История астрономии — это история отступающих горизонтов.
Edwin Powell Hubble был американским астрономом. Он сыграл решающую роль в становлении областей внегалактической астрономии и наблюдательной космологии.
Hubble доказал, что многие объекты, которые ранее считались облаками пыли и газа и классифицировались как «туманности», на самом деле являются галактиками за пределами Млечного Пути. Он использовал сильную прямую связь между светимостью переменной звезды Цефеиды и периодом пульсации, открытую в 1908 году Henrietta Swan Leavitt, для определения расстояний внутри галактик и за их пределами.
Hubble предоставил доказательства того, что скорость удаления галактики увеличивается с расстоянием от Земли, свойство, известное теперь как «закон Hubble», несмотря на то, что оно было предложено и продемонстрировано наблюдательно двумя годами раньше Georges Lemaître. Закон Hubble–Lemaître подразумевает, что Вселенная расширяется. Десятью годами ранее американский астроном Vesto Slipher предоставил первые доказательства того, что свет многих из этих туманностей был сильно смещен в красную область спектра, что указывает на высокие скорости удаления.
Имя Hubble наиболее широко известно благодаря космическому телескопу Hubble, который был назван в его честь, с моделью, ярко выставленной в его родном городе Marshfield, Missouri.
Ранняя жизнь и образование
Edwin Hubble родился у Virginia Lee Hubble урожденная James 1864–1934 и John Powell Hubble, страхового исполнительного директора, в Marshfield, Missouri, и переехал в Wheaton, Illinois, в 1900 году. В молодые годы он был известен больше своей атлетической подготовкой, чем его интеллектуальными способностями, хотя он получал хорошие оценки по всем предметам, кроме орфографии. Edwin был одаренным спортсменом, играя в бейсбол, американский футбол и занимаясь легкой атлетикой как в средней школе, так и в колледже. Он играл на различных позициях на баскетбольной площадке от центра до атакующего защитника. Фактически, Hubble даже привел баскетбольную команду University of Chicago к их первому титулу конференции в 1907 году. Он выиграл семь первых мест и третье место в одном соревновании по легкой атлетике в средней школе в 1906 году.
Обучение на бакалавриате
Обучение Hubble в University of Chicago было сосредоточено на праве, что привело к получению степени бакалавра наук в 1910 году. Hubble также стал членом братства Kappa Sigma. Он провел три года в The Queen's College, Oxford после получения степени бакалавра в качестве одного из первых Rhodes Scholars университета, первоначально изучая юриспруденцию вместо наук в качестве обещания своему умирающему отцу, и позже добавил литературу и испанский язык, в конце концов получив степень магистра.
В 1909 году отец Hubble переехал со своей семьей из Chicago в Shelbyville, Kentucky, чтобы семья могла жить в небольшом городе, в конце концов поселившись неподалеку в Louisville. Его отец умер зимой 1913 года, пока Edwin еще был в Англии. В следующем летнем сезоне Edwin вернулся домой, чтобы ухаживать за его матерью, двумя сестрами и младшим братом, а также со своим братом William. Семья снова переехала на Everett Avenue в районе Highlands в Louisville, чтобы разместить Edwin и William.
Hubble также был послушным сыном, который, несмотря на свой интенсивный интерес к астрономии с детства, уступил просьбе своего отца изучать право, сначала в University of Chicago, а затем в Oxford. В это время он также посещал курсы по математике и естественным наукам. После смерти его отца в 1913 году Edwin вернулся на Средний Запад из Oxford, но у него не было мотивации заниматься адвокатской практикой. Вместо этого он учил испанский язык, физику и математику в New Albany High School в New Albany, Indiana, где он также тренировал баскетбольную команду мальчиков. После года преподавания в средней школе он поступил в аспирантуру с помощью своего бывшего профессора из University of Chicago для изучения астрономии в Yerkes Observatory университета, где он получил степень Ph.D. в 1917 году. Его диссертация называлась «Photographic Investigations of Faint Nebulae». В Yerkes у него был доступ к одному из самых мощных телескопов в мире на то время, который имел инновационный 24-дюймовый 61 см рефлектор.
