Хаббл, Эдвин

gigatos | 14 ноября, 2021

Post Views: 298

Суммури

Эдвин Пауэлл Хаббл (20 ноября 1889 — 28 сентября 1953) был американским астрономом. Он сыграл решающую роль в создании областей внегалактической астрономии и наблюдательной космологии.

Хаббл 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 зависимость между светимостью классической переменной Цефеиды и периодом пульсации (открытую в 1908 году Генриеттой Свон Ливитт) для масштабирования галактических и внегалактических расстояний.

Хаббл представил доказательства того, что скорость рецессии галактики увеличивается с расстоянием от Земли, и это свойство сейчас известно как «закон Хаббла», несмотря на то, что он был предложен и продемонстрирован наблюдательно двумя годами ранее Жоржем Леметром. Закон Хаббла-Леметра подразумевает, что Вселенная расширяется. За десять лет до этого американский астроном Весто Слифер предоставил первые доказательства того, что свет от многих туманностей сильно смещен в красную сторону, что свидетельствует о высоких скоростях рецессии.

Имя Хаббла наиболее широко известно благодаря космическому телескопу Хаббла, который был назван в его честь, а его модель выставлена на всеобщее обозрение в его родном городе Маршфилд, штат Миссури.

Эдвин Хаббл родился в семье Вирджинии Ли Хаббл (урожденной Джеймс) (1864-1934) и Джона Пауэлла Хаббла, страхового агента, в Маршфилде, штат Миссури, и переехал в Уитон, штат Иллинойс, в 1900 году. В юные годы его больше отмечали за спортивные достижения, чем за интеллектуальные способности, хотя он получал хорошие оценки по всем предметам, кроме правописания. Эдвин был одаренным спортсменом, играл в бейсбол, футбол и бегал на дорожке как в средней школе, так и в колледже. На баскетбольной площадке он играл на разных позициях — от центрового до защитника. Более того, Хаббл даже привел баскетбольную команду Чикагского университета к первому титулу чемпиона конференции в 1907 году. Он завоевал семь первых мест и одно третье место в одном соревновании по легкой атлетике в средней школе в 1906 году.

Обучение в бакалавриате

Обучение Хаббла в Чикагском университете было сосредоточено на юриспруденции, что привело к получению степени бакалавра наук к 1910 году. Хаббл также стал членом братства Каппа Сигма. После получения степени бакалавра он провел три года в Королевском колледже в Оксфорде, став одним из первых стипендиатов университета Родса. Первоначально он изучал юриспруденцию вместо естественных наук (в качестве обещания умирающему отцу), а затем добавил литературу и испанский язык, получив в итоге степень магистра.

В 1909 году отец Хаббла перевез семью из Чикаго в Шелбивилл, штат Кентукки, чтобы семья могла жить в небольшом городе, и в конце концов поселился в близлежащем Луисвилле. Его отец умер зимой 1913 года, когда Эдвин еще находился в Англии. Следующим летом Эдвин вернулся домой, чтобы заботиться о матери, двух сестрах и младшем брате, а также о своем брате Уильяме. Семья снова переехала на Эверетт-авеню в районе Хайлендс в Луисвилле, чтобы разместить Эдвина и Уильяма.

Хаббл также был послушным сыном, который, несмотря на свой сильный интерес к астрономии с детства, согласился на просьбу отца изучать право, сначала в Чикагском университете, а затем в Оксфорде. За это время он также прошел несколько курсов по математике и естественным наукам. После смерти отца в 1913 году Эдвин вернулся на Средний Запад из Оксфорда, но у него не было мотивации заниматься юридической практикой. Вместо этого он стал преподавать испанский язык, физику и математику в средней школе Нью-Олбани в Нью-Олбани, штат Индиана, где он также тренировал баскетбольную команду мальчиков. После года преподавания в средней школе он поступил в аспирантуру с помощью своего бывшего профессора из Чикагского университета для изучения астрономии в Йеркесской обсерватории университета, где в 1917 году получил степень доктора философии. Его диссертация называлась «Фотографические исследования слабых туманностей». В Йерксе он получил доступ к одному из самых мощных телескопов в мире того времени, который имел инновационный 24-дюймовый (61 см) рефлектор.

