Edwin Hubble
gigatos | 3 maaliskuun, 2022
Yhteenveto
Edwin Powell Hubble (20. marraskuuta 1889 – 28. syyskuuta 1953) oli yhdysvaltalainen tähtitieteilijä. Hänellä oli ratkaiseva rooli ekstragalaktisen tähtitieteen ja havaintokosmologian alojen perustamisessa.
Hubble osoitti, että monet aiemmin pöly- ja kaasupilviksi luullut ja ”tähtisumuiksi” luokitellut kohteet olivat todellisuudessa Linnunradan ulkopuolisia galakseja. Hän käytti klassisen kefeidimuuttujan valovoiman ja pulssijakson (jonka Henrietta Swan Leavitt löysi vuonna 1908) välistä vahvaa suoraa yhteyttä galaktisten ja ekstragalaktisten etäisyyksien skaalaamiseen.
Hubble toimitti todisteita siitä, että galaksin taittumisnopeus kasvaa sen etäisyyden kasvaessa maapallosta, ja tämä ominaisuus tunnetaan nykyään Hubblen lakina, vaikka Georges Lemaître oli esittänyt sen ja osoittanut sen havainnollisesti kaksi vuotta aiemmin. Hubble-Lemaîtren laki merkitsee, että maailmankaikkeus laajenee. Kymmenen vuotta aiemmin amerikkalainen tähtitieteilijä Vesto Slipher oli toimittanut ensimmäiset todisteet siitä, että monien näiden tähtisumujen valo oli voimakkaasti punasiirtynyttä, mikä oli merkki suurista taantumisnopeuksista.
Hubblen nimi tunnetaan laajimmin Hubble-avaruusteleskoopista, joka on nimetty hänen kunniakseen ja jonka pienoismalli on näkyvästi esillä hänen kotikaupungissaan Marshfieldissä, Missourissa.
Edwin Hubble syntyi Virginia Lee Hubblen (o.s. James) (1864-1934) ja vakuutusjohtaja John Powell Hubblen lapsena Marshfieldissä, Missourissa, ja muutti Wheatoniin, Illinoisin osavaltioon, vuonna 1900. Nuorempana hänet huomattiin enemmän urheilullisesta taitavuudestaan kuin älyllisistä kyvyistään, vaikka hän saikin hyviä arvosanoja jokaisesta oppiaineesta paitsi oikeinkirjoituksesta. Edwin oli lahjakas urheilija, joka pelasi baseballia, jalkapalloa ja juoksi juoksuratoja sekä lukiossa että yliopistossa. Hän voitti seitsemän ensimmäistä sijaa ja yhden kolmannen sijaa lukion yleisurheilukilpailussa vuonna 1906, ja hän pelasi koripallokentällä eri paikoissa sentteristä heittopuolustajaan. Hubble johti Chicagon yliopiston koripallojoukkueen ensimmäiseen konferenssin mestaruuteen vuonna 1907.
Lue myös, elamakerrat – Anthony Eden
Perustutkinto-opinnot
Hubblen opinnot Chicagon yliopistossa keskittyivät oikeustieteeseen, ja hän suoritti luonnontieteiden kandidaatin tutkinnon vuonna 1910. Hubblesta tuli myös Kappa Sigma -veljeskunnan jäsen. Rhodes-stipendiaattina hän opiskeli kolme vuotta Oxfordin Queen”s Collegessa luonnontieteiden sijasta oikeustiedettä (lupauksena kuolevalle isälleen), ja myöhemmin hän lisäsi opintojaan kirjallisuuteen ja espanjaan ja suoritti lopulta maisterin tutkinnon.
