Эдвин Пауэлл Хаббл (20 ноября 1889 г. – 28 сентября 1953 г.) [1] был американским астрономом. Он сыграл решающую роль в создании областей внегалактической астрономии и наблюдательной космологии . [2] [3]
Хаббл доказал, что многие объекты, которые ранее считались облаками пыли и газа и классифицировались как « туманности », на самом деле были галактиками за пределами Млечного Пути . [4] Он использовал сильную прямую связь между светимостью классической переменной цефеиды и периодом пульсации [5] [6] (открытую в 1908 году Генриеттой Суон Ливитт [7] ) для масштабирования галактических и внегалактических расстояний . [8] [9]
Хаббл подтвердил в 1929 году, что скорость удаления галактики увеличивается с ее расстоянием от Земли, поведение, которое стало известно как закон Хаббла , хотя он был предложен двумя годами ранее Жоржем Леметром . [10] Закон Хаббла подразумевает, что Вселенная расширяется. [11] Десятилетием ранее американский астроном Весто Слайфер предоставил первые доказательства того, что свет от многих из этих туманностей был сильно смещен в красную область спектра, что указывает на высокие скорости удаления. [12] [13]
Имя Хаббла наиболее широко известно благодаря космическому телескопу «Хаббл» , названному в его честь, а его модель выставлена на видном месте в его родном городе Маршфилд, штат Миссури .
Эдвин Хаббл родился в 1889 году в семье Вирджинии Ли Хаббл (урожденной Джеймс) (1864–1934) [14] и Джона Пауэлла Хаббла, страхового менеджера, в Маршфилде, штат Миссури, и переехал в Уитон , штат Иллинойс, в 1900 году. [15] В юности он был известен больше своими спортивными достижениями, чем интеллектуальными способностями, хотя он получал хорошие оценки по всем предметам, кроме орфографии. Эдвин был одаренным спортсменом, играл в бейсбол , футбол и беговую дорожку как в средней школе, так и в колледже. Он выиграл семь первых мест и третье место на одном школьном легкоатлетическом соревновании в 1906 году, и он играл на разных позициях на баскетбольной площадке от центра до атакующего защитника . Хаббл привел баскетбольную команду Чикагского университета к их первому титулу Big Ten Conference в 1907 году . [16]
Исследования Хаббла в Чикагском университете были сосредоточены на математике , астрономии и философии , что привело к получению им степени бакалавра наук к 1910 году. В течение года он также был ассистентом-лаборантом физика Роберта Милликена , будущего лауреата Нобелевской премии . [17] Хаббл также стал членом братства Каппа Сигма . Стипендиат Родса , он провел три года в Королевском колледже Оксфорда, изучая юриспруденцию вместо науки (как обещание своему умирающему отцу), [18] а позже добавил изучение литературы и испанского языка, [18] в конечном итоге получив степень магистра. [19]
В 1909 году отец Хаббла перевёз свою семью из Чикаго в Шелбивилль , штат Кентукки, чтобы семья могла жить в небольшом городке, в конечном итоге обосновавшись в соседнем Луисвилле . Его отец умер зимой 1913 года, когда Эдвин всё ещё был в Англии. Следующим летом Эдвин вернулся домой, чтобы заботиться о своей матери, двух сестрах и младшем брате, а также о своём брате Уильяме. Семья снова переехала на Эверетт-авеню, в районе Хайлендс в Луисвилле, чтобы разместить Эдвина и Уильяма. [20]
Хаббл был послушным сыном, который, несмотря на свой интенсивный интерес к астрономии с детства, согласился на просьбу отца изучать право, сначала в Чикагском университете, а затем в Оксфорде. В это время он также посещал некоторые курсы математики и естественных наук. 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 продолжил преподавать испанский язык, физику и математику в средней школе New Albany в Нью-Олбани , штат Индиана, где он также тренировал мужскую баскетбольную команду. После года преподавания в средней школе он поступил в аспирантуру с помощью своего бывшего профессора из Чикагского университета, чтобы изучать астрономию в университетской обсерватории Йеркса , где он получил степень доктора философии в 1921 году. Его диссертация называлась «Фотографические исследования слабых туманностей». [21] В Йерксе он имел доступ к 40-дюймовому рефрактору, построенному в 1897 году, а также к инновационному 26-дюймовому (61 см) рефлектору. [17]
После того, как Соединенные Штаты объявили войну Германии в 1917 году во время Первой мировой войны , Хаббл поспешил закончить свою докторскую диссертацию, чтобы присоединиться к армии. Хаббл добровольно вступил в армию Соединенных Штатов и был направлен в недавно созданную 86-ю дивизию , где служил во 2-м батальоне 343-го пехотного полка. Он дослужился до звания майора [22] и был признан годным к службе за рубежом 9 июля 1918 года; 86-я дивизия переехала за границу, но так и не увидела боя, поскольку была расформирована, а ее личный состав использовался в качестве замены в других подразделениях. После окончания Первой мировой войны Хаббл провел год в Кембриджском университете , где возобновил свои исследования астрономии. [23]
В 1919 году Джордж Эллери Хейл , основатель и директор обсерватории, предложил Хабблу должность штатного сотрудника в обсерватории Маунт-Вилсон Института науки Карнеги , недалеко от Пасадены , Калифорния. Хаббл оставался штатным сотрудником в Маунт-Вилсон до своей смерти в 1953 году. Незадолго до своей смерти Хаббл стал первым астрономом, использовавшим недавно построенный гигантский 200-дюймовый (5,1 м) рефлекторный телескоп Хейла в Паломарской обсерватории недалеко от Сан-Диего, Калифорния.