Докторантура

После того, как в 1917 году Соединенные Штаты объявили войну Германии, Хаббл поспешил завершить работу над докторской диссертацией, чтобы поступить на военную службу. Хаббл добровольно вступил в армию США и был направлен в недавно созданную 86-ю дивизию, где служил во 2-м батальоне 343-го пехотного полка. Он дослужился до звания майора и 9 июля 1918 года был признан годным к службе за границей, но 86-я дивизия так и не приняла участия в боевых действиях. После окончания Первой мировой войны Хаббл провел год в Кембриджском университете, где возобновил изучение астрономии.

В 1919 году Джордж Эллери Хейл, основатель и директор обсерватории, предложил Хабблу место сотрудника в обсерватории Маунт-Вилсон Научного института Карнеги близ Пасадены, Калифорния. Хаббл оставался сотрудником Маунт-Вилсон до своей смерти в 1953 году. Незадолго до своей смерти Хаббл стал первым астрономом, который использовал недавно построенный гигантский 200-дюймовый (5,1 м) рефлекторный телескоп Хейла в Паломарской обсерватории близ Сан-Диего, штат Калифорния.

Во время Второй мировой войны Хаббл также работал в качестве гражданского лица в армии США на Абердинском полигоне в штате Мэриленд в качестве начальника отделения внешней баллистики Лаборатории баллистических исследований, во время которой он руководил большим объемом исследований в области внешней баллистики, что позволило увеличить эффективную огневую мощь бомб и снарядов. Его работа облегчалась тем, что он лично разработал несколько единиц оборудования для приборов, используемых в наружной баллистике, наиболее выдающейся разработкой была высокоскоростная часовая камера, которая позволила изучать характеристики бомб и низкоскоростных снарядов в полете. Результаты его исследований позволили значительно улучшить конструкцию, характеристики и военную эффективность бомб и ракет. За свою работу он получил награду «Легион за заслуги».

Вселенная выходит за пределы галактики Млечный Путь

Приезд Эдвина Хаббла в обсерваторию Маунт-Вилсон, Калифорния, в 1919 году совпал примерно с завершением строительства 100-дюймового (2,5 м) телескопа Хукера, тогда самого большого в мире. В то время преобладало мнение, что Вселенная состоит исключительно из галактики Млечный Путь. Используя телескоп Хукера на горе Вильсон, Хаббл обнаружил переменные Цефеиды (вид звезды, который используется как средство определения расстояния до галактики — см. также стандартная свеча) в нескольких спиральных туманностях, включая туманность Андромеды и Триангулум. Его наблюдения, сделанные в 1924 году, окончательно доказали, что эти туманности находятся слишком далеко, чтобы быть частью Млечного Пути, и на самом деле являются целыми галактиками за пределами нашей собственной, о чем исследователи подозревали по крайней мере еще в 1755 году, когда появилась «Всеобщая история природы и теория небес» Иммануила Канта. Против этой идеи выступали многие представители астрономического истеблишмента того времени, в частности, Харлоу Шэпли из Гарвардского университета. Несмотря на оппозицию, Хаббл, тогда тридцатипятилетний ученый, впервые опубликовал свои результаты в газете The New York Times 23 ноября 1924 года, а затем представил их другим астрономам на заседании Американского астрономического общества 1 января 1925 года. Результаты Хаббла по Андромеде были официально опубликованы в рецензируемом научном журнале только в 1929 году.

Открытия Хаббла в корне изменили научный взгляд на Вселенную. Сторонники утверждают, что открытие Хабблом туманностей за пределами нашей галактики помогло проложить путь для будущих астрономов. Хотя некоторые из его более известных коллег просто насмехались над его результатами, Хаббл в итоге опубликовал свои выводы о туманностях. Эта опубликованная работа принесла ему награду под названием «Премия Американской ассоциации» и пятьсот долларов от Бертона Э. Ливингстона из Комитета по наградам.

Хаббл также разработал наиболее часто используемую систему классификации галактик, группируя их в соответствии с их внешним видом на фотографических изображениях. Он расположил различные группы галактик в порядке, который стал известен как последовательность Хаббла.