Vuonna 1909 Hubblen isä muutti perheensä Chicagosta Shelbyvilleen, Kentuckyyn, jotta perhe voisi asua pienessä kaupungissa, ja asettui lopulta läheiseen Louisvilleen. Hänen isänsä kuoli talvella 1913, kun Edwin oli vielä Englannissa. Seuraavana kesänä Edwin palasi kotiin huolehtimaan äidistään, kahdesta siskostaan ja nuoremmasta veljestään sekä veljestään Williamista. Perhe muutti jälleen kerran Everett Avenuelle, Louisvillen Highlandsin kaupunginosaan, Edwinin ja Williamin vuoksi.
Hubble oli myös velvollisuudentuntoinen poika, joka, vaikka hän oli jo lapsesta asti ollut erittäin kiinnostunut tähtitieteestä, suostui isänsä pyyntöön opiskella oikeustiedettä ensin Chicagon yliopistossa ja myöhemmin Oxfordissa. Tänä aikana hän suoritti myös joitakin matematiikan ja luonnontieteiden kursseja. Isänsä kuoltua vuonna 1913 Edwin palasi Oxfordista Keskilänteen, mutta hänellä ei ollut motivaatiota harjoittaa lakia. Sen sijaan hän ryhtyi opettamaan espanjaa, fysiikkaa ja matematiikkaa New Albanyn lukiossa New Albanyssa Indianassa, jossa hän myös valmensi poikien koripallojoukkuetta. Vuoden lukio-opettajuuden jälkeen hän siirtyi Chicagon yliopiston entisen professorinsa avustuksella jatko-opiskelemaan tähtitiedettä yliopiston Yerkesin observatoriossa, jossa hän väitteli tohtoriksi vuonna 1917. Hänen väitöskirjansa otsikko oli ”Photographic Investigations of Faint Nebulae”. Yerkesissä hänellä oli käytettävissään yksi maailman tehokkaimmista teleskoopeista siihen aikaan, jossa oli innovatiivinen 24 tuuman (61 cm) heijastin.
Lue myös, elamakerrat – Ptolemaios III
Tohtoriopinnot
Kun Yhdysvallat julisti sodan Saksalle vuonna 1917, Hubble kiirehti saamaan väitöskirjansa valmiiksi, jotta hän voisi liittyä armeijaan. Hubble ilmoittautui vapaaehtoiseksi Yhdysvaltain armeijaan, ja hänet määrättiin vasta perustettuun 86. divisioonaan, jossa hän palveli 343. jalkaväkirykmentin 2. pataljoonassa. Hän nousi majurin arvoon, ja hänet todettiin sopivaksi ulkomaankomennukselle 9. heinäkuuta 1918, mutta 86. divisioona ei koskaan nähnyt taistelua. Ensimmäisen maailmansodan päätyttyä Hubble vietti vuoden Cambridgen yliopistossa, jossa hän jatkoi tähtitieteen opintojaan.
Vuonna 1919 observatorion perustaja ja johtaja George Ellery Hale tarjosi Hubbylle työpaikkaa Carnegie Institution for Science -instituutin Mount Wilsonin observatoriossa Pasadenan lähellä Kaliforniassa. Hubble työskenteli Mount Wilsonin observatoriossa kuolemaansa asti vuonna 1953. Vähän ennen kuolemaansa Hubblesta tuli ensimmäinen tähtitieteilijä, joka käytti juuri valmistunutta jättimäistä 200 tuuman (5,1 m) heijastin-Hale-teleskooppia Palomarin observatoriossa San Diegon lähellä Kaliforniassa.
Hubble työskenteli myös siviilinä Yhdysvaltain armeijan Aberdeen Proving Groundissa Marylandissa toisen maailmansodan aikana ballistiikan tutkimuslaboratorion ulkoisen ballistiikan osaston päällikkönä, jonka aikana hän johti suurta määrää ulkoisen ballistiikan tutkimusta, joka lisäsi pommien ja ammusten tehokasta tulivoimaa. Hänen työtään helpotti se, että hän itse kehitti useita laitteita ulkoballistiikassa käytettäviä mittalaitteita varten, joista merkittävin oli suurnopeuskellokamera, joka mahdollisti pommien ja piennopeusammusten ominaisuuksien tutkimisen lennossa. Hänen tutkimustensa tulosten ansiosta pommien ja rakettien suunnittelu, suorituskyky ja sotilaallinen tehokkuus paranivat huomattavasti. Hän sai työstään Legion of Merit -palkinnon.
