Edwin Hubble
gigatos | 27 listopada, 2021
Streszczenie
Edwin Powell Hubble (20 listopada 1889 – 28 września 1953) był amerykańskim astronomem. Odegrał kluczową rolę w ustanowieniu dziedzin astronomii pozagalaktycznej i kosmologii obserwacyjnej.
Hubble udowodnił, że wiele obiektów uważanych wcześniej za obłoki pyłu i gazu i klasyfikowanych jako „mgławice” było w rzeczywistości galaktykami znajdującymi się poza Drogą Mleczną. Wykorzystał silną bezpośrednią zależność między jasnością i okresem pulsacji klasycznej zmiennej cefeidalnej (odkrytej w 1908 r. przez Henriettę Swan Leavitt) do skalowania odległości galaktycznych i pozagalaktycznych.
Hubble dostarczył dowodów na to, że prędkość recesji galaktyki wzrasta wraz z jej odległością od Ziemi. Tę własność znamy obecnie jako „prawo Hubble”a”, mimo że została ona zaproponowana i wykazana obserwacyjnie dwa lata wcześniej przez Georges”a Lemaître”a. Prawo Hubble”a-Lemaître”a zakłada, że wszechświat się rozszerza. Dekadę wcześniej amerykański astronom Vesto Slipher dostarczył pierwszych dowodów na to, że światło z wielu z tych mgławic jest silnie przesunięte ku czerwieni, co wskazuje na duże prędkości recesji.
Nazwisko Hubble”a jest najbardziej znane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble”a, który został nazwany na jego cześć, a jego model jest eksponowany w jego rodzinnym mieście Marshfield w stanie Missouri.
Edwin Hubble urodził się w Marshfield w stanie Missouri jako syn Virginii Lee Hubble (z domu James) (1864-1934) i Johna Powella Hubble”a, dyrektora ubezpieczeniowego, a w 1900 r. przeprowadził się do Wheaton w stanie Illinois. W młodości był bardziej znany ze swojej sprawności sportowej niż zdolności intelektualnych, chociaż miał dobre oceny z każdego przedmiotu oprócz ortografii. Edwin był utalentowanym sportowcem, grał w baseball, piłkę nożną i biegał na bieżni zarówno w szkole średniej, jak i w college”u. Na boisku do koszykówki grał na różnych pozycjach, od centra do strzelca wyborowego. W rzeczywistości Hubble poprowadził nawet drużynę koszykówki Uniwersytetu Chicago do pierwszego tytułu mistrzowskiego w 1907 roku. W 1906 r. zdobył siedem pierwszych miejsc i jedno trzecie w jednym licealnym biegu na bieżni i w terenie.
Przeczytaj także: historia-pl – Entente cordiale
Studia licencjackie
Studia Hubble”a na University of Chicago koncentrowały się na prawie, co zaowocowało uzyskaniem w 1910 r. tytułu licencjata nauk prawnych. Hubble został także członkiem bractwa Kappa Sigma. Po uzyskaniu tytułu licencjata spędził trzy lata w The Queen”s College w Oksfordzie, jako jeden z pierwszych stypendystów Rhodesa. Początkowo studiował prawo, a nie nauki ścisłe (jako obietnicę daną umierającemu ojcu), później dodał do tego literaturę i język hiszpański, uzyskując tytuł magistra.
W 1909 r. ojciec Hubble”a przeniósł rodzinę z Chicago do Shelbyville w stanie Kentucky, aby mogli mieszkać w małym miasteczku, a ostatecznie osiedlili się w pobliskim Louisville. Jego ojciec zmarł zimą 1913 roku, gdy Edwin przebywał jeszcze w Anglii. Następnego lata Edwin powrócił do domu, aby zaopiekować się matką, dwiema siostrami i młodszym bratem, a także bratem Williamem. Rodzina ponownie przeprowadziła się na Everett Avenue, w dzielnicy Highlands w Louisville, aby zapewnić Edwinowi i Williamowi miejsce zamieszkania.