Докторские исследования
После того как Соединенные Штаты объявили войну Германии в 1917 году, Hubble поспешил завершить свою докторскую диссертацию, чтобы присоединиться к вооруженным силам. Hubble добровольно вступил в Армию Соединенных Штатов и был назначен во вновь созданное 86-е отделение, где служил во 2-м батальоне, 343-й полк пехоты. Он достиг звания майора и был признан годным для службы за границей 9 июля 1918 года, но 86-е отделение никогда не участвовало в боевых действиях. После окончания Первой мировой войны Hubble провел год в Cambridge University, где возобновил свои исследования в области астрономии.
Карьера
В 1919 году Hubble получил предложение о занятии должности сотрудника на Mount Wilson Observatory Carneg Institution for Science рядом с Pasadena, California, от George Ellery Hale, основателя и директора обсерватории. Hubble оставался сотрудником Mount Wilson до своей смерти в 1953 году. Вскоре после его смерти Hubble стал первым астрономом, использовавшим вновь завершенный гигантский 200-дюймовый 5.1 m рефлектор Hale Telescope на Palomar Observatory рядом с San Diego, California.
Hubble также работал гражданским лицом в Армии США на Aberdeen Proving Ground в Maryland во время Второй мировой войны в качестве начальника External Ballistics Branch Ballistics Research Laboratory, во время которой он руководил большим объемом исследований в области внешней баллистики, что увеличило эффективную огневую мощь бомб и снарядов. Его работа была облегчена его личной разработкой нескольких предметов оборудования для приборов, используемых во внешней баллистике, наиболее выдающейся разработкой которых была высокоскоростная кинокамера, которая сделала возможным изучение характеристик бомб и низкоскоростных снарядов в полете. Результаты его исследований были признаны значительно улучшившими конструкцию, производительность и военную эффективность бомб и ракет. За эту работу он получил награду Legion of Merit.
Открытия
Вселенная выходит за пределы галактики Млечный Путь
Прибытие Edwin Hubble на Mount Wilson Observatory, California в 1919 году совпало примерно с завершением 100-дюймового 2.5 m Hooker Telescope, который был тогда самым большим в мире. В то время преобладающий взгляд на космос заключался в том, что Вселенная состояла полностью из галактики Млечный Путь. Используя Hooker Telescope на Mt. Wilson, Hubble идентифицировал переменные звезды Цефеиды, вид звезды, который используется как средство для определения расстояния от галактики – см. также standard candle в нескольких спиральных туманностях, включая туманность Andromeda и Triangulum. Его наблюдения, сделанные в 1924 году, доказали убедительно, что эти туманности были намного слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути, и были, в действительности, целыми галактиками вне нашей собственной, предполагавшимися исследователями по крайней мере еще в 1755 году, когда появилась «General History of Nature and Theory of the Heavens» Immanuel Kant. Эта идея была противопоставлена многими в астрономическом истеблишменте того времени, в частности Harlow Shapley, базирующимся на Harvard University. Несмотря на противодействие, Hubble, тогда тридцатипятилетний ученый, получил свои результаты впервые опубликованными в The New York Times 23 ноября 1924 года, затем представил их другим астрономам на собрании American Astronomical Society 1 января 1925 года. Результаты Hubble для Andromeda не были формально опубликованы в рецензируемом научном журнале до 1929 года.
Открытия Hubble кардинально изменили научный взгляд на Вселенную. Сторонники утверждают, что открытие Hubble туманностей за пределами нашей галактики помогло проложить путь для будущих астрономов. Хотя некоторые из его более известных коллег просто насмехались над его результатами, Hubble в конце концов опубликовал свои результаты по туманностям. Эта опубликованная работа принесла ему награду, озаглавленную American Association Prize и пятьсот долларов от Burton E. Livingston из Committee on Awards.
Hubble также разработал наиболее часто используемую систему классификации галактик, группируя их в соответствии с их появлением на фотографических изображениях. Он расположил различные группы галактик в то, что стало известно как последовательность Hubble.
Красное смещение увеличивается с расстоянием
Hubble продолжил оценку расстояний до 24 внегалактических туманностей, используя различные методы. В 1929 году Hubble исследовал связь между этими расстояниями и их радиальными скоростями, определенными по их красным смещениям. Его оценочные расстояния теперь известны как все слишком малые, примерно в 7 раз. Это было связано с такими факторами, как то, что существует два вида переменных звезд Цефеиды или путаницы ярких газовых облаков с яркими звездами. Однако его расстояния были более или менее пропорциональны истинным расстояниям, и объединив его расстояния с измерениями красных смещений галактик Vesto Slipher и его ассистентом Milton L. Humason, он обнаружил примерно линейную связь между расстояниями галактик и их радиальными скоростями, исправленными на солнечное движение, открытие, которое позже стало известно как закон Hubble.