Maailmankaikkeus ulottuu Linnunratagalaksin ulkopuolelle
Edwin Hubble saapui Mount Wilsonin observatorioon Kaliforniassa vuonna 1919 suunnilleen samaan aikaan, kun maailman suurimman 100 tuuman (2,5 m) Hooker-teleskooppi valmistui. Tuohon aikaan vallitseva käsitys kosmoksesta oli, että maailmankaikkeus koostui yksinomaan Linnunradan galaksista. Hooker-teleskoopin avulla Mount Wilson -vuorella Hubble tunnisti kefeidimuuttujia (eräänlainen tähti, jota käytetään apuna galaksin etäisyyden määrittämisessä – katso myös vakiokynttilä) useissa spiraalisumuissa, kuten Andromedan tähtisumussa ja Triangulumissa. Hänen vuonna 1924 tekemänsä havainnot osoittivat vakuuttavasti, että nämä tähtisumut olivat aivan liian kaukana ollakseen osa Linnunrataa ja että ne olivat itse asiassa kokonaisia galakseja oman galaksimme ulkopuolella, mitä tutkijat olivat epäilleet ainakin jo vuonna 1755, jolloin ilmestyi Immanuel Kantin teos Yleinen luonnonhistoria ja teoria taivaankappaleista. Tätä ajatusta olivat vastustaneet monet silloisessa tähtitieteen laitoksessa, erityisesti Harvardin yliopistossa toimiva Harlow Shapley. Vastustuksesta huolimatta Hubble, tuolloin 35-vuotias tiedemies, julkaisi havaintonsa ensimmäisen kerran The New York Times -lehdessä 23. marraskuuta 1924 ja esitteli ne sitten muille tähtitieteilijöille American Astronomical Societyn kokouksessa 1. tammikuuta 1925. Hubblen Andromedaa koskevat tulokset julkaistiin virallisesti vertaisarvioidussa tieteellisessä lehdessä vasta vuonna 1929.
Hubblen havainnot muuttivat perusteellisesti tieteellistä näkemystä maailmankaikkeudesta. Kannattajat toteavat, että Hubblen löytö galaksimme ulkopuolisista tähtisumuista auttoi tasoittamaan tietä tuleville tähtitieteilijöille. Vaikka jotkut hänen nimekkäämmät kollegansa vain pilkkasivat hänen tuloksiaan, Hubble päätyi lopulta julkaisemaan havaintonsa tähtisumuista. Tämä julkaistu työ toi hänelle palkinnon nimeltä American Association Prize ja viisisataa dollaria palkintokomitean Burton E. Livingstonilta.
Hubble kehitti myös yleisimmin käytetyn galaksien luokittelujärjestelmän, jossa galaksit ryhmitellään sen mukaan, miltä ne näyttävät valokuvissa. Hän järjesti eri galaksiryhmät niin sanottuun Hubble-sekvenssiin.
