Edwin Hubble

gigatos | december 24, 2021

Post Views: 148

Samenvatting

Edwin Powell Hubble (20 november 1889 – 28 september 1953) was een Amerikaans astronoom. Hij speelde een cruciale rol bij de totstandkoming van het vakgebied van de extragalactische astronomie en de observationele kosmologie.

Hubble bewees dat veel objecten waarvan men vroeger dacht dat het wolken van stof en gas waren en die als “nevels” werden geclassificeerd, in werkelijkheid sterrenstelsels buiten de Melkweg waren. Hij gebruikte de sterke directe relatie tussen de lichtkracht van een klassieke cepheïde en de pulsatieperiode (in 1908 ontdekt door Henrietta Swan Leavitt) voor het schatten van galactische en extragalactische afstanden.

Hubble leverde het bewijs dat de vluchtsnelheid van een sterrenstelsel toeneemt met de afstand tot de aarde, een eigenschap die nu bekend staat als “de wet van Hubble”, ondanks het feit dat deze twee jaar eerder al was voorgesteld en waargenomen door Georges Lemaître. De wet van Hubble en Lemaître impliceert dat het heelal aan het uitdijen is. Een decennium eerder had de Amerikaanse astronoom Vesto Slipher voor het eerst aangetoond dat het licht van veel van deze nevels sterk roodverschoven was, wat duidt op hoge vluchtsnelheden.

Hubble”s naam is het meest bekend vanwege de Hubble-ruimtetelescoop, die naar hem is genoemd en waarvan een model prominent aanwezig is in zijn geboorteplaats Marshfield, Missouri.

Edwin Hubble werd geboren als zoon van Virginia Lee Hubble (James) (1864-1934) en John Powell Hubble, een verzekeringsagent, in Marshfield, Missouri, en verhuisde in 1900 naar Wheaton, Illinois. In zijn jonge jaren stond hij meer bekend om zijn atletische dan zijn intellectuele vaardigheden, hoewel hij goede cijfers haalde voor elk vak behalve spelling. Edwin was een begenadigd atleet. Hij speelde honkbal, voetbal en atletiek op zowel de middelbare school als de universiteit. Hij speelde verschillende posities op het basketbalveld, van center tot shooting guard. Hubble leidde zelfs het basketbalteam van de Universiteit van Chicago naar hun eerste conferentietitel in 1907. Hij won zeven eerste plaatsen en een derde plaats in een enkele high school track and field meet in 1906.

Studies

Hubble studeerde rechten aan de Universiteit van Chicago, wat in 1910 resulteerde in een bachelorgraad in de rechten. Hubble werd ook lid van de Kappa Sigma Broederschap. Na het behalen van zijn bachelor studeerde hij drie jaar aan The Queen”s College in Oxford als een van de eerste Rhodes Scholars van de universiteit. Aanvankelijk studeerde hij jurisprudentie in plaats van natuurwetenschappen (als belofte aan zijn stervende vader), later voegde hij literatuur en Spaans toe en behaalde uiteindelijk zijn mastergraad.

In 1909 verhuisde Hubble”s vader zijn gezin van Chicago naar Shelbyville, Kentucky, zodat het gezin in een kleine stad kon wonen. Uiteindelijk vestigde hij zich in het nabijgelegen Louisville. Zijn vader stierf in de winter van 1913, terwijl Edwin nog in Engeland was. In de daaropvolgende zomer keerde Edwin terug naar huis om voor zijn moeder, twee zusters en jongere broer te zorgen, samen met zijn broer William. Het gezin verhuisde opnieuw naar Everett Avenue, in Louisville”s Highlands buurt, om plaats te bieden aan Edwin en William.

