Edwin Hubble
gigatos | November 26, 2021
Zusammenfassung
Edwin Powell Hubble (20. November 1889 – 28. September 1953) war ein amerikanischer Astronom. Er spielte eine entscheidende Rolle bei der Etablierung der Bereiche der extragalaktischen Astronomie und der beobachtenden Kosmologie.
Hubble wies nach, dass viele Objekte, die zuvor für Staub- und Gaswolken gehalten und als „Nebel“ klassifiziert wurden, in Wirklichkeit Galaxien jenseits der Milchstraße waren. Er nutzte die starke direkte Beziehung zwischen der Leuchtkraft einer klassischen Cepheidenveränderung und der Pulsationsperiode (die 1908 von Henrietta Swan Leavitt entdeckt wurde), um galaktische und extragalaktische Entfernungen zu skalieren.
Hubble wies nach, dass die Rückzugsgeschwindigkeit einer Galaxie mit ihrer Entfernung von der Erde zunimmt, eine Eigenschaft, die heute als „Hubble-Gesetz“ bekannt ist, obwohl sie zwei Jahre zuvor von Georges Lemaître vorgeschlagen und durch Beobachtungen nachgewiesen worden war. Das Hubble-Lemaître-Gesetz besagt, dass das Universum expandiert. Ein Jahrzehnt zuvor hatte der amerikanische Astronom Vesto Slipher erstmals nachgewiesen, dass das Licht vieler dieser Nebel stark rotverschoben war, was auf hohe Rückzugsgeschwindigkeiten hindeutet.
Hubbles Name ist vor allem durch das Hubble-Weltraumteleskop bekannt, das ihm zu Ehren benannt wurde und dessen Modell in seiner Heimatstadt Marshfield, Missouri, ausgestellt ist.
Edwin Hubble wurde als Sohn von Virginia Lee Hubble (geb. James) (1864-1934) und John Powell Hubble, einem Versicherungsangestellten, in Marshfield, Missouri, geboren und zog 1900 nach Wheaton, Illinois, um. In jungen Jahren war er eher für seine sportlichen als für seine intellektuellen Fähigkeiten bekannt, obwohl er in allen Fächern außer der Rechtschreibung gute Noten erhielt. Edwin war ein begnadeter Sportler, der sowohl in der High School als auch auf dem College Baseball, Football und Leichtathletik spielte. Auf dem Basketballplatz spielte er eine Vielzahl von Positionen, vom Center bis zum Shooting Guard. Tatsächlich führte Hubble das Basketballteam der University of Chicago 1907 sogar zum ersten Konferenztitel. Bei einem einzigen Highschool-Leichtathletikwettkampf im Jahr 1906 errang er sieben erste Plätze und einen dritten Platz.
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Grundständiges Studium
Hubbles Studium an der University of Chicago konzentrierte sich auf die Rechtswissenschaften, die er 1910 mit einem Bachelor of Science abschloss. Hubble wurde auch Mitglied der Kappa-Sigma-Bruderschaft. Nach seinem Bachelor-Abschluss verbrachte er drei Jahre am Queen“s College in Oxford, wo er als einer der ersten Rhodes-Stipendiaten der Universität zunächst Rechtswissenschaften statt Naturwissenschaften studierte (als Versprechen an seinen sterbenden Vater) und später Literatur und Spanisch hinzufügte, um schließlich seinen Master-Abschluss zu machen.
1909 zog Hubbles Vater mit seiner Familie von Chicago nach Shelbyville, Kentucky, damit die Familie in einer Kleinstadt leben konnte, und ließ sich schließlich in der Nähe von Louisville nieder. Sein Vater starb im Winter 1913, während Edwin noch in England war. Im darauf folgenden Sommer kehrte Edwin nach Hause zurück, um sich zusammen mit seinem Bruder William um seine Mutter, seine beiden Schwestern und seinen jüngeren Bruder zu kümmern. Die Familie zog erneut in die Everett Avenue in Louisvilles Stadtteil Highlands, um Edwin und William unterzubringen.