Lue myös, elamakerrat – Yves Klein
Punasiirtymä kasvaa etäisyyden myötä
Hubble jatkoi 24 galaksin ulkopuolisen tähtisumun etäisyyksien arviointia käyttäen erilaisia menetelmiä. Vuonna 1929 Hubble tutki näiden etäisyyksien ja niiden punasiirtymien perusteella määritettyjen radiaalinopeuksien välistä suhdetta. Hänen arvioimiensa etäisyyksien tiedetään nyt olevan liian pieniä, jopa noin 7-kertaisia. Tämä johtui muun muassa siitä, että on olemassa kahdenlaisia kefeidimuuttujia tai että kirkkaita kaasupilviä sekoitettiin kirkkaisiin tähtiin. Hänen etäisyytensä olivat kuitenkin jokseenkin verrannollisia todellisiin etäisyyksiin, ja kun hän yhdisti etäisyytensä Vesto Slipherin ja avustajansa Milton L. Humasonin tekemiin galaksien punasiirtymämittauksiin, hän löysi suunnilleen lineaarisen suhteen galaksien etäisyyksien ja niiden (auringon liikkeellä korjattujen) säteittäisten nopeuksien välillä. Tämä havainto tunnettiin myöhemmin nimellä Hubblen laki.
Tämä tarkoitti sitä, että mitä suurempi etäisyys kahden galaksin välillä on, sitä suurempi on niiden suhteellinen eronopeus. Näin tulkittuna Hubblen 46 galaksista tekemät mittaukset johtavat Hubble-vakiolle arvoon 500 km
Punasiirtymän syy jäi kuitenkin epäselväksi. Belgialainen katolinen pappi ja fyysikko Georges Lemaître ennusti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöihin perustuvan punasiirtymä-etäisyys-suhteen teoreettisin perustein ja julkaisi havaintotietoa sen tueksi kaksi vuotta ennen Hubblen lain löytymistä. Monet kosmologit ja tähtitieteilijät (Hubble kuitenkin epäili Lemaîtren tulkintaa koko elämänsä ajan. Vaikka hän käytti artikkelissaan termiä ”nopeudet” (ja johdannossa termiä ”näennäinen radiaalinopeus”), hän ilmaisi myöhemmin epäilyksensä siitä, tulkittiinko nämä todellisiksi nopeuksiksi. Vuonna 1931 hän kirjoitti hollantilaiselle kosmologille Willem de Sitterille kirjeen, jossa hän ilmaisi mielipiteensä punasiirtymä-etäisyys-suhteen teoreettisesta tulkinnasta:
”Herra Humason ja minä olemme molemmat syvästi kiitollisia siitä, että arvostatte ystävällisesti sumujen nopeuksia ja etäisyyksiä käsitteleviä artikkeleita. Käytämme termiä ”näennäiset” nopeudet korostaaksemme korrelaation empiirisiä piirteitä. Tulkinta olisi mielestämme jätettävä teille ja niille harvoille muille, jotka ovat päteviä keskustelemaan asiasta arvovaltaisesti.””
Nykyään kyseiset ”näennäisnopeudet” ajatellaan yleensä ominaisten etäisyyksien kasvuna, joka johtuu maailmankaikkeuden laajenemisesta. Laajenevan metriikan läpi kulkeva valo kokee Hubble-tyyppisen punasiirtymän, joka on hieman erilainen mekanismi kuin Doppler-ilmiö (vaikka näistä kahdesta mekanismista tulee toisiaan vastaavia kuvauksia, jotka liittyvät toisiinsa koordinaattimuunnoksen avulla läheisten galaksien osalta).
1930-luvulla Hubble osallistui galaksien jakautumisen ja avaruuden kaarevuuden määrittämiseen. Nämä tiedot näyttivät osoittavan, että maailmankaikkeus oli litteä ja homogeeninen, mutta suurilla punasiirtymillä oli havaittavissa poikkeama litteydestä. Allan Sandagen mukaan,
”Hubble uskoi, että hänen laskentatietonsa antoivat järkevämmän tuloksen avaruuden kaarevuudesta, jos punasiirtymäkorjaus tehtiin olettaen, ettei taantumaa esiinny. Kirjoitustensa loppuun asti hän piti kiinni tästä kannasta ja suosi (tai ainakin piti avoimena) mallia, jossa todellista laajenemista ei ole, ja että punasiirtymä siis ”edustaa tähän asti tunnustamatonta luonnonperiaatetta”.”