Hubble was ook een plichtsgetrouwe zoon, die ondanks zijn intense belangstelling voor astronomie van jongs af aan, inging op het verzoek van zijn vader om rechten te gaan studeren, eerst aan de Universiteit van Chicago en later in Oxford. In die tijd volgde hij ook enkele cursussen wiskunde en wetenschappen. Na de dood van zijn vader in 1913 keerde Edwin vanuit Oxford terug naar de Midwest, maar hij had niet de motivatie om rechten te gaan studeren. In plaats daarvan ging hij Spaans, natuurkunde en wiskunde doceren aan de New Albany High School in New Albany, Indiana, waar hij ook het basketbalteam van de jongens coachte. Na een jaar les te hebben gegeven aan de middelbare school, ging hij met de hulp van zijn vroegere professor van de Universiteit van Chicago astronomie studeren aan het Yerkes Observatory van de universiteit, waar hij in 1917 zijn doctoraal behaalde. Zijn proefschrift was getiteld “Photographic Investigations of Faint Nebulae”. In Yerkes had hij toegang tot een van de krachtigste telescopen ter wereld in die tijd, met een innovatieve 24 inch (61 cm) reflector.

Lees ook: biografieen – Virginia Woolf

Doctorale studies

Nadat de Verenigde Staten Duitsland in 1917 de oorlog verklaarden, haastte Hubble zich om zijn proefschrift af te ronden zodat hij zich bij het leger kon aansluiten. Hubble meldde zich als vrijwilliger bij het Amerikaanse leger en werd ingedeeld bij de pas opgerichte 86e Divisie, waar hij diende bij het 2e Bataljon, 343 Infanterieregiment. Hij bereikte de rang van majoor en werd op 9 juli 1918 geschikt bevonden voor overzeese dienst, maar de 86e Divisie heeft nooit gevechten gezien. Na het einde van de Eerste Wereldoorlog bracht Hubble een jaar door aan de universiteit van Cambridge, waar hij zijn studie van de astronomie hervatte.

In 1919 kreeg Hubble van George Ellery Hale, de oprichter en directeur van het observatorium, een baan aangeboden bij de staf van het Carnegie Institution for Science”s Mount Wilson Observatory, nabij Pasadena, Californië. Hubble bleef tot zijn dood in 1953 in dienst bij Mount Wilson. Kort voor zijn dood werd Hubble de eerste astronoom die gebruik maakte van de pas voltooide reusachtige reflector Hale-telescoop van 5,1 m (200 inch) in het Palomar Observatory bij San Diego, Californië.

Hubble werkte tijdens de Tweede Wereldoorlog ook als burger voor het Amerikaanse leger op de Aberdeen Proving Ground in Maryland als hoofd van de External Ballistics Branch van het Ballistics Research Laboratory, waar hij leiding gaf aan veel onderzoek op het gebied van uitwendige ballistiek, waardoor de effectieve vuurkracht van bommen en projectielen toenam. Zijn werk werd vergemakkelijkt door zijn persoonlijke ontwikkeling van verschillende uitrustingsstukken voor de instrumenten die bij de ballistiek werden gebruikt. De meest opmerkelijke ontwikkeling was de hogesnelheids-klokcamera, die de bestudering mogelijk maakte van de kenmerken van bommen en projectielen met lage snelheid tijdens de vlucht. De resultaten van zijn studies hebben het ontwerp, de prestaties en de militaire doeltreffendheid van bommen en raketten aanzienlijk verbeterd. Voor zijn werk daar ontving hij de Legion of Merit onderscheiding.

Het heelal gaat verder dan het Melkwegstelsel

Edwin Hubble kwam in 1919 naar het Mount Wilson Observatory in Californië, ongeveer tegelijk met de voltooiing van de Hooker-telescoop van 2,5 m (100 inch), destijds de grootste ter wereld. In die tijd was de heersende opvatting over de kosmos dat het heelal geheel bestond uit het Melkwegstelsel. Met behulp van de Hooker-telescoop op Mount Wilson identificeerde Hubble cepheïden (een soort ster die wordt gebruikt als middel om de afstand tot het melkwegstelsel te bepalen – zie ook standaardkaars) in verschillende spiraalnevels, waaronder de Andromedanevel en Triangulum. Zijn waarnemingen, gedaan in 1924, bewezen onomstotelijk dat deze nevels veel te ver weg waren om deel uit te maken van de Melkweg en in feite complete melkwegstelsels buiten het onze waren, hetgeen onderzoekers al minstens vanaf 1755 vermoedden, toen Immanuel Kants Algemene Geschiedenis van de Natuur en Theorie van de Hemelen verscheen. Dit idee stuitte op verzet bij velen in het astronomische establishment van die tijd, met name bij Harvard University-afgevaardigde Harlow Shapley. Ondanks de tegenstand liet Hubble, toen een vijfendertigjarige wetenschapper, zijn bevindingen voor het eerst publiceren in The New York Times op 23 november 1924, en presenteerde ze vervolgens aan andere astronomen op de bijeenkomst van de American Astronomical Society op 1 januari 1925. Hubble”s resultaten voor Andromeda werden pas in 1929 officieel gepubliceerd in een door vakgenoten beoordeeld wetenschappelijk tijdschrift.