Это означало, что чем больше расстояние между любыми двумя галактиками, тем больше их относительная скорость разделения. Если интерпретировать таким образом, измерения Hubble на 46 галактиках привели к значению постоянной Hubble 500 km/s/Mpc, что намного выше, чем в настоящее время принятые значения 74 km/s/Mpc по методу cosmic distance ladder или 68 km/s/Mpc по методу CMB из-за ошибок в их калибровке расстояний.
Однако причина красного смещения оставалась неясной. Georges Lemaître, бельгийский католический священник и физик, предсказал на теоретических основаниях, основываясь на уравнениях Einstein для общей теории относительности, отношение красного смещения и расстояния, и опубликовал наблюдательную поддержку этого, за два года до открытия закона Hubble. Однако многие космологи и астрономы, включая самого Hubble, не признали работу Lemaître; Hubble оставался сомневающимся относительно интерпретации Lemaître всю его жизнь. Хотя он использовал термин «скорости» в своей работе и «кажущиеся радиальные скорости» во введении, он позже выразил сомнение в интерпретации их как истинных скоростей. В 1931 году он написал письмо голландскому космологу Willem de Sitter, выражая его мнение о теоретической интерпретации отношения красного смещения и расстояния:
Mr. Humason и я оба глубоко осознаем вашу любезную оценку статей о скоростях и расстояниях туманностей. Мы используем термин «кажущиеся» скорости, чтобы подчеркнуть эмпирические особенности корреляции. Интерпретацию, как мы считаем, следует оставить вам и очень немногим другим, кто компетентен обсуждать вопрос с авторитетом.
Сегодня «кажущиеся скорости» в вопросе обычно рассматриваются как увеличение собственного расстояния, которое происходит из-за расширения Вселенной. Свет, путешествующий через расширяющуюся метрику, испытает красное смещение типа Hubble, механизм, несколько отличающийся от эффекта Doppler, хотя оба механизма становятся эквивалентными описаниями, связанными координатным преобразованием для близких галактик.
В 1930-е годы Hubble был вовлечен в определение распределения галактик и пространственной кривизны. Эти данные казались указывающими, что Вселенная была плоской и однородной, но было отклонение от плоскостности при больших красных смещениях. По словам Allan Sandage,
Hubble полагал, что его данные подсчета дали бы более разумный результат в отношении пространственной кривизны, если бы коррекция красного смещения была сделана, предполагая отсутствие удаления. До самого конца своих работ он отстаивал эту позицию, благоволя (или, по крайней мере, оставляя открытым) модель, в которой не существует истинного расширения, и поэтому красное смещение «представляет неизвестный ранее принцип природы».
Были методологические проблемы с техникой исследования Hubble, которые показали отклонение от плоскостности при больших красных смещениях. В частности, методика не учитывала изменения светимости галактик из-за эволюции галактик. Ранее, в 1917 году, Albert Einstein обнаружил, что его вновь разработанная теория общей теории относительности указывала, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Не имея возможности поверить в то, что его собственные уравнения ему говорили, Einstein ввел космологическую постоянную, «фудж-фактор» в уравнения, чтобы избежать этой «проблемы». Когда Einstein узнал о красных смещениях Hubble, он немедленно понял, что расширение, предсказанное общей теорией относительности, должно быть реальным, и в более поздней жизни он сказал, что изменение его уравнений было «самой большой ошибкой в его жизни». Фактически, Einstein, похоже, однажды посетил Hubble и попытался убедить его, что Вселенная расширяется.
Hubble также обнаружил астероид 1373 Cincinnati 30 августа 1935 года. В 1936 году он написал The Observational Approach to Cosmology и The Realm of the Nebulae, которые объясняли его подходы к внегалактической астрономии и его взгляд на историю предмета.
В декабре 1941 года Hubble сообщил American Association for the Advancement of Science, что результаты шестилетнего исследования с телескопом Mt. Wilson
.jpg)