Hubblen tutkimustekniikassa oli metodologisia ongelmia, jotka osoittivat poikkeaman litteydestä suurilla punasiirtymillä. Erityisesti tekniikka ei ottanut huomioon galaksien valovoiman muutoksia, jotka johtuivat galaksien kehityksestä.Albert Einstein oli aiemmin vuonna 1917 todennut, että hänen äskettäin kehittämänsä yleinen suhteellisuusteoria osoitti, että maailmankaikkeuden on joko laajennuttava tai supistuttava. Koska Einstein ei kyennyt uskomaan, mitä hänen omat yhtälönsä kertoivat hänelle, hän otti yhtälöihin käyttöön kosmologisen vakion (ns. fudge-kertoimen) välttääkseen tämän ”ongelman”. Kun Einstein sai tietää Hubblen punasiirtymistä, hän tajusi heti, että yleisen suhteellisuusteorian ennustaman laajenemisen täytyi olla todellista, ja myöhemmässä elämässään hän sanoi, että hänen yhtälöidensä muuttaminen oli ”elämänsä suurin moka”. Itse asiassa Einstein ilmeisesti vieraili kerran Hubblen luona ja yritti vakuuttaa hänelle, että maailmankaikkeus laajenee.
Hubble löysi myös asteroidin 1373 Cincinnati 30. elokuuta 1935. Vuonna 1936 hän kirjoitti teokset The Observational Approach to Cosmology ja The Realm of the Nebulae, joissa hän selvitti lähestymistapojaan galaksin ulkopuoliseen tähtitieteeseen ja näkemyksiään aiheen historiasta.
Joulukuussa 1941 Hubble raportoi American Association for the Advancement of Science -järjestölle, että Wilsonin vuoren teleskoopilla tehdyn kuuden vuoden mittauksen tulokset eivät tukeneet maailmankaikkeuden laajenemisen teoriaa. Hubblen huomautuksista kertovan Los Angeles Timesin artikkelin mukaan ”tähtisumut eivät voineet olla tasaisesti jakautuneita, kuten teleskooppi osoittaa niiden olevan, ja silti sopia räjähdysideaan. Hän sanoi, että selitykset, jotka yrittävät kiertää sen, mitä suuri teleskooppi näkee, eivät kestä. Räjähdyksen olisi esimerkiksi pitänyt alkaa kauan sen jälkeen, kun maapallo oli luotu, ja mahdollisesti jopa sen jälkeen, kun ensimmäinen elämä ilmestyi tänne.” (Hubblen arvion mukaan, jota nykyään kutsutaan Hubble-vakioksi, alkuräjähdys tapahtui vain 2 miljardia vuotta sitten.)
Hubble avioitui 26. helmikuuta 1924 Grace Lillian (Burke) Leibin (1889-1980) kanssa, joka oli John Patrick ja Luella (Kepford) Burken tytär.
Hubble kasvatettiin kristityksi, mutta jotkin hänen myöhemmistä lausunnoistaan viittaavat epävarmuuteen.
Lue myös, elamakerrat – Mark Rothko
Terveysongelmat ja kuolema
Hubble sai sydänkohtauksen heinäkuussa 1949 ollessaan lomalla Coloradossa. Vaimo huolehti hänestä, ja hän jatkoi ruokavaliota ja työaikataulua. Hän kuoli aivotromboosiin (veritulppa aivoissa) 28. syyskuuta 1953 San Marinossa Kaliforniassa. Hänelle ei järjestetty hautajaisia, eikä hänen vaimonsa koskaan paljastanut hautapaikkaa.