Hubble”s bevindingen veranderden fundamenteel de wetenschappelijke kijk op het heelal. Voorstanders stellen dat Hubble”s ontdekking van nevels buiten ons melkwegstelsel de weg vrijmaakte voor toekomstige astronomen. Hoewel sommige van zijn meer gerenommeerde collega”s zijn resultaten gewoon bespotten, publiceerde Hubble uiteindelijk toch zijn bevindingen over nevels. Dit gepubliceerde werk leverde hem een prijs op, de American Association Prize en vijfhonderd dollar van Burton E. Livingston van het Committee on Awards.

Hubble bedacht ook het meest gebruikte systeem voor het classificeren van sterrenstelsels, door ze te groeperen op basis van hun verschijning op fotografische beelden. Hij rangschikte de verschillende groepen sterrenstelsels in wat bekend werd als de Hubble-reeks.

Lees ook: mythologie-nl – Dionysos (mythologie)

Roodverschuiving neemt toe met de afstand

Hubble ging verder met het schatten van de afstanden tot 24 extra-galactische nevels, met behulp van een verscheidenheid aan methoden. In 1929 onderzocht Hubble het verband tussen deze afstanden en hun radiale snelheden zoals bepaald uit hun roodverschuivingen. Het is nu bekend dat zijn geschatte afstanden allemaal te klein zijn, tot een factor van ongeveer 7. Dit was te wijten aan factoren zoals het feit dat er twee soorten cepheïden zijn of het verwarren van heldere gaswolken met heldere sterren. Zijn afstanden waren echter min of meer evenredig met de werkelijke afstanden, en door zijn afstanden te combineren met metingen van de roodverschuivingen van de melkwegstelsels door Vesto Slipher, en door zijn assistent Milton L. Humason, vond hij een ruwweg lineair verband tussen de afstanden van de melkwegstelsels en hun radiale snelheden (gecorrigeerd voor de beweging van de zon), een ontdekking die later bekend werd als de wet van Hubble.

Dit betekent dat hoe groter de afstand tussen twee melkwegstelsels is, des te groter hun relatieve snelheid van scheiding is. Zo geïnterpreteerd leiden de metingen van Hubble aan 46 melkwegstelsels tot een waarde voor de Hubble-constante van 500 kmsMpc, wat veel hoger is dan de thans aanvaarde waarden van 74 kmsMpc (kosmische afstandsladdermethode) of 68 kmsMpc (CMB-methode) als gevolg van fouten in hun afstandskalibraties.

Toch bleef de reden voor de roodverschuiving onduidelijk. Georges Lemaître, een Belgische katholieke priester en natuurkundige, voorspelde op theoretische gronden op basis van Einsteins vergelijkingen voor de algemene relativiteit de relatie roodverschuiving-afstand, en publiceerde observationele ondersteuning daarvoor, twee jaar vóór de ontdekking van de wet van Hubble. Veel kosmologen en astronomen (Hubble) bleven echter zijn hele leven lang twijfelen aan Lemaître”s interpretatie. Hoewel hij in zijn artikel de term “snelheden” gebruikte (en “schijnbare radiale snelheden” in de inleiding), uitte hij later zijn twijfels over de interpretatie van deze snelheden als echte snelheden. In 1931 schreef hij een brief aan de Nederlandse kosmoloog Willem de Sitter waarin hij zijn mening gaf over de theoretische interpretatie van de roodverschuiving-afstand relatie:

“De heer Humason en ik zijn ons zeer bewust van uw vriendelijke waardering voor de verhandelingen over snelheden en afstanden van nevels. Wij gebruiken de term ”schijnbare” snelheden om de empirische kenmerken van de correlatie te benadrukken. De interpretatie moet volgens ons worden overgelaten aan u en de weinige anderen die bevoegd zijn om deze kwestie met gezag te bespreken.”