Hubble był też posłusznym synem, który mimo że od dzieciństwa interesował się astronomią, przystał na prośbę ojca, by studiować prawo, najpierw na Uniwersytecie w Chicago, a później w Oksfordzie. W tym czasie uczęszczał też na kursy matematyczne i przyrodnicze. Po śmierci ojca w 1913 r. Edwin wrócił z Oksfordu na Środkowy Zachód, ale nie miał motywacji do praktykowania prawa. Zamiast tego zaczął uczyć hiszpańskiego, fizyki i matematyki w New Albany High School w New Albany, w stanie Indiana, gdzie był również trenerem drużyny koszykówki chłopców. Po roku nauczania w szkole średniej, dzięki pomocy swojego dawnego profesora z Uniwersytetu Chicago, rozpoczął studia astronomiczne w uniwersyteckim Obserwatorium Yerkesa, gdzie w 1917 roku uzyskał tytuł doktora. Jego praca doktorska nosiła tytuł „Photographic Investigations of Faint Nebulae” (Fotograficzne badania słabych mgławic). W Yerkes miał dostęp do jednego z najpotężniejszych teleskopów na świecie w tamtym czasie, który posiadał innowacyjny 24-calowy (61 cm) reflektor.
Przeczytaj także: biografie-pl – Jarosław I Mądry
Studia doktoranckie
Po wypowiedzeniu przez Stany Zjednoczone wojny Niemcom w 1917 r. Hubble pośpieszył się z ukończeniem pracy doktorskiej, aby móc wstąpić do wojska. Hubble zgłosił się na ochotnika do armii Stanów Zjednoczonych i został przydzielony do nowo utworzonej 86. dywizji, gdzie służył w 2. batalionie 343. pułku piechoty. Awansował do stopnia majora i 9 lipca 1918 r. został uznany za zdolnego do służby za granicą, ale 86. dywizja nigdy nie brała udziału w walkach. Po zakończeniu I wojny światowej Hubble spędził rok na Uniwersytecie Cambridge, gdzie wznowił studia astronomiczne.
W 1919 r. George Ellery Hale, założyciel i dyrektor obserwatorium, zaproponował Hubble”owi pracę w obserwatorium Mount Wilson należącym do Carnegie Institution for Science w pobliżu Pasadeny w Kalifornii. Hubble pozostał w Mount Wilson aż do swojej śmierci w 1953 roku. Na krótko przed śmiercią Hubble został pierwszym astronomem, który używał nowo ukończonego gigantycznego 200-calowego (5,1 m) reflektorowego teleskopu Hale”a w Obserwatorium Palomar koło San Diego w Kalifornii.
W czasie II wojny światowej Hubble pracował także jako cywil dla armii amerykańskiej w Aberdeen Proving Ground w stanie Maryland. Był szefem Oddziału Balistyki Zewnętrznej w Laboratorium Badań Balistycznych, gdzie prowadził liczne badania nad balistyką zewnętrzną, które przyczyniły się do zwiększenia siły rażenia bomb i pocisków. Jego praca była ułatwiona dzięki osobistemu opracowaniu kilku urządzeń do oprzyrządowania stosowanego w balistyce zewnętrznej, z których najwybitniejszym była szybka kamera zegarowa, umożliwiająca badanie charakterystyki bomb i pocisków o niskiej prędkości w locie. Wyniki jego badań przyczyniły się do znacznej poprawy konstrukcji, osiągów i skuteczności wojskowej bomb i rakiet. Za swoją pracę otrzymał odznaczenie Legion of Merit.
Przeczytaj także: historia-pl – Joan Bennett
Wszechświat wykracza poza galaktykę Drogi Mlecznej
Przybycie Edwina Hubble”a do Obserwatorium Mount Wilson w Kalifornii w 1919 roku zbiegło się mniej więcej w czasie z ukończeniem budowy 100-calowego (2,5 m) teleskopu Hookera, największego wówczas na świecie. W tym czasie dominującym poglądem na kosmos było przekonanie, że wszechświat składa się wyłącznie z Galaktyki Drogi Mlecznej. Korzystając z Teleskopu Hookera na Mount Wilson, Hubble zidentyfikował zmienne cefeidalne (rodzaj gwiazd, które są używane do określania odległości od galaktyki – patrz też świeca standardowa) w kilku mgławicach spiralnych, w tym w Mgławicy Andromedy i Triangulum. Jego obserwacje, dokonane w 1924 roku, dowiodły niezbicie, że mgławice te są zbyt odległe, by mogły być częścią Drogi Mlecznej, a w rzeczywistości są całymi galaktykami poza naszą galaktyką, o czym naukowcy podejrzewali już w 1755 roku, kiedy to ukazała się Historia powszechna przyrody i teoria nieba Immanuela Kanta. Pomysłowi temu sprzeciwiało się wiele osób z ówczesnego establishmentu astronomicznego, w szczególności Harlow Shapley z Uniwersytetu Harvarda. Mimo tych oporów Hubble, wówczas trzydziestopięcioletni naukowiec, opublikował swoje odkrycia po raz pierwszy w „The New York Times” 23 listopada 1924 r., a następnie przedstawił je innym astronomom na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego 1 stycznia 1925 r. Wyniki Hubble”a dotyczące Andromedy zostały formalnie opublikowane w recenzowanym czasopiśmie naukowym dopiero w 1929 roku.