Hubble war auch ein pflichtbewusster Sohn, der trotz seines intensiven Interesses an der Astronomie seit seiner Kindheit dem Wunsch seines Vaters nachkam, Jura zu studieren, zunächst an der Universität von Chicago und später in Oxford. In dieser Zeit belegte er auch einige mathematische und naturwissenschaftliche Kurse. Nach dem Tod seines Vaters im Jahr 1913 kehrte Edwin von Oxford in den Mittleren Westen zurück, hatte aber nicht die Motivation, als Anwalt zu arbeiten. Stattdessen unterrichtete er Spanisch, Physik und Mathematik an der New Albany High School in New Albany, Indiana, wo er auch die Basketballmannschaft der Jungen trainierte. Nach einem Jahr als Highschool-Lehrer nahm er mit Hilfe seines ehemaligen Professors von der University of Chicago ein Studium der Astronomie am Yerkes-Observatorium der Universität auf, wo er 1917 seinen Doktortitel erhielt. Seine Dissertation trug den Titel „Photographic Investigations of Faint Nebulae“ (Fotografische Untersuchungen schwacher Nebel). Am Yerkes-Observatorium hatte er Zugang zu einem der damals leistungsstärksten Teleskope der Welt, das über einen innovativen 24-Zoll-Reflektor (61 cm) verfügte.
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Doktoratsstudium
Nachdem die Vereinigten Staaten Deutschland 1917 den Krieg erklärt hatten, beeilte sich Hubble, seine Dissertation abzuschließen, um zum Militär gehen zu können. Hubble meldete sich freiwillig zur US-Armee und wurde der neu geschaffenen 86. Division zugeteilt, wo er im 2. Bataillon, Infanterieregiment 343, diente. Er stieg bis zum Rang eines Majors auf und wurde am 9. Juli 1918 für den Einsatz in Übersee für tauglich befunden, aber die 86th Division kam nie zum Einsatz. Nach dem Ende des Ersten Weltkriegs verbrachte Hubble ein Jahr an der Universität Cambridge, wo er seine Studien der Astronomie wieder aufnahm.
1919 bot George Ellery Hale, der Gründer und Direktor der Sternwarte, Hubble eine Stelle als Mitarbeiter am Mount Wilson Observatorium der Carnegie Institution for Science in der Nähe von Pasadena, Kalifornien, an. Hubble blieb bis zu seinem Tod im Jahr 1953 Mitarbeiter am Mount Wilson. Kurz vor seinem Tod war Hubble der erste Astronom, der das gerade fertiggestellte riesige Hale-Teleskop mit einem Durchmesser von 5,1 m (200 Zoll) am Palomar-Observatorium in der Nähe von San Diego, Kalifornien, benutzte.
Hubble arbeitete während des Zweiten Weltkriegs auch als Zivilist für die US-Armee auf dem Aberdeen Proving Ground in Maryland als Leiter der Abteilung für Außenballistik des Ballistik-Forschungslabors, wo er umfangreiche Forschungsarbeiten im Bereich der Außenballistik leitete, die die effektive Feuerkraft von Bomben und Geschossen erhöhten. Die herausragendste Entwicklung war die Hochgeschwindigkeits-Uhrenkamera, die die Untersuchung der Eigenschaften von Bomben und Geschossen mit geringer Geschwindigkeit im Flug ermöglichte. Die Ergebnisse seiner Studien trugen zu einer erheblichen Verbesserung der Konstruktion, Leistung und militärischen Wirksamkeit von Bomben und Raketen bei. Für seine Arbeit erhielt er die Auszeichnung der Verdienstlegion.
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Das Universum geht über die Milchstraße hinaus
Edwin Hubbles Ankunft am Mount Wilson Observatory in Kalifornien im Jahr 1919 fiel ungefähr mit der Fertigstellung des 2,5 m (100 Zoll) großen Hooker-Teleskops zusammen, das damals das größte der Welt war. Zu dieser Zeit herrschte die Ansicht vor, dass das Universum ausschließlich aus der Milchstraße besteht. Mit Hilfe des Hooker-Teleskops am Mount Wilson identifizierte Hubble Cepheid-Variable (eine Art Stern, der zur Bestimmung der Entfernung von der Galaxie verwendet wird – siehe auch Standardkerze) in mehreren Spiralnebeln, darunter der Andromedanebel und Triangulum. Seine Beobachtungen aus dem Jahr 1924 bewiesen eindeutig, dass diese Nebel viel zu weit entfernt waren, um Teil der Milchstraße zu sein, und dass es sich in Wirklichkeit um ganze Galaxien außerhalb unserer eigenen handelte, was von den Forschern mindestens seit 1755 vermutet wurde, als Immanuel Kants Allgemeine Geschichte der Natur und Theorie des Himmels erschien. Diese Idee wurde von vielen Vertretern des damaligen astronomischen Establishments abgelehnt, insbesondere von Harlow Shapley von der Harvard University. Trotz der Opposition veröffentlichte der damals 35-jährige Hubble seine Ergebnisse erstmals am 23. November 1924 in der New York Times und stellte sie dann auf der Tagung der American Astronomical Society am 1. Januar 1925 anderen Astronomen vor. Hubbles Ergebnisse für Andromeda wurden erst 1929 offiziell in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht.