Tegenwoordig worden de “schijnbare snelheden” in kwestie gewoonlijk gezien als een toename in eigen afstand die optreedt als gevolg van de uitdijing van het heelal. Licht dat door een uitdijende metriek reist, zal een roodverschuiving van het Hubble-type ondergaan, een mechanisme dat enigszins verschilt van het Doppler-effect (hoewel de twee mechanismen gelijkwaardige beschrijvingen worden die door een coördinatentransformatie met elkaar in verband staan voor nabije melkwegstelsels).

In de jaren dertig hield Hubble zich bezig met het bepalen van de verdeling van melkwegstelsels en de ruimtelijke kromming. Deze gegevens leken erop te wijzen dat het heelal vlak en homogeen was, maar er was een afwijking van de vlakheid bij grote roodverschuivingen. Volgens Allan Sandage,

“Hubble was van mening dat zijn telgegevens een redelijker resultaat over de ruimtelijke kromming opleverden als de roodverschuivingscorrectie werd uitgevoerd in de veronderstelling dat er geen recessie was. Tot het einde van zijn geschriften bleef hij bij dit standpunt en gaf hij de voorkeur aan (of hield hij op zijn minst open) het model waarin geen werkelijke uitdijing bestaat, en daarom dat de roodverschuiving “een tot nu toe niet erkend principe van de natuur vertegenwoordigt”.

Er waren methodologische problemen met Hubble”s onderzoekstechniek, die bij grote roodverschuivingen een afwijking van de vlakheid liet zien. De techniek hield met name geen rekening met veranderingen in de lichtkracht van melkwegstelsels als gevolg van de evolutie van die stelsels. Eerder, in 1917, had Albert Einstein ontdekt dat zijn nieuw ontwikkelde algemene relativiteitstheorie aangaf dat het heelal ofwel moest uitdijen ofwel moest inkrimpen. Omdat Einstein niet kon geloven wat zijn eigen vergelijkingen hem vertelden, voegde hij een kosmologische constante (een “verdoezelingsfactor”) aan de vergelijkingen toe om dit “probleem” te omzeilen. Toen Einstein hoorde van de roodverschuivingen van Hubble, realiseerde hij zich onmiddellijk dat de door de algemene relativiteit voorspelde uitdijing reëel moest zijn, en op latere leeftijd zei hij dat het veranderen van zijn vergelijkingen “de grootste blunder van zijn leven” was. Einstein schijnt zelfs ooit Hubble te hebben bezocht en geprobeerd hem ervan te overtuigen dat het heelal aan het uitdijen was.

Hubble ontdekte ook de asteroïde 1373 Cincinnati op 30 augustus 1935. In 1936 schreef hij The Observational Approach to Cosmology en The Realm of the Nebulae, waarin hij zijn benadering van de extra-galactische astronomie en zijn kijk op de geschiedenis van het onderwerp uiteenzette.

In december 1941 rapporteerde Hubble aan de American Association for the Advancement of Science dat de resultaten van een zes jaar durend onderzoek met de Mt. Wilson telescoop de theorie van het uitdijende heelal niet ondersteunden. Volgens een artikel in de Los Angeles Times over Hubble”s opmerkingen: “De nevels kunnen niet uniform verdeeld zijn, zoals de telescoop laat zien, en nog steeds passen in het explosie idee. Verklaringen die proberen te omzeilen wat de grote telescoop ziet, zei hij, houden geen stand. De explosie, bijvoorbeeld, zou lang na het ontstaan van de aarde moeten zijn begonnen, en mogelijk zelfs nadat het eerste leven hier verscheen.” (Hubble”s schatting van wat we nu de Hubble constante noemen, zou de Big Bang slechts 2 miljard jaar geleden plaatsen).

Hubble trouwde op 26 februari 1924 met Grace Lillian (Burke) Leib (1889-1980), dochter van John Patrick en Luella (Kepford) Burke.

Hubble werd christelijk opgevoed, maar sommige van zijn latere uitspraken suggereren onzekerheid.

Lees ook: biografieen – Socrates (filosoof)

Gezondheidsproblemen en overlijden

Hubble kreeg een hartaanval in juli 1949 toen hij op vakantie was in Colorado. Hij werd verzorgd door zijn vrouw en ging verder met een aangepast dieet en werkschema. Hij stierf aan cerebrale trombose (een bloedprop in zijn hersenen) op 28 september 1953 in San Marino, Californië. Er werd geen begrafenis voor hem gehouden en zijn vrouw maakte nooit bekend waar hij begraven zou worden.

Beschuldigingen betreffende Lemaître”s prioriteit

In 2011 berichtte het tijdschrift Nature over beweringen dat Hubble een rol had gespeeld bij de redactie van belangrijke delen van de vertaling van Lemaître”s artikel uit 1927, waarin de zogeheten Wet van Hubble werd uiteengezet en waarvoor ook waarnemingsbewijs werd geleverd. Historici die in het artikel worden geciteerd, waren sceptisch dat de redacties deel uitmaakten van een campagne om ervoor te zorgen dat Hubble voorrang zou behouden. De sterrenkundige Sidney van den Bergh publiceerde echter een artikel waarin hij suggereerde dat de weglatingen weliswaar door een vertaler kunnen zijn gedaan, maar dat ze toch opzettelijk kunnen zijn geweest.

In november 2011 meldde de astronoom Mario Livio in Nature dat uit documenten in het archief van Lemaître bleek dat de bewerking inderdaad was uitgevoerd door Lemaître zelf, die er blijkbaar weinig heil in zag om wetenschappelijke inhoud op te nemen die al door Hubble was gerapporteerd. Dit doet echter niets af aan het feit dat Lemaître twee jaar (1927) vóór Hubble (1929) in het Frans publiceerde, zonder dergelijke weglatingen.

Lees ook: biografieen – Frederik II van Pruisen

Poging tot het verkrijgen van de Nobelprijs

In die tijd kende de Nobelprijs voor natuurkunde geen erkenning toe aan astronomisch werk. Hubble besteedde een groot deel van het laatste deel van zijn carrière aan pogingen om astronomie te beschouwen als een gebied van de natuurkunde, in plaats van als een eigen wetenschap. Hij deed dit vooral om astronomen – waaronder hijzelf – door het Nobelprijscomité te laten erkennen voor hun waardevolle bijdragen aan de astrofysica. Deze campagne was tijdens Hubble”s leven niet succesvol, maar kort na zijn dood besloot het Nobelprijscomité dat astronomisch werk in aanmerking zou komen voor de natuurkundeprijs. De prijs kan echter niet postuum worden toegekend.

Stempel

Op 6 maart 2008 bracht de United States Postal Service een postzegel van 41 cent uit ter ere van Hubble op een vel getiteld “American Scientists”, ontworpen door kunstenaar Victor Stabin.

De astronoom Edwin Hubble (1889-1953), die vaak een “pionier van de verre sterren” wordt genoemd, heeft een cruciale rol gespeeld bij het ontcijferen van de enorme en complexe aard van het heelal. Zijn nauwgezette studies van spiraalnevels bewezen het bestaan van andere sterrenstelsels dan onze eigen Melkweg. Als hij niet plotseling in 1953 was overleden, zou Hubble dat jaar de Nobelprijs voor natuurkunde hebben gewonnen.

(Merk op dat de bewering dat hij in 1953 de Nobelprijs zou hebben gewonnen waarschijnlijk onjuist is, hoewel hij dat jaar wel voor de prijs werd genomineerd).

De andere wetenschappers op het blad “Amerikaanse wetenschappers” zijn Gerty Cori, biochemicus; Linus Pauling, chemicus, en John Bardeen, natuurkundige.

Lees ook: biografieen – Benito Juárez

Andere opmerkelijke verschijningen

In de documentaire Cosmos: A Personal Voyage van astronoom Carl Sagan, worden het leven en werk van Hubble op het scherm gebracht in aflevering 10: “The Edge of Forever”.

Het toneelstuk Creation”s Birthday, geschreven door Cornell-fysicus Hasan Padamsee, vertelt het levensverhaal van Hubble.

Bronnen