Odkrycia Hubble”a fundamentalnie zmieniły naukowe spojrzenie na wszechświat. Zwolennicy twierdzą, że odkrycie przez Hubble”a mgławic poza naszą galaktyką pomogło utorować drogę przyszłym astronomom. Mimo że niektórzy z jego bardziej znanych kolegów po prostu wyśmiewali jego wyniki, Hubble w końcu opublikował swoje odkrycia dotyczące mgławic. Za tę opublikowaną pracę otrzymał nagrodę American Association Prize oraz pięćset dolarów od Burtona E. Livingstona z Komitetu ds.
Hubble opracował również najpowszechniej stosowany system klasyfikacji galaktyk, grupując je według wyglądu na zdjęciach fotograficznych. Poszczególne grupy galaktyk ułożył w tak zwaną sekwencję Hubble”a.
Przeczytaj także: biografie-pl – Wallis Simpson
Redshift rośnie wraz z odległością
Następnie Hubble oszacował odległości do 24 mgławic pozagalaktycznych, stosując różne metody. W 1929 roku Hubble zbadał związek między tymi odległościami a prędkościami radialnymi wyznaczonymi na podstawie przesunięć ku czerwieni. Obecnie wiadomo, że wszystkie oszacowane przez niego odległości były zbyt małe, nawet o około 7. Było to spowodowane takimi czynnikami, jak fakt, że istnieją dwa rodzaje zmiennych cefeidalnych lub mylenie jasnych obłoków gazu z jasnymi gwiazdami. Jednak jego odległości były mniej więcej proporcjonalne do prawdziwych odległości, a łącząc swoje odległości z pomiarami przesunięć ku czerwieni galaktyk wykonanymi przez Vesto Sliphera oraz przez jego asystenta Miltona L. Humasona, odkrył on w przybliżeniu liniową zależność między odległościami galaktyk a ich prędkościami radialnymi (skorygowanymi o ruch Słońca) – odkrycie to stało się później znane jako prawo Hubble”a.
Oznaczało to, że im większa jest odległość między dwoma galaktykami, tym większa jest ich względna prędkość separacji. Jeśli interpretować to w ten sposób, pomiary Hubble”a dla 46 galaktyk prowadzą do wartości stałej Hubble”a równej 500 kmsMpc, która jest znacznie wyższa niż obecnie akceptowane wartości 74 kmsMpc (metoda drabiny odległości kosmicznych) lub 68 kmsMpc (metoda CMB), co wynika z błędów w ich kalibracji odległości.
Jednak przyczyna przesunięcia ku czerwieni pozostawała niejasna. Georges Lemaître, belgijski ksiądz katolicki i fizyk, przewidział na gruncie teoretycznym, w oparciu o równania Einsteina dla ogólnej teorii względności, zależność przesunięcie ku czerwieni – odległość, a także opublikował jej obserwacyjne potwierdzenie na dwa lata przed odkryciem prawa Hubble”a. Jednak wielu kosmologów i astronomów (Hubble pozostał wątpliwy co do interpretacji Lemaître”a przez całe swoje życie. Chociaż w swojej pracy użył terminu „prędkości” (a we wstępie „pozorne prędkości radialne”), to później wyraził wątpliwość, czy interpretować je jako prędkości rzeczywiste. W 1931 roku napisał list do holenderskiego kosmologa Willema de Sittera, w którym wyraził swoją opinię na temat teoretycznej interpretacji zależności przesunięcie ku czerwieni – odległość:
„Pan Humason i ja jesteśmy głęboko wrażliwi na Wasze uznanie dla prac o prędkościach i odległościach mgławic. Używamy terminu ”pozorne” prędkości, aby podkreślić empiryczne cechy korelacji. Interpretacja, naszym zdaniem, powinna być pozostawiona Panu i bardzo niewielu innym osobom, które są kompetentne, by dyskutować o tej sprawie z autorytetem.”
