하늘은 밝아야 한다.

 하지만, 실제 밤하늘은 어둡다. 왜 그럴까?

이 당시에는 우주에 수천억개의 별이 존재하고 그너머에는 빈 공간이라고 생각했다. 우리은하가 곧 우주의 대부분이라고 생각했다. 결국 별의 갯수를 수천억개로 한정지으면 문제가 되지 않는다. 참고로 별의 밝기는 아래의 그림과 같이 빛이 여행한 거리의 제곱에 비례하며 감소한다.

 하지만 여러분도 알다시피, 1920년대부터 외부은하의 존재를 알게 되었다. 우리 은하에 존재하는 별은 약3천억개이고 외부에 존재하는 은하의 수는 수천억개정도이니, 우주에 존재하는 별의 수는 거의 무한하게 유한하다고 할 수 있다.

 그럼 천문학자들은 올베르스의 역설에 대해서 어떠한 해결방안을 제시했을까? 20세기 초에는 우주공간에 존재하는 먼지구름이 별빛을 감소시킨다고 생각했다. 하지만 먼지구름은 빛에너지를 열에너지로 전환시키며 빛을 흡수하지만, 결국 다시 먼지구름은 다양한 파장의 빛으로 에너지를 방출한다. 결국 이러한 생각은 틀렸다.

 그 다음으로 생각한 것은 우주의 팽창으로 인해 별빛이 적색편이되어 가시광영역으로 본 밤하늘은 어둡다는 것이다. 우리은하로부터 약290만광년 떨어져 있는 안드로메다은하는 초속 약275km로 다가오고 있지만, 우주는 팽창하기에 대부분의 별은 우리지구로부터 멀어진다. 결국 우리지구로부터 먼위치에 존재하는 별은 더욱더 멀어지기에 우리지구에 도달하는 빛에너지는 감소한다는 것이다.그러니 밤하늘은 어둡다?

 시중에 출판된 대부분의 천문관련서적은 위와 같이 밤하늘이 어둡다고 설명하고 있다. 하지만 캐나다 워털루 대학교의 천체물리학자 폴 웨슨(Paul S. Wesson)는 복잡한 계산을 한 결과 우주팽창에 의한 빛에너지의 손실은 너무 적다는 것을 밝혔다.

 이제부터 정말 왜 밤하늘이 어두운지 설명하겠다. 현재 우주의 나이는 약137억년이고 우주공간에는 무한히 많은 별이 있지만, 모든 별이 영원히 빛을 발하며 존재하지는 않는다. 그리고 현재 이러한 별빛이 광활한 우주공간에 구석구석 퍼지기위해서는 더욱더 많은 시간이 필요하다. 결국 우리가 초기우주에 살고 있기 때문에 밤하늘이 어두운 것이다.