Хаббл также работал гражданским лицом в армии США на Абердинском испытательном полигоне в Мэриленде во время Второй мировой войны в качестве начальника отделения внешней баллистики Исследовательской лаборатории баллистики, в ходе которой он руководил большим объемом исследований по внешней баллистике , что увеличило эффективную огневую мощь бомб и снарядов. Его работе способствовала его личная разработка нескольких единиц оборудования для приборов, используемых во внешней баллистике, наиболее выдающейся разработкой стала высокоскоростная камера с часами, которая сделала возможным изучение характеристик бомб и низкоскоростных снарядов в полете. Результаты его исследований были признаны значительно улучшенными в конструкции, производительности и военной эффективности бомб и ракет. За свою работу там он получил награду Легион Почета . [24]
Прибытие Эдвина Хаббла в обсерваторию Маунт-Вилсон, Калифорния, в 1919 году примерно совпало с завершением строительства 100-дюймового (2,5 м) телескопа Хукера , на тот момент крупнейшего в мире. В то время преобладающим взглядом на космос было то, что Вселенная целиком состоит из Галактики Млечный Путь .
Используя телескоп Хукера в Маунт-Вилсон , Хаббл идентифицировал переменные цефеиды , стандартную свечу, открытую Генриеттой Ливитт . [7] Сравнение их видимой светимости с их внутренней светимостью дает их расстояние от Земли. [25] [26] Хаббл обнаружил цефеиды в нескольких туманностях , включая Туманность Андромеды и Туманность Треугольника . Его наблюдения, сделанные в 1924 году, окончательно доказали, что эти туманности были слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути, и были, по сути, целыми галактиками за пределами нашей собственной; таким образом, сегодня они больше не считаются туманностями .
Впервые эта гипотеза была выдвинута еще в 1755 году, когда появилась работа Иммануила Канта « Всеобщая история природы и теория небес» . Гипотеза Хаббла была встречена многими представителями астрономического сообщества того времени, в частности, Харлоу Шепли из Гарвардского университета . Несмотря на оппозицию, Хаббл, тогда тридцатипятилетний ученый, впервые опубликовал свои выводы в газете The New York Times 23 ноября 1924 года [27] , а затем представил их другим астрономам на заседании Американского астрономического общества 1 января 1925 года . [28] Результаты Хаббла для Андромеды официально не публиковались в рецензируемом научном журнале до 1929 года. [29]
Открытия Хаббла в корне изменили научный взгляд на вселенную. Сторонники утверждают, что открытие Хабблом туманностей за пределами нашей галактики помогло проложить путь будущим астрономам. [30] Хотя некоторые из его более известных коллег просто высмеивали его результаты, Хаббл в конечном итоге опубликовал свои открытия о туманностях. Эта опубликованная работа принесла ему награду под названием Премия Американской ассоциации и пятьсот долларов от Бертона Э. Ливингстона из Комитета по наградам. [16]
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 том, что стало известно как последовательность Хаббла. [31]
Хаббл продолжил оценивать расстояния до 24 внегалактических туманностей, используя различные методы. В 1929 году Хаббл исследовал связь между этими расстояниями и их лучевыми скоростями , определенными по их красным смещениям . Все его оцененные расстояния, как теперь известно, слишком малы, примерно в 7 раз. Это было связано с такими факторами, как тот факт, что существует два вида переменных цефеид или путаница ярких газовых облаков с яркими звездами. [32] Однако его расстояния были более или менее пропорциональны истинным расстояниям, и, объединив свои расстояния с измерениями красных смещений галактик Весто Слайфером и его помощником Милтоном Л. Хьюмасоном , он обнаружил примерно линейную зависимость между расстояниями галактик и их лучевыми скоростями (с поправкой на движение Солнца), [11] открытие, которое позже стало известно как закон Хаббла.
