Jakou barvu má vesmír
| 2. 11. 2026Černá a bílá jsou pro mnoho lidí i barvami vesmíru (kosmu). Z pohledu člověka naprosto oprávněně: s výjimkou nejjasnějších objektů není lidské oko na noční obloze schopno rozeznávat barvy, a tudíž vidí jenom černobíle. Ale co kdybychom měli mnohem citlivější oči? Anebo když použijeme citlivé přístroje?
Pak se situace dramaticky změní.
Očima fotoaparátu
Jak vypadá noční obloha na fotografii s dlouhou expozicí, vidíme na obrázku (obr. 1). Vynechme na chvíli hvězdy a pás Mléčné dráhy. Bílý pás v levé části obrázku patří zodiakálnímu světlu. To je sluneční světlo, které se odráží od prachových částeček v rovině ekliptiky, tedy v místech, kde kolem Slunce obíhají planety. Červené a zelené oblasti představují noční svit atmosféry (airglow). Trochu mohou připomínat polární záři, ale vznikají úplně jiným mechanismem, jsou mnohem slabší, ale zato prakticky všudypřítomné. Vysokoenergetické (rentgenové a ultrafialové) záření Slunce ovlivňuje převážně vrchní vrstvy atmosféry (fotoionizace, excitace), a ty se pak během noci postupně navracejí do původního stavu. Přesněji řečeno, děje se to i během dne, ale tehdy je jemňounký svit atmosféry přezářen denním světlem.
„Průměrná barva vesmíru se v průběhu času mění: v počátcích byla mnohem modřejší než dnes, v budoucnosti bude zase naopak červenější.“
Shoda barev mezi polární září a nočním zářením atmosféry (airglow) ale náhodná není, odráží chemické složení atmosféry. Za zelenou a červenou barvou, která je typická pro polární záři i airglow, stojí kyslík, přesněji řečeno jeho spektrální čáry (přechody) s vlnovými délkami 558 nm (zelená) a 630 nm (červená). Přechodů a prvků je ale mnohem víc, a tudíž polární záře i noční záře mohou být docela pestrobarevné.
Jaká by ale byla barva noční oblohy, kdybychom všechny barvy smíchali v jednu? Směs zelené a červené (poměr čar není konstantní) rozhodně není černá a v kombinaci s tmavým pozadím vypadá dost jako hnědá. Barvu noční oblohy si asi s hnědou rozhodně nespojujeme. My vědci ale musíme snést tíhu pravdy. Budiž tedy barva vesmíru hnědá.
Zatím jsme nemluvili o příměsi, kterou noční oblohu „obohatí“ světla z lidských sídlišť: obloha se ještě trochu víc začervená a dostává oranžový odstín, který si spojujeme spíš s obrázky ze Saturnova měsíce Titanu (obr. 3).1)
Očima družice
Možná se s hnědým nočním nebem nemusíme smířit. Zajímá nás barva vesmíru a záření atmosféry je zjevně pozemského původu. Přesněji řečeno, airglow vidíme i mimo Zemi na objektech s atmosférou – to je například Mars a Venuše, měsíc Titan či obří plynné planety –, ale potřebujeme k tomu stát na nějakém větším tělese. Posuňme se tedy mimo Zemi, třeba na Měsíc nebo do Lagrangeova bodu L2.2) Co uvidíme?
Shoda barev mezi polární září a nočním zářením atmosféry (airglow) ale náhodná není, odráží chemické složení atmosféry. Za zelenou a červenou barvou, která je typická pro polární záři i airglow, stojí kyslík, přesněji řečeno jeho spektrální čáry (přechody) s vlnovými délkami 558 nm (zelená) a 630 nm (červená). Přechodů a prvků je ale mnohem víc, a tudíž polární záře i noční záře mohou být docela pestrobarevné.
Jaká by ale byla barva noční oblohy, kdybychom všechny barvy smíchali v jednu? Směs zelené a červené (poměr čar není konstantní) rozhodně není černá a v kombinaci s tmavým pozadím vypadá dost jako hnědá. Barvu noční oblohy si asi s hnědou rozhodně nespojujeme. My vědci ale musíme snést tíhu pravdy. Budiž tedy barva vesmíru hnědá.
Zatím jsme nemluvili o příměsi, kterou noční oblohu „obohatí“ světla z lidských sídlišť: obloha se ještě trochu víc začervená a dostává oranžový odstín, který si spojujeme spíš s obrázky ze Saturnova měsíce Titanu (obr. 3).1)
Očima družice
Možná se s hnědým nočním nebem nemusíme smířit. Zajímá nás barva vesmíru a záření atmosféry je zjevně pozemského původu. Přesněji řečeno, airglow vidíme i mimo Zemi na objektech s atmosférou – to je například Mars a Venuše, měsíc Titan či obří plynné planety –, ale potřebujeme k tomu stát na nějakém větším tělese. Posuňme se tedy mimo Zemi, třeba na Měsíc nebo do Lagrangeova bodu L2.2) Co uvidíme?
Na obloze nám zůstanou hvězdy, pás Mléčné dráhy, zodiakální světlo a sem tam nějaká zářící mlhovina, většinou v blízkosti Mléčné dráhy (viz rovněž obr. 1). Dominantní barvou emisních mlhovin je červená, což souvisí s přechodem vodíku – nejběžnějšího prvku ve vesmíru – ve viditelné oblasti spektra; tím je Balmerova čára Halfa s vlnovou délkou 656 nanometrů. Do červena, i když spíš do hnědočervena, jsou zbarveny i tmavé prachové oblaky (hezky viditelné v pásu Mléčné dráhy).
Pohled z Lagrangeova bodu L2 (obr. 4) ukazuje jen poměrně malou část oblohy (která se vyhýbá rovině Galaxie i rovině Sluneční soustavy) a je zřejmé, že obloha, jako podklad hvězd a galaxií, je černá.
Světlo galaxií
Posuňme se ještě dál. Na mezigalaktické noční obloze budou hlavním zdrojem světla galaxie, většina maličkatých až bodových. Světlo galaxie je součtem záření všech jejích hvězd a mlhovin, trochu vnitřně pohlcený prachem (viz Vesmír 104, 346, 2025/6). Astronomové Karl Glazebrook a Ivan Baldry v roce 2002 naměřili a analyzovali spektra asi 200 tisíc galaxií z místního (tj. ne moc vzdáleného) okolí. Z jednotlivých spekter odstranili rudý posuv a potom udělali průměr; toto spektrum nazvali „kosmickým spektrem“. Pokud bychom měli světelný zdroj, jehož spektrální charakteristika by odpovídala onomu kosmickému spektru, jeho barva by mohla být hledanou barvou vesmíru. Jaká barva to je?
Pro astronomy je to velmi těžká otázka, neboť jsou zvyklí na spektra, ale barva je tvořena mnohem víc než jen spektrem zářícího objektu a spektrálním profilem našich barvocitlivých a světlocitlivých buněk (čípků). Práce zmíněných astronomů však měla tento výsledek: Za standardních podmínek by naše oko vyhodnotilo barvu vesmíru jako světlounce hnědou. Průměrná barva vesmíru byla nazvána kosmické latté a pod tímto názvem ji můžeme jednoduše vyhledat (její kód je #FFF8E7).3) Před hnědou zjevně není úniku, i když tato hnědá je hodně do žluta a hlavně hodně, hodně do bíla.
Kosmické spektrum
Srovnání kosmického spektra se slunečním vidíme na obr. 2. Barva (odpovídající danému spektru) Slunce nad atmosférou je téměř bílá (ne úplně, ale je to prakticky nerozpoznatelné). Po průchodu zemskou atmosférou poněkud zežloutne, protože část záření se rozptýlí v atmosféře. Nejlépe se rozptyluje modrá (Rayleighův rozptyl), proto má obloha modrou barvu a Slunce naopak o část modré složky přijde. Vesmírné spektrum se slunečnímu hodně podobá, ale má trochu více červené barvy, což způsobí jeho zhnědnutí oproti sluneční žluti. Všechny barvy jsou ale hodně světlé.
Ve spektrech je vidět hodně spektrálních čar. Výrazná spektrální čára s vlnovou délkou 656 nm je vodíková čára Halfa – ve vesmírném spektru je výrazně emisní, zatímco v slunečním je absorpční (Fraunhoferova čára C). Výrazná absorpční čára ve slunečním spektru okolo 760 nm (Fraunhoferova čára A) vzniká v zemské atmosféře a patří molekulárnímu kyslíku.Ve spektrech je vidět hodně spektrálních čar. Výrazná spektrální čára s vlnovou délkou 656 nm je vodíková čára Halfa – ve vesmírném spektru je výrazně emisní, zatímco v slunečním je absorpční (Fraunhoferova čára C). Výrazná absorpční čára ve slunečním spektru okolo 760 nm (Fraunhoferova čára A) vzniká v zemské atmosféře a patří molekulárnímu kyslíku.
Zamyšlení o bílé
Bílá barva bývá spojována s čistotou a nevinností, a možná také jednoduchostí – co může být jednodušší než bílá? Jedině snad černá, ale jinak nic. Ovšem my astronomové a mnozí další uživatelé spektroskopie víme už od dob Isaaca Newtona, že bílé světlo zdaleka jednoduché není. Ne vždy se ale naší znalosti dostává souhlasu – viz úryvek z jedné z nejvlivnějších knih 20. století.
„Bílá!“ ušklíbl se [Saruman]. „Pro začátek poslouží. Bílá látka se dá obarvit. Bílá stránka se dá popsat a bílé světlo se dá rozlámat.“
„A pak už není bílé,“ řekl jsem [Gandalf]. „A ten, kdo rozláme věc, aby zjistil, co je zač, opustil cestu moudrosti.“
Na to mohu říct jen jediné: „Sorry, Gandalfe, tady s tebou nemohu souhlasit. Velmi si tě vážím, ale spektroskopii si vzít nenechám. Vždyť spousta z nás astronomů nedělá nic jiného, než láme bílé (případně namodralé, načervenalé či úplně neviditelné) světlo na komponenty. A doufám, že jsme stezky moudrosti neopustili.5)
Stříbrný svit luny a Purkyněho efekt
V běžné ikonografii se Slunce zobrazuje žlutě (zlatě) a Měsíc bíle (stříbrně).6) Jak je to s jejich barvami ve skutečnosti? Měsíc sám nesvítí, ale odráží sluneční světlo. Jeho povrch (obr. 5) není dokonalé zrcadlo: jednak odráží asi jenom 12 procent světla, které na něj dopadne, jednak lépe odráží dlouhovlnné, tedy červené světlo. Barva měsíčního světla je tudíž o něco červenější, než je barva světla slunečního, v naprostém rozporu s ikonografií.
Možné vysvětlení leží v lidském oku a v tom, jak vnímá světlo a barvy. Pokud je světla dostatek, oko používá čípky a vidí barevně; maximální citlivost čípků je na vlnové délce okolo 550 nm (žlutozelená). Naopak při malém osvětlení oko používá tyčinky, které barvy nerozlišují, a maximální citlivost je u vlnové délky okolo 500 nm (modrozelená). Při přechodu z barevného do černobílého vidění (tj. z fotopického do skotopického vidění) se červené plochy zdají tmavší než modré (Purkyňův jev).7)
A právě tato vlastnost našeho oka by mohla stát za vnímaným stříbrným svitem Luny: červená složka v měsíčním světle je, ale naše oko ji nevidí.
Stříbrný svit luny a Purkyněho efekt
V běžné ikonografii se Slunce zobrazuje žlutě (zlatě) a Měsíc bíle (stříbrně).6) Jak je to s jejich barvami ve skutečnosti? Měsíc sám nesvítí, ale odráží sluneční světlo. Jeho povrch (obr. 5) není dokonalé zrcadlo: jednak odráží asi jenom 12 procent světla, které na něj dopadne, jednak lépe odráží dlouhovlnné, tedy červené světlo. Barva měsíčního světla je tudíž o něco červenější, než je barva světla slunečního, v naprostém rozporu s ikonografií.
Možné vysvětlení leží v lidském oku a v tom, jak vnímá světlo a barvy. Pokud je světla dostatek, oko používá čípky a vidí barevně; maximální citlivost čípků je na vlnové délce okolo 550 nm (žlutozelená). Naopak při malém osvětlení oko používá tyčinky, které barvy nerozlišují, a maximální citlivost je u vlnové délky okolo 500 nm (modrozelená). Při přechodu z barevného do černobílého vidění (tj. z fotopického do skotopického vidění) se červené plochy zdají tmavší než modré (Purkyňův jev).7)
A právě tato vlastnost našeho oka by mohla stát za vnímaným stříbrným svitem Luny: červená složka v měsíčním světle je, ale naše oko ji nevidí.
Vesmír v budoucnosti
Kosmické spektrum odpovídá spektru dnešní průměrné galaxie. Galaxie se ale během vývoje vesmíru mění. Začínají jako místa aktivní tvorby hvězd, plné horkých hmotných hvězd, a končí jako skupiny složené z málo hmotných chladných hvězd a hvězdných zbytků. Horké hvězdy září modřeji než Slunce, naopak chladnější hvězdy jsou zbarveny více do červena. Průměrná barva vesmíru se tudíž v průběhu času mění: v počátcích byla mnohem modřejší než dnes, v budoucnosti bude zase naopak červenější.4)
Poznámky
1) O přirozené barvě oblohy detailněji v článku Barva noční oblohy od Zoltána Kollátha [1].
2) Lagrangeovy body (též librační) jsou místa, kde se gravitační a oběžná síla v systému dvou obíhajících těles navzájem vyvažují. Malé těleso (třeba družice) umístěné v tomto bodě se pak vůči oněm dvěma tělesům nepohybuje. L2 se nachází 1,5 milionu kilometrů přímo „za“ Zemí, pokud se na ni díváme ze Slunce.
3) Jak už jsem zmiňovala, astronomové mají rádi spektra, případně filtry, ale barvami se příliš nezabývají. První pokus Glazebrooka a Baldryho popsat barvu vesmíru ze spektra autory dovedl k tyrkysové, teprve konzultace s odborníky v oblasti barev vedla k opravě na béžovou. Autorům se ale slovo béžová nelíbí, a proto se z úcty k nim toto slovo v hlavním textu článku nepoužívá.
4) Barva vesmíru na Astronomickém obrázku dne NASA, více https://web.archive.org/web/20060104173304, http://www.pha.jhu. edu:80/~kgb/cosspec.
5) Rozhodnutí o cestě moudrosti je na laskavém čtenáři.
6) Viz např. Telperion a Laurelin, dva valinorské stromy z Tolkienovy mytologie.
7) Jan Evangelista Purkyně tento jev popsal při pozorování květin za soumraku.
Literatura
[1] Kolláth Z. et al.: The Colour of the Night Sky, J. Imaging 6, 1–15, 2020/9, DOI: 10.3390/jimaging6090090.
[2] Baldry I. K., Glazebrook K. et al.: The 2dF Galaxy Redshift Survey: Constraints on Cosmic Star-Formation History from the Cosmic Spectrum. The Astrophysical Journal, 569, 582–594, 2002/2, DOI: 10.1086/339477.
[3] Ciocca M., Wang J.: By the light of the silvery Moon: fact and fiction, Physics Education 48, 2013/3, DOI: 10.1088/0031-9120/48/3/360.
[4] Cosmic Latte: The Average Color of the Universe. Astronomický snímek dne NASA, 1. prosinec 2024.
Ke stažení
článek ve formátu pdf [855,63 kB]
O autorovi
Soňa Ehlerová
Doporučujeme
Jak mozek reguluje růst nádorů 
Rostliny a dějiny