Красное смещение увеличивается с расстоянием

Далее Хаббл оценил расстояния до 24 внегалактических туманностей, используя различные методы. В 1929 году Хаббл исследовал связь между этими расстояниями и их радиальными скоростями, определенными по красным смещениям. Сегодня известно, что все его расчетные расстояния были слишком малы, примерно в 7 раз. Это было связано с такими факторами, как наличие двух видов переменных Цефеид или путаница 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 Весто Слифером и его ассистентом Милтоном Л. Хьюмасоном, он обнаружил приблизительно линейную зависимость между расстояниями галактик и их радиальными скоростями (с поправкой на солнечное движение) — открытие, которое позже стало известно как закон Хаббла.

Это означает, что чем больше расстояние между двумя галактиками, тем больше их относительная скорость разделения. Если интерпретировать это так, то измерения Хаббла на 46 галактиках приводят к значению постоянной Хаббла в 500 кмсМпк, что намного выше, чем принятые в настоящее время значения 74 кмсМпк (метод лестницы космических расстояний) или 68 кмсМпк (метод CMB) из-за ошибок в их калибровке расстояний.

Однако причина красного смещения оставалась неясной. Жорж Лемэтр, бельгийский католический священник и физик, теоретически предсказал на основе уравнений Эйнштейна для общей теории относительности связь между красным смещением и расстоянием и опубликовал данные наблюдений, подтверждающие ее, за два года до открытия закона Хаббла. Однако многие космологи и астрономы (Хаббл всю жизнь оставался сомневающимся в интерпретации Лемэтра. Хотя он использовал термин «скорости» в своей работе (и «кажущиеся радиальные скорости» во введении), позже он выразил сомнение в том, что интерпретирует их как реальные скорости. В 1931 году он написал письмо голландскому космологу Виллему де Ситтеру, в котором высказал свое мнение о теоретической интерпретации соотношения красного смещения и расстояния:

«Мы с г-ном Хьюмасоном глубоко признательны Вам за высокую оценку статей о скоростях и расстояниях туманностей. Мы используем термин «кажущиеся» скорости, чтобы подчеркнуть эмпирические особенности корреляции. Интерпретация, как мы считаем, должна быть оставлена Вам и тем немногим другим, кто компетентен обсуждать этот вопрос с авторитетом».

Сегодня «кажущиеся скорости», о которых идет речь, обычно рассматриваются как увеличение собственного расстояния, которое происходит из-за расширения Вселенной. Свет, проходящий через расширяющуюся метрику, будет испытывать красное смещение типа Хаббла, механизм которого несколько отличается от эффекта Доплера (хотя эти два механизма становятся эквивалентными описаниями, связанными преобразованием координат для близлежащих галактик).

В 1930-х годах Хаббл занимался определением распределения галактик и пространственной кривизны. Эти данные, казалось, указывали на то, что Вселенная плоская и однородная, но при больших красных смещениях наблюдалось отклонение от плоскостности. По словам Аллана Сэндиджа,

«Хаббл считал, что его данные подсчета дают более обоснованный результат относительно пространственной кривизны, если поправка на красное смещение сделана в предположении отсутствия рецессии. До самого конца своих трудов он придерживался этой позиции, отдавая предпочтение (или, по крайней мере, оставляя открытой) модели, в которой истинного расширения не существует, и поэтому красное смещение «представляет собой до сих пор непризнанный принцип природы».

В методе исследования Хаббла были методологические проблемы, 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, Альберт Эйнштейн обнаружил, что разработанная им общая теория относительности указывает на то, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Не в силах поверить в то, что говорили ему его собственные уравнения, Эйнштейн ввел в уравнения космологическую постоянную («фактор подтасовки»), чтобы избежать этой «проблемы». Когда Эйнштейн узнал о красных смещениях Хаббла, он сразу же понял, что расширение, предсказанное общей теорией относительности, должно быть реальным, и впоследствии он говорил, что изменение его уравнений было «самой большой ошибкой в жизни». На самом деле, Эйнштейн, по-видимому, однажды посетил Хаббла и попытался убедить его в том, что Вселенная расширяется.

Хаббл также открыл астероид 1373 Цинциннати 30 августа 1935 года. В 1936 году он написал книги «Наблюдательный подход к космологии» и «Царство туманностей», в которых объяснил свои подходы к внегалактической астрономии и свой взгляд на историю предмета.

