Эдвин Пауэлл Хаббл (20 ноября 1889 – 28 сентября 1953) [1] был американским астрономом. Он сыграл решающую роль в создании областей внегалактической астрономии и наблюдательной космологии . [2] [3]
Хаббл доказал, что многие объекты, которые раньше 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] (открытой в 1908 году Генриеттой Свон Ливитт [7] ) для масштабирования галактических и внегалактических расстояний . [8] [9]
Хаббл предоставил доказательства того, что скорость удаления галактики увеличивается по мере ее удаления от Земли - свойство, теперь известное как закон Хаббла , хотя двумя годами ранее оно было предложено Жоржем Леметром . [10] Закон Хаббла подразумевает, что Вселенная расширяется. [11] Десятью годами ранее американский астроном Весто Слайфер предоставил первые доказательства того, что свет многих из этих туманностей имеет сильное красное смещение, что указывает на высокие скорости удаления. [12] [13]
Имя Хаббла наиболее широко известно благодаря космическому телескопу Хаббла , названному в его честь, модель которого выставлена на видном месте в его родном городе Маршфилд , штат Миссури.
Эдвин Хаббл родился в семье Вирджинии Ли Хаббл (урожденной Джеймс) (1864–1934) [14] и Джона Пауэлла Хаббла, руководителя страховой компании, в Маршфилде, штат Миссури, и переехал в Уитон , штат Иллинойс, в 1900 году . В те дни он был известен больше своим спортивным мастерством, чем своими интеллектуальными способностями, хотя он действительно получал хорошие оценки по всем предметам, кроме правописания. 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 соревновании по легкой атлетике в 1906 году и играл на баскетбольной площадке на самых разных позициях, от центра до атакующего защитника . Хаббл привел баскетбольную команду Чикагского университета к их первому титулу на конференции «Большой десятки» в 1907 году . [16]
Исследования Хаббла в Чикагском университете были сосредоточены на математике , астрономии и философии , в результате чего к 1910 году он получил степень бакалавра наук . В течение года он также был студентом-лаборантом у физика Роберта Милликена , будущего лауреата Нобелевской премии . [17] Хаббл также стал членом Братства Каппа Сигма . Получив стипендию Родса , он провел три года в Королевском колледже Оксфорда, изучая юриспруденцию вместо науки (как обещание своему умирающему отцу), [18] , а позже добавил исследования в области литературы и испанского языка, [18] в конечном итоге получил степень магистра. [19]
В 1909 году отец Хаббла перевез свою семью из Чикаго в Шелбивилл , штат Кентукки, чтобы семья могла жить в небольшом городке, в конечном итоге поселившись в соседнем Луисвилле . Его отец умер зимой 1913 года, когда Эдвин еще был в Англии. Следующим летом Эдвин вернулся домой, чтобы заботиться о своей матери, двух сестрах и младшем брате вместе со своим братом Уильямом. Семья снова переехала на Эверетт-авеню, в районе Хайлендс Луисвилля, чтобы разместить Эдвина и Уильяма. [20]
Хаббл также был послушным сыном, который, несмотря на свой большой интерес к астрономии с детства, согласился на просьбу отца изучать право сначала в Чикагском университете, а затем в Оксфорде. В это время он также прошёл 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 начал 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 Чикагского университета, чтобы изучать астрономию в университетской обсерватории Йеркса , где получил докторскую степень. в 1921 году. Его диссертация называлась «Фотографические исследования слабых туманностей». [21] В Йерксе у него был доступ к одному из самых мощных телескопов в мире того времени, который имел инновационный 26-дюймовый (61 см) рефлектор. [17]
После того как Соединенные Штаты объявили войну Германии в 1917 году, Хаббл поспешил защитить докторскую диссертацию. диссертацию, чтобы он мог пойти в армию. Хаббл пошел добровольцем 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 границей 9 июля 1918 года, но 86-я дивизия так и не участвовала в боях. 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 сотрудника в обсерватории Маунт-Вилсон при Институте Карнеги , недалеко от Пасадены , Калифорния . Хаббл оставался в штате 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 недалеко от Сан-Диего, Калифорния.