Lue myös, taistelut – Katalaunien kenttien taistelu
Lemaîtren ensisijaisuutta koskevat syytökset
Vuonna 2011 Nature-lehti kertoi väitteistä, joiden mukaan Hubble oli ollut mukana muokkaamassa keskeisiä osia Lemaîtren vuonna 1927 julkaisemasta käännöksestä, jossa esitettiin se, mitä nykyään kutsutaan Hubblen laiksi, ja annettiin myös havainnollisia todisteita siitä. Artikkelissa mainitut historioitsijat epäilivät, että muokkaukset olivat osa kampanjaa, jolla pyrittiin varmistamaan, että Hubble pysyi etusijalla. Havaintotähtitieteilijä Sidney van den Bergh kuitenkin julkaisi artikkelin, jossa hän ehdotti, että vaikka poisjättäminen saattoi olla kääntäjän tekemä, se saattoi silti olla tahallista.
Marraskuussa 2011 tähtitieteilijä Mario Livio kertoi Nature-lehdessä, että Lemaîtren arkistossa olevat asiakirjat osoittivat, että Lemaître oli itse tehnyt korjauksen, sillä hän ei ilmeisesti nähnyt mitään järkeä sisällyttää siihen tieteellistä sisältöä, jonka Hubble oli jo raportoinut. Tämä ei kuitenkaan vähennä sitä tosiasiaa, että Lemaître julkaisi ranskankielisen teoksensa ilman tällaisia puutteita kaksi vuotta (1927) ennen Hubblea (1929).
Lue myös, elamakerrat – Stephen Hawking
Yritys saada Nobel-palkinto
Tuolloin fysiikan Nobel-palkinto ei tunnustanut tähtitieteen alalla tehtyä työtä. Hubble käytti suuren osan uransa myöhemmästä ajasta yrittäessään saada tähtitieteen katsottua fysiikan osa-alueeksi sen sijaan, että se olisi oma tieteenalansa. Hän teki tämän pitkälti siksi, että Nobel-palkintokomitea voisi tunnustaa tähtitieteilijöiden – myös hänen itsensä – arvokkaan panoksen astrofysiikan alalla. Kampanja ei onnistunut Hubblen elinaikana, mutta pian hänen kuolemansa jälkeen Nobel-palkintolautakunta päätti, että tähtitieteellinen työ olisi oikeutettu fysiikan palkinnon saamiseen. Palkintoa ei kuitenkaan voida myöntää postuumisti.
Lue myös, elamakerrat – Cosimo I de’ Medici
Leima
Yhdysvaltojen postilaitos julkaisi 6. maaliskuuta 2008 Hubblea kunnioittavan 41 sentin postimerkin taiteilija Victor Stabinin suunnittelemalla ”American Scientists” -arkilla.
Tähtitieteilijä Edwin Hubble (1889-1953), jota usein kutsutaan ”kaukana olevien tähtien pioneeriksi”, oli keskeisessä asemassa maailmankaikkeuden laajan ja monimutkaisen luonteen tulkinnassa. Hänen huolelliset spiraalisumujen tutkimuksensa osoittivat, että on muitakin galakseja kuin oma Linnunratamme. Jos Hubble ei olisi kuollut yllättäen vuonna 1953, hän olisi saanut samana vuonna Nobelin fysiikan palkinnon.
(Huomattakoon, että väite, jonka mukaan hän olisi voittanut Nobel-palkinnon vuonna 1953, on todennäköisesti väärä, vaikka hän oli ehdolla palkinnon saajaksi kyseisenä vuonna.)
Muita tiedemiehiä ”American Scientists” -listalla ovat biokemisti Gerty Cori, kemisti Linus Pauling ja fyysikko John Bardeen.
Lue myös, elamakerrat – Whitney Houston
Muita merkittäviä esiintymisiä
Vuonna 1980 julkaistussa dokumentissa Cosmos: A Personal Voyage, jonka on kirjoittanut tähtitieteilijä Carl Sagan, Hubblen elämää ja työtä kuvataan näytöllä jaksossa 10: ”The Edge of Forever”.
Cornellin fyysikon Hasan Padamseen kirjoittama näytelmä Creation”s Birthday kertoo Hubblen elämäntarinan.
lähteet