Obecnie „prędkości pozorne”, o których mowa, są zwykle rozumiane jako wzrost odległości właściwej, który następuje w wyniku rozszerzania się Wszechświata. Światło podróżujące przez rozszerzającą się metrykę doświadcza przesunięcia ku czerwieni typu Hubble”a, mechanizmu nieco innego niż efekt Dopplera (chociaż te dwa mechanizmy stają się równoważnymi opisami powiązanymi przez transformację współrzędnych dla pobliskich galaktyk).
W latach 30. Hubble zajmował się określaniem rozkładu galaktyk i krzywizny przestrzennej. Dane te zdawały się wskazywać, że wszechświat jest płaski i jednorodny, ale przy dużych przesunięciach ku czerwieni występowało odchylenie od płaskości. Według Allana Sandage”a,
„Hubble uważał, że jego dane zliczeniowe dają bardziej sensowne wyniki dotyczące zakrzywienia przestrzeni, jeśli korekta przesunięcia ku czerwieni zostanie dokonana przy założeniu braku recesji. Do samego końca swoich pism utrzymywał to stanowisko, faworyzując (lub przynajmniej pozostając otwartym) model, w którym nie istnieje prawdziwa ekspansja, a zatem przesunięcie ku czerwieni „reprezentuje dotychczas nierozpoznaną zasadę natury”.
Z techniką pomiarową Hubble”a wiązały się problemy metodologiczne, które wykazały odchylenie od płaskości przy dużych przesunięciach ku czerwieni. W szczególności technika ta nie uwzględniała zmian jasności galaktyk spowodowanych ich ewolucją. Wcześniej, w 1917 r., Albert Einstein stwierdził, że jego nowo opracowana ogólna teoria względności wskazuje, iż Wszechświat musi się rozszerzać lub kurczyć. Nie mogąc uwierzyć w to, co mówiły mu jego własne równania, Einstein wprowadził do nich stałą kosmologiczną („czynnik korygujący”), aby uniknąć tego „problemu”. Kiedy Einstein dowiedział się o przesunięciach ku czerwieni Hubble”a, natychmiast zdał sobie sprawę, że ekspansja przewidywana przez ogólną teorię względności musi być prawdziwa, i w późniejszym życiu powiedział, że zmiana jego równań była „największym błędem w życiu”. W rzeczywistości Einstein podobno odwiedził kiedyś Hubble”a i próbował go przekonać, że wszechświat się rozszerza.
Hubble odkrył również planetoidę 1373 Cincinnati 30 sierpnia 1935 roku. W 1936 r. napisał książki „The Observational Approach to Cosmology” i „The Realm of the Nebulae”, w których wyjaśnił swoje podejście do astronomii pozagalaktycznej i swój pogląd na historię tego tematu.
W grudniu 1941 roku Hubble poinformował American Association for the Advancement of Science, że wyniki sześcioletnich badań prowadzonych za pomocą teleskopu Mt. Wilson nie potwierdzają teorii rozszerzającego się wszechświata. Według artykułu w Los Angeles Times, relacjonującego uwagi Hubble”a: „Mgławice nie mogłyby być równomiernie rozłożone, jak to pokazuje teleskop, a mimo to pasowałyby do koncepcji eksplozji. Wyjaśnienia, które próbują obejść to, co widzi wielki teleskop, nie wytrzymują. The eksplozja, na przykład, musieć długo po the ziemia tworzyć, i być może nawet po the pierwszy życie pojawiać się tutaj.” (Szacunki Hubble”a dotyczące tego, co obecnie nazywamy stałą Hubble”a, pozwoliłyby umieścić Wielki Wybuch zaledwie 2 miliardy lat temu).
Hubble poślubił Grace Lillian (Burke) Leib (1889-1980), córkę Johna Patricka i Luelli (Kepford) Burke, 26 lutego 1924 roku.
Hubble został wychowany jako chrześcijanin, ale niektóre z jego późniejszych wypowiedzi sugerują niepewność.
Przeczytaj także: bitwy – Bitwa pod Kannami
Problemy zdrowotne i śmierć
Hubble miał atak serca w lipcu 1949 r. podczas wakacji w Kolorado. Opiekowała się nim żona, a on sam kontynuował zmodyfikowaną dietę i harmonogram pracy. Zmarł na zakrzepicę mózgu (skrzep krwi w mózgu) 28 września 1953 r. w San Marino w Kalifornii. Nie urządzono mu pogrzebu, a jego żona nigdy nie ujawniła miejsca pochówku.
Przeczytaj także: biografie-pl – Eumenes z Kardii
Zarzuty dotyczące pierwszeństwa Lemaître”a
W 2011 r. w czasopiśmie „Nature” pojawiły się doniesienia, że Hubble odegrał rolę w redakcji kluczowych fragmentów tłumaczenia pracy Lemaître”a z 1927 r., w której stwierdzono istnienie tzw. prawa Hubble”a oraz przedstawiono dowody obserwacyjne na jego istnienie. Historycy cytowani w artykule byli sceptyczni co do tego, że redakcje te były częścią kampanii mającej na celu zapewnienie Hubble”owi pierwszeństwa. Jednak astronom obserwacyjny Sidney van den Bergh opublikował pracę sugerującą, że choć pominięcia mogły być dokonane przez tłumacza, to jednak mogły być celowe.
W listopadzie 2011 r. astronom Mario Livio doniósł w „Nature”, że dokumenty z archiwum Lemaître”a wykazały, iż redakcji dokonał sam Lemaître, który najwyraźniej nie widział sensu w umieszczaniu w tekście treści naukowych, które zostały już wcześniej przedstawione przez Hubble”a. Nie umniejsza to jednak faktu, że Lemaître opublikował po francusku bez takich pominięć dwa lata (1927) przed Hubble”em (1929). Nie umniejsza to jednak faktu, że Lemaître opublikował pracę w języku francuskim, bez takich pominięć, dwa lata (1927) przed Hubble”em (1929).
Przeczytaj także: biografie-pl – Teodora (żona Justyniana I)
Próba zdobycia Nagrody Nobla
W tamtym czasie Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki nie uznawała prac wykonanych w astronomii. Hubble spędził znaczną część późniejszego okresu swojej kariery, starając się, aby astronomia została uznana za dziedzinę fizyki, a nie za odrębną naukę. Robił to głównie po to, by astronomowie – w tym on sam – mogli być uznawani przez Komitet Noblowski za cenny wkład w astrofizykę. Kampania ta nie powiodła się za życia Hubble”a, ale wkrótce po jego śmierci Komitet Noblowski zdecydował, że prace astronomiczne będą kwalifikować się do nagrody w dziedzinie fizyki. Nagroda ta nie może być jednak przyznana pośmiertnie.
Przeczytaj także: biografie-pl – Podbój Meksyku przez Hiszpanów
Pieczątka
W dniu 6 marca 2008 r. United States Postal Service wydała 41-centowy znaczek honorujący Hubble”a na arkuszu zatytułowanym „American Scientists”, zaprojektowanym przez artystę Victora Stabina.
Często nazywany „pionierem odległych gwiazd” astronom Edwin Hubble (1889-1953) odegrał kluczową rolę w rozszyfrowaniu ogromnej i złożonej natury wszechświata. Jego drobiazgowe badania mgławic spiralnych dowiodły istnienia galaktyk innych niż nasza Droga Mleczna. Gdyby nie jego nagła śmierć w 1953 r., Hubble otrzymałby tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
(Zwróćmy uwagę, że twierdzenie, iż w 1953 r. otrzymałby Nagrodę Nobla, jest prawdopodobnie fałszywe, choć był do niej nominowany w tym samym roku).
Inni naukowcy z arkusza „American Scientists” to Gerty Cori, biochemik, Linus Pauling, chemik i John Bardeen, fizyk.
Przeczytaj także: biografie-pl – Konstancjusz I Chlorus
Inne znaczące występy
W filmie dokumentalnym z 1980 r. Kosmos: A Personal Voyage astronoma Carla Sagana, życie i praca Hubble”a są przedstawione na ekranie w odcinku 10: „The Edge of Forever”.
Sztuka Creation”s Birthday, napisana przez fizyka z Cornell, Hasana Padamsee, opowiada historię życia Hubble”a.
Źródła