Хаббл также работал гражданским лицом в армии США на Абердинском полигоне в Мэриленде во время Второй мировой войны в качестве начальника отдела внешней баллистики Лаборатории баллистических исследований, во время которого он руководил большим объемом исследований по внешней баллистике , которые увеличили эффективную огневую мощь бомбы и снаряды. Его работе способствовала личная разработка им нескольких единиц оборудования для приборов, применяемых в внешней баллистике, наиболее выдающейся разработкой стала высокоскоростная камера-часы, позволившая изучать в полете характеристики бомб и малоскоростных снарядов. . Результаты его исследований позволили значительно улучшить конструкцию, характеристики и военную эффективность бомб и ракет. За свою работу там он получил награду «За заслуги перед Легионом» . [24]
Прибытие Эдвина Хаббла в обсерваторию Маунт-Вилсон в Калифорнии в 1919 году примерно совпало с завершением строительства 100-дюймового (2,5-метрового) телескопа Хукера , крупнейшего в то время в мире. В то время преобладающим взглядом на космос было то, что Вселенная полностью состоит из Галактики Млечный Путь .
Используя телескоп Хукера на горе Вильсон , Хаббл определил переменные цефеиды , стандартную свечу, открытую Генриеттой Ливитт . [7] Сравнение их видимой светимости с собственной светимостью дает представление об их расстоянии от Земли. [25] [26] Хаббл обнаружил цефеиды в нескольких туманностях , включая туманность Андромеды и туманность Треугольник . Его наблюдения, сделанные в 1924 году, убедительно доказали, что эти туманности были слишком далеки, чтобы быть частью Млечного Пути, и фактически представляли собой целые галактики за пределами нашей собственной; таким образом, сегодня они больше не считаются туманностями .
Впервые такая гипотеза была выдвинута еще в 1755 году, когда появилась «Всеобщая история природы и теория неба» Иммануила Канта . Против этой гипотезы выступили многие представители астрономического истеблишмента того времени, в частности Харлоу Шепли из Гарвардского университета . Несмотря на сопротивление, Хаббл, тогда тридцатипятилетний учёный, впервые опубликовал свои результаты в The New York Times 23 ноября 1924 года [27], а затем представил их другим астрономам на встрече 1 января 1925 года. Американского астрономического общества . [28] Результаты Хаббла для Андромеды не были официально опубликованы в рецензируемом научном журнале до 1929 года. [29]
Открытия Хаббла фундаментально 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 наиболее известных коллег просто высмеивали его результаты, Хаббл в конечном итоге опубликовал свои выводы о туманностях. Эта опубликованная работа принесла ему премию 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 по внешнему виду на фотографических изображениях. Он расположил различные группы галактик в так называемой последовательности Хаббла. [31]
Хаббл продолжил оценку расстояний до 24 внегалактических туманностей, используя различные методы. В 1929 году Хаббл исследовал взаимосвязь между этими расстояниями и их лучевыми скоростями , определенными по красному смещению . Теперь известно, что все его расчетные расстояния слишком малы, примерно в 7 раз. Это произошло из-за таких факторов, как наличие двух типов 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 красного смещения галактик, проведенными Весто Слайфером и его помощником Милтоном Л. Хьюмасоном , он обнаружил примерно линейную зависимость между расстояния галактик и их лучевые скорости (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 , равному 500 км/с/Мпк, что намного превышает принятые в настоящее время значения 74 км/с/Мпк [33] [34] (космические метод лестницы расстояний) или 68 км/с/Мпк [35] [36] ( метод CMB ) из-за ошибок в их калибровке расстояний.
Однако причина красного смещения осталась неясной. Жорж Леметр на теоретических основаниях, основанных на уравнениях общей теории относительности Эйнштейна , предсказал соотношение красного смещения и расстояния и опубликовал его экспериментальное подтверждение за два года до открытия закона Хаббла. [37] Хотя он использовал термин «скорости» в своей статье (и «кажущиеся лучевые скорости» во введении), позже он выразил сомнение по поводу интерпретации их как реальных скоростей. В 1931 году он написал письмо голландскому космологу Виллему де Ситтеру, в котором выразил свое мнение по поводу теоретической интерпретации соотношения красного смещения и расстояния: [32]
«Мистер Хьюмасон и я оба глубоко осознаем вашу любезную оценку статей о скоростях и расстояниях туманностей. Мы используем термин «кажущиеся» скорости, чтобы подчеркнуть эмпирические особенности корреляции. Мы считаем, что интерпретацию следует оставить вам и очень немногим другим людям, которые компетентны обсуждать этот вопрос с авторитетом».
Сегодня рассматриваемые «кажущиеся скорости» обычно понимаются как увеличение собственного расстояния , происходящее 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 преобразованием координат для близлежащих галактик).
В 1930-х годах Хаббл занимался определением распределения галактик и кривизны пространства . Эти данные, казалось, указывали на то, что Вселенная плоская и однородная, но наблюдалось отклонение от плоскостности при больших красных смещениях. По словам Аллана Сэндиджа ,
«Хаббл считал, что данные его подсчетов дают более разумный результат относительно пространственной кривизны, если поправка на красное смещение была сделана в предположении