Это означало, что чем больше расстояние между любыми двумя галактиками, тем больше их относительная скорость разделения. Если интерпретировать таким образом, измерения Хаббла на 46 галактиках приводят к значению постоянной Хаббла 500 км/с/Мпк, что намного выше ныне принятых значений 74 км/с/Мпк [33] [34] (метод космической лестницы расстояний) или 68 км/с/Мпк [35] [36] ( метод CMB ) из-за ошибок в калибровке расстояний.
Однако причина красного смещения оставалась неясной. Жорж Леметр предсказал на теоретических основаниях, основанных на уравнениях Эйнштейна для общей теории относительности , связь красного смещения с расстоянием и опубликовал наблюдательное подтверждение этого за два года до открытия закона Хаббла. [37] Хотя он использовал термин «скорости» в своей статье (и «кажущиеся радиальные скорости» во введении), позже он выразил сомнение относительно интерпретации их как реальных скоростей. В 1931 году он написал письмо голландскому космологу Виллему де Ситтеру , в котором выразил свое мнение о теоретической интерпретации связи красного смещения с расстоянием: [32]
«Мистер Хьюмасон и я оба глубоко признательны за вашу любезную оценку статей о скоростях и расстояниях туманностей. Мы используем термин «кажущиеся» скорости, чтобы подчеркнуть эмпирические особенности корреляции. Интерпретация, как мы считаем, должна быть предоставлена вам и очень немногим другим, кто компетентен обсуждать этот вопрос со знанием дела».
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, несколько отличающийся от эффекта Доплера (хотя эти два механизма становятся эквивалентными описаниями, связанными с помощью преобразования 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 подсчетов давали более разумный результат относительно пространственной кривизны, если поправка на красное смещение была сделана с допущением отсутствия рецессии. До самого конца своих трудов он придерживался этой позиции, отдавая предпочтение (или, по крайней мере, оставляя открытой) модели, в которой не существует истинного расширения, и, следовательно, что красное смещение «представляет собой до сих пор непризнанный принцип природы». [38]
Были методологические проблемы с методом обзора Хаббла, которые показали отклонение от плоскостности при больших красных смещениях. В частности, метод не учитывал изменения в светимости галактик из-за эволюции галактик . Ранее, в 1917 году, Альберт Эйнштейн обнаружил, что его недавно разработанная 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 космологическую постоянную («фактор подтасовки») в уравнения, чтобы избежать этой «проблемы». Когда Эйнштейн узнал о красных смещениях Хаббла, он сразу понял, что расширение, предсказанное общей теорией относительности, должно быть реальным, и в более поздней жизни он сказал, что изменение его уравнений было «самой большой ошибкой [его] жизни». Фактически, Эйнштейн, по-видимому, однажды посетил Хаббла и попытался убедить его, что Вселенная расширяется. [39]
Хаббл также открыл астероид 1373 Цинциннати 30 августа 1935 года. В 1936 году он написал труды «Наблюдательный подход к космологии» и «Царство туманностей» , в которых изложил свой подход к внегалактической астрономии и свой взгляд на историю этого предмета.
В декабре 1941 года Хаббл сообщил Американской ассоциации содействия развитию науки , что результаты шестилетнего обзора с помощью телескопа Маунт-Вильсон не подтверждают теорию расширяющейся Вселенной. Согласно статье в Los Angeles Times, сообщающей о замечаниях Хаббла, «Туманности не могли быть равномерно распределены, как показывает телескоп, и все равно соответствовать идее взрыва. Объяснения, которые пытаются обойти то, что видит большой телескоп, сказал он, не выдерживают критики. Взрыв, например, должен был начаться задолго до создания Земли, и, возможно, даже после того, как на ней появилась первая жизнь». [40] [41] (Оценка Хаббла того, что мы сейчас называем постоянной Хаббла, относит Большой взрыв всего к 2 миллиардам 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 протестантский христианин, но некоторые из его поздних заявлений предполагают неопределенность. [42] [43] [44]
У Хаббла случился сердечный приступ в июле 1949 года во время отпуска в Колорадо . За ним ухаживала его 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 раскрыла место его захоронения. [45] [46] [47]
Документы Хаббла, включающие большую часть его переписки, фотографий, записных книжек, журналов наблюдений и других материалов, хранятся в библиотеке Хантингтона в Сан-Марино, Калифорния. Они были подарены его женой Грейс Берк Хаббл после ее смерти в 1980 году. [48]
В 2011 году журнал Nature опубликовал заявления о том, что Хаббл мог сыграть роль в редактировании ключевых частей английского перевода 1931 года статьи Лемэтра 1927 года, в которой было сформулировано то, что позже было названо законом Хаббла, а также были представлены наблюдательные доказательства. Историки, цитируемые в статье, скептически отнеслись к тому, что редактирование было частью кампании по обеспечению приоритета Хаббла. Однако астроном-наблюдатель Сидней ван ден Берг опубликовал статью [49], в которой предположил, что, хотя пропуски могли быть сделаны переводчиком, они все равно могли быть преднамеренными.
В ноябре 2011 года астроном Марио Ливио сообщил в журнале Nature , что письмо, которое он нашел в архиве Леметра, показало, что редактирование было сделано самим Леметром, который, по-видимому, не видел смысла в публикации научного контента, о котором уже сообщал Хаббл в 1929 году. [37] Однако факт остается фактом: Леметр опубликовал закон [50] на французском языке за два года до Хаббла.
При жизни Хаббла Нобелевская премия по физике не распространялась на работы, выполненные в области астрономии. Хаббл провел большую часть своей дальнейшей карьеры, пытаясь сделать так, чтобы астрономия считалась частью физики, а не отдельной наукой. Он сделал это в основном для того, чтобы астрономы, включая его самого, могли быть признаны Комитетом по Нобелевским премиям за их ценный вклад в астрофизику . Эта кампания не увенчалась успехом при жизни Хаббла, но вскоре после его смерти Комитет по Нобелевским премиям постановил, что астрономические работы будут соответствовать требованиям премии по физике. [16] Однако Нобелевская премия не присуждается посмертно.
6 марта 2008 года Почтовая служба США выпустила 41-центовую марку в честь Хаббла на листе под названием «Американские ученые», разработанном художником Виктором Стабиным . [46] Его цитата гласит: [61]
Часто называемый «пионером далеких звезд», астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) сыграл ключевую роль в расшифровке огромной и сложной природы Вселенной. Его тщательные исследования спиральных туманностей доказали существование галактик, отличных от нашего Млечного Пути. Если бы он внезапно не умер в 1953 году, Хаббл получил бы в том году Нобелевскую премию по физике.
(Утверждение, что он получил бы Нобелевскую премию в 1953 году, скорее всего, ложно, хотя в том году он был номинирован на премию. [62] )
Другие ученые, представленные в списке «Американские ученые», включают Герти Кори , биохимика; Лайнуса Полинга , химика, и Джона Бардина , физика.
В документальном фильме 1980 года «Космос: личное путешествие» астронома Карла Сагана жизнь и работа Хаббла показаны на экране в эпизоде 10: «Грань вечности».
Пьеса « День рождения творения» , написанная физиком из Корнелла Хасаном Падамси, рассказывает историю жизни Хаббла. [67]
Грейс слышала, что Энрико Ферми и Субрахманьян Чандрасекар, оба члены Нобелевского комитета, присоединились к своим коллегам в единогласном голосовании за присуждение Хабблу премии по физике, слух позже подтвердили астрономы Джеффри и Маргарет Бербидж после разговора с «Чандрой».
Хаббл, Эдвин – Колледж королевы, Иллинойс (1910)
Однажды утром, когда он ехал на север с Грейс после неудавшейся экспедиции по наблюдению за затмением 1923 года, он затронул идею Уайтхеда о Боге, который мог выбрать из множества возможностей создать другую вселенную, но Он создал эту. Размышляя о вселенной, можно было бы составить некоторое представление о ее Создателе. Однако со временем он казался еще менее уверенным: «Мы не знаем, почему мы рождаемся в этом мире, но мы можем попытаться выяснить, что это за мир — по крайней мере, в его физических аспектах». Его жизнь была посвящена науке и объективному миру явлений. Мир чистых ценностей — это тот, в который наука не может войти, и наука не имеет отношения к трансцендентному, однако, вызывая личное откровение или индивидуальный момент экстаза. Он не стеснялся в выражениях, когда глубоко подавленный друг спросил его о его вере: «Все это настолько больше, чем я, и я не могу этого понять, поэтому я просто доверяю ему себя и забываю об этом».
Джон был ужасно подавлен и спросил Эдвина о его вере. Эдвин сказал: «Все это намного больше, чем я, и я не могу этого понять, поэтому я просто доверяю себе и забываю об этом». Не в его природе было спекулировать. Теории, по его мнению, были подходящей темой для разговора за коктейлем. Он был по сути наблюдателем, и, как он сказал в «Царстве туманностей»: «Пока эмпирические ресурсы не будут исчерпаны, нам не нужно переходить в мечтательные сферы спекуляций». Эдвин никогда не исчерпывал эти эмпирические ресурсы. «Я наблюдатель, а не теоретик», — засвидетельствовал он, и легкомысленно произнесенное слово на лекции или в письме показало, что наблюдение было его выбором.
Мир физики Хаббла.