Hubbles Entdeckungen haben die wissenschaftliche Sicht auf das Universum grundlegend verändert. Befürworter behaupten, dass Hubbles Entdeckung von Nebeln außerhalb unserer Galaxie den Weg für künftige Astronomen geebnet hat. Obwohl einige seiner renommierteren Kollegen seine Ergebnisse nur belächelten, veröffentlichte Hubble schließlich seine Erkenntnisse über Nebel. Diese Veröffentlichung brachte ihm eine Auszeichnung mit dem American Association Prize und fünfhundert Dollar von Burton E. Livingston vom Committee on Awards ein.
Hubble entwickelte auch das am häufigsten verwendete System zur Klassifizierung von Galaxien, indem er sie nach ihrem Aussehen auf fotografischen Bildern gruppierte. Er ordnete die verschiedenen Gruppen von Galaxien in der sogenannten Hubble-Sequenz an.
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Rotverschiebung nimmt mit der Entfernung zu
Hubble schätzte daraufhin die Entfernungen zu 24 außergalaktischen Nebeln, wobei er verschiedene Methoden anwandte. Im Jahr 1929 untersuchte Hubble die Beziehung zwischen diesen Entfernungen und ihren Radialgeschwindigkeiten, die er anhand ihrer Rotverschiebung bestimmt hatte. Heute weiß man, dass die von ihm geschätzten Entfernungen alle zu klein waren, und zwar um einen Faktor von etwa 7. Dies war auf Faktoren wie die Tatsache zurückzuführen, dass es zwei Arten von Cepheiden-Variablen gibt, oder auf die Verwechslung von hellen Gaswolken mit hellen Sternen. Seine Entfernungen waren jedoch mehr oder weniger proportional zu den tatsächlichen Entfernungen, und durch die Kombination seiner Entfernungen mit Messungen der Rotverschiebungen der Galaxien durch Vesto Slipher und seinen Assistenten Milton L. Humason fand er eine annähernd lineare Beziehung zwischen den Entfernungen der Galaxien und ihren Radialgeschwindigkeiten (korrigiert um die Sonnenbewegung), eine Entdeckung, die später als Hubble-Gesetz bekannt wurde.
Das heißt, je größer der Abstand zwischen zwei Galaxien ist, desto größer ist ihre relative Geschwindigkeit. Auf diese Weise interpretiert, führen Hubbles Messungen an 46 Galaxien zu einem Wert für die Hubble-Konstante von 500 kmsMpc, der aufgrund von Fehlern in den Entfernungskalibrierungen viel höher ist als die derzeit akzeptierten Werte von 74 kmsMpc (kosmische Entfernungsleitermethode) oder 68 kmsMpc (CMB-Methode).
Doch der Grund für die Rotverschiebung blieb unklar. Georges Lemaître, ein belgischer katholischer Priester und Physiker, sagte auf der Grundlage von Einsteins Gleichungen für die allgemeine Relativitätstheorie die Beziehung zwischen Rotverschiebung und Entfernung theoretisch voraus und veröffentlichte zwei Jahre vor der Entdeckung des Hubble-Gesetzes Beobachtungen, die dies bestätigten. Viele Kosmologen und Astronomen (Hubble blieb jedoch zeitlebens skeptisch gegenüber der Interpretation von Lemaître. Obwohl er in seiner Arbeit den Begriff „Geschwindigkeiten“ (und in der Einleitung „scheinbare Radialgeschwindigkeiten“) verwendete, äußerte er später Zweifel daran, diese als reale Geschwindigkeiten zu interpretieren. Im Jahr 1931 schrieb er einen Brief an den niederländischen Kosmologen Willem de Sitter, in dem er seine Meinung zur theoretischen Interpretation der Rotverschiebungs-Entfernungs-Beziehung äußerte:
„Herr Humason und ich sind beide sehr empfänglich für Ihre wohlwollende Würdigung der Arbeiten über Geschwindigkeiten und Entfernungen von Nebeln. Wir verwenden den Begriff “scheinbare“ Geschwindigkeiten, um die empirischen Merkmale der Korrelation zu betonen. Die Interpretation, so meinen wir, sollte Ihnen und den wenigen anderen überlassen bleiben, die in der Lage sind, diese Angelegenheit mit Autorität zu diskutieren.“
Heute werden die fraglichen „scheinbaren Geschwindigkeiten“ in der Regel als eine Zunahme des Eigenabstands betrachtet, die durch die Expansion des Universums entsteht. Licht, das sich durch eine expandierende Metrik bewegt, erfährt eine Rotverschiebung vom Hubble-Typ, ein Mechanismus, der sich etwas vom Dopplereffekt unterscheidet (obwohl die beiden Mechanismen durch eine Koordinatentransformation für nahe Galaxien zu äquivalenten Beschreibungen werden).
In den 1930er Jahren beschäftigte sich Hubble mit der Bestimmung der Verteilung von Galaxien und der räumlichen Krümmung. Diese Daten schienen darauf hinzudeuten, dass das Universum flach und homogen war, aber bei großen Rotverschiebungen gab es eine Abweichung von der Flachheit. Nach Allan Sandage,
„Hubble glaubte, dass seine Zähldaten ein vernünftigeres Ergebnis bezüglich der Raumkrümmung ergaben, wenn die Rotverschiebungskorrektur unter der Annahme einer nicht vorhandenen Rezession vorgenommen wurde. Bis zum Ende seiner Schriften hielt er an dieser Position fest, wobei er das Modell bevorzugte (oder zumindest offen hielt), in dem es keine echte Expansion gibt und die Rotverschiebung daher „ein bisher unerkanntes Naturprinzip“ darstellt.
Es gab methodische Probleme mit Hubbles Durchmusterungstechnik, die eine Abweichung von der Flachheit bei großen Rotverschiebungen zeigte. Albert Einstein hatte bereits 1917 festgestellt, dass seine neu entwickelte allgemeine Relativitätstheorie darauf hindeutet, dass das Universum entweder expandiert oder kontrahiert. Da er nicht glauben konnte, was ihm seine eigenen Gleichungen sagten, fügte Einstein eine kosmologische Konstante (einen „Fudge-Faktor“) in die Gleichungen ein, um dieses „Problem“ zu umgehen. Als Einstein von Hubbles Rotverschiebungen erfuhr, erkannte er sofort, dass die von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Expansion real sein musste, und in seinem späteren Leben sagte er, dass die Änderung seiner Gleichungen „der größte Fehler seines Lebens“ war. Tatsächlich soll Einstein Hubble einmal besucht und versucht haben, ihn davon zu überzeugen, dass das Universum expandiert.
Hubble entdeckte auch den Asteroiden 1373 Cincinnati am 30. August 1935. Im Jahr 1936 schrieb er die Bücher The Observational Approach to Cosmology und The Realm of the Nebulae, in denen er seine Ansätze in der außergalaktischen Astronomie und seine Sicht der Geschichte des Fachs erläuterte.
Im Dezember 1941 teilte Hubble der American Association for the Advancement of Science mit, dass die Ergebnisse einer sechsjährigen Untersuchung mit dem Mt.-Wilson-Teleskop die Theorie des expandierenden Universums nicht stützten. In einem Artikel der Los Angeles Times, in dem über Hubbles Ausführungen berichtet wurde, hieß es: „Die Nebel können nicht gleichmäßig verteilt sein, wie das Teleskop zeigt, und trotzdem zur Explosionsidee passen. Erklärungen, die versuchen, das zu umgehen, was das große Teleskop sieht, so Hubble, sind nicht haltbar. Die Explosion hätte zum Beispiel lange nach der Erschaffung der Erde beginnen müssen, möglicherweise sogar nach dem Auftreten des ersten Lebens auf der Erde.“ (Hubbles Schätzung dessen, was wir heute als Hubble-Konstante bezeichnen, würde den Urknall vor nur 2 Milliarden Jahren ansetzen.)
Hubble heiratete Grace Lillian (Burke) Leib (1889-1980), Tochter von John Patrick und Luella (Kepford) Burke, am 26. Februar 1924.
Hubble wurde als Christ erzogen, aber einige seiner späteren Aussagen lassen auf Unsicherheit schließen.
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Gesundheitsprobleme und Tod
Hubble erlitt im Juli 1949 während eines Urlaubs in Colorado einen Herzinfarkt. Er wurde von seiner Frau gepflegt und setzte seine Diät und sein Arbeitsprogramm fort. Er starb am 28. September 1953 in San Marino, Kalifornien, an einer Hirnthrombose (einem Blutgerinnsel in seinem Gehirn). Es fand keine Beerdigung statt, und seine Frau gab den Ort seiner Beisetzung nicht bekannt.
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Vorwürfe bezüglich der Priorität von Lemaître
Im Jahr 2011 berichtete die Zeitschrift Nature über Behauptungen, Hubble habe eine Rolle bei der Kürzung wichtiger Teile der Übersetzung von Lemaîtres Arbeit aus dem Jahr 1927 gespielt, in der das so genannte Hubble-Gesetz formuliert und durch Beobachtungen belegt wurde. Die in dem Artikel zitierten Historiker waren skeptisch, dass die Redigierungen Teil einer Kampagne waren, um Hubble den Vorrang zu sichern. Der Beobachtungsastronom Sidney van den Bergh veröffentlichte jedoch einen Artikel, in dem er die Vermutung äußerte, dass die Auslassungen zwar von einem Übersetzer vorgenommen worden sein könnten, dass sie aber dennoch beabsichtigt waren.
Im November 2011 berichtete der Astronom Mario Livio in Nature, dass Dokumente aus dem Lemaître-Archiv belegen, dass die Redigierung tatsächlich von Lemaître selbst vorgenommen wurde, der offenbar wenig Sinn darin sah, wissenschaftliche Inhalte aufzunehmen, die bereits von Hubble berichtet worden waren. Dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass Lemaître zwei Jahre (1927) vor Hubble (1929) in französischer Sprache veröffentlichte, ohne solche Auslassungen vorzunehmen.
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Versuch, den Nobelpreis zu erhalten
Zu dieser Zeit wurden mit dem Nobelpreis für Physik keine Arbeiten aus dem Bereich der Astronomie anerkannt. Hubble verbrachte einen Großteil des späteren Teils seiner Karriere damit, die Astronomie als Teilgebiet der Physik und nicht als eigenständige Wissenschaft zu betrachten. Er tat dies vor allem deshalb, damit Astronomen – einschließlich seiner selbst – vom Nobelpreiskomitee für ihre wertvollen Beiträge zur Astrophysik anerkannt werden konnten. Diese Kampagne war zu Hubbles Lebzeiten erfolglos, aber kurz nach seinem Tod beschloss das Nobelpreiskomitee, dass astronomische Arbeiten für den Physikpreis in Frage kommen würden. Allerdings kann der Preis nicht posthum verliehen werden.
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Stempel
Am 6. März 2008 veröffentlichte der United States Postal Service eine 41-Cent-Briefmarke zu Ehren von Hubble auf einem Bogen mit dem Titel „American Scientists“, der vom Künstler Victor Stabin gestaltet wurde.
Der Astronom Edwin Hubble (1889-1953), der oft als „Pionier der fernen Sterne“ bezeichnet wird, spielte eine entscheidende Rolle bei der Entschlüsselung der riesigen und komplexen Natur des Universums. Seine akribischen Studien von Spiralnebeln bewiesen die Existenz von anderen Galaxien als unserer eigenen Milchstraße. Wäre er nicht 1953 plötzlich gestorben, hätte Hubble in diesem Jahr den Nobelpreis für Physik erhalten.
(Es sei darauf hingewiesen, dass die Behauptung, er hätte 1953 den Nobelpreis gewonnen, wahrscheinlich falsch ist, obwohl er in diesem Jahr für den Preis nominiert war).
Zu den anderen Wissenschaftlern auf dem Blatt „American Scientists“ gehören Gerty Cori, Biochemikerin, Linus Pauling, Chemiker, und John Bardeen, Physiker.
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Andere bemerkenswerte Auftritte
In der 1980 gedrehten Dokumentation Cosmos: A Personal Voyage“ des Astronomen Carl Sagan werden Hubbles Leben und Werk in Folge 10: „The Edge of Forever“ (Der Rand der Ewigkeit) gezeigt.
Das von dem Cornell-Physiker Hasan Padamsee geschriebene Theaterstück „Der Geburtstag der Schöpfung“ erzählt die Lebensgeschichte von Hubble.
Quellen