В декабре 1941 года Хаббл сообщил Американской ассоциации содействия развитию науки, что результаты шестилетнего наблюдения с помощью телескопа Маунт-Вилсон не подтверждают теорию расширяющейся Вселенной. Согласно статье в Los Angeles Times, в которой сообщалось о высказываниях Хаббла, «туманности не могут быть равномерно распределены, как показывает телескоп, и при этом соответствовать идее взрыва. По его словам, объяснения, которые пытаются обойти то, что видит великий телескоп, не выдерживают критики. Взрыв, например, должен был начаться задолго после создания Земли и, возможно, даже после появления здесь первой жизни». (По оценке Хаббла, которую мы сейчас называем постоянной Хаббла, Большой взрыв произошел всего 2 миллиарда лет назад).

26 февраля 1924 года Хаббл женился на Грейс Лилиан (Берк) Лейб (1889-1980), дочери Джона Патрика и Луэллы (Кепфорд) Берк.

Хаббл был воспитан как христианин, но некоторые из его поздних высказываний свидетельствуют о неуверенности.

Проблемы со здоровьем и смерть

В июле 1949 года во время отпуска в Колорадо у Хаббла случился сердечный приступ. За ним ухаживала жена, и он продолжал придерживаться измененной диеты и рабочего графика. Он умер от церебрального тромбоза (сгустка крови в мозге) 28 сентября 1953 года в Сан-Марино, Калифорния. Похороны не проводились, и его жена так и не сообщила место его захоронения.

Читайте также, биографии — Нерон

Обвинения относительно приоритета Леметра

В 2011 году журнал Nature сообщил о том, что Хаббл сыграл определенную роль в редактировании ключевых частей перевода статьи Леметра 1927 года, в которой говорилось о том, что сейчас называется законом Хаббла, а также приводились наблюдательные доказательства этого закона. Историки, цитируемые в статье, скептически отнеслись к тому, что эти правки были частью кампании, направленной на то, чтобы Хаббл сохранил приоритет. Однако астроном-наблюдатель Сидни ван ден Берг опубликовал статью, в которой предположил, что, хотя пропуски могли быть сделаны переводчиком, они все же могли быть преднамеренными.

В ноябре 2011 года астроном Марио Ливио сообщил в журнале Nature, что документы в архиве Лемэтра показали, что редактирование действительно было проведено самим Лемэтром, который, очевидно, не видел смысла во включении научного содержания, которое уже было сообщено Хабблом. Это, однако, не умаляет того факта, что Лемэтр опубликовал свою работу на французском языке без подобных пропусков за два года (1927) до Хаббла (1929).

Читайте также, биографии — Эпикур

Попытка получить Нобелевскую премию

В то время Нобелевская премия по физике не присуждалась за работы в области астрономии. Хаббл провел большую часть своей карьеры, пытаясь добиться того, чтобы астрономия считалась областью физики, а не самостоятельной наукой. Он делал это в основном для того, чтобы астрономы, включая его самого, могли быть признаны Комитетом Нобелевской премии за их ценный вклад в астрофизику. При жизни Хаббла эта кампания не увенчалась успехом, но вскоре после его смерти Комитет по Нобелевским премиям решил, что астрономические работы могут претендовать на премию по физике. Однако эта премия не относится к тем, которые могут быть присуждены посмертно.

Штамп

6 марта 2008 года Почтовая служба США выпустила 41-центовую марку в честь Хаббла на листе под названием «Американские ученые», оформленном художником Виктором Стабином.

Астронома Эдвина Хаббла (1889-1953) часто называют «первооткрывателем далеких звезд», он сыграл решающую роль в расшифровке огромной и сложной природы Вселенной. Его тщательные исследования спиральных туманностей доказали существование других галактик, кроме нашего Млечного Пути. Если бы он не умер внезапно в 1953 году, Хаббл получил бы в том же году Нобелевскую премию по физике.

(Обратите внимание, что утверждение о том, что он получил бы Нобелевскую премию в 1953 году, скорее всего, неверно, хотя он был номинирован на премию в том году).

Другие ученые на листе «Американские ученые» — Герти Кори, биохимик; Лайнус Полинг, химик, и Джон Бардин, физик.

Другие заметные выступления

В документальном фильме 1980 года «Космос: A Personal Voyage» астронома Карла Сагана, жизнь и работа Хаббла показаны на экране в эпизоде 10 «The Edge of Forever».

Пьеса «День рождения творения», написанная физиком из Корнелла Хасаном Падамси, рассказывает историю жизни Хаббла.

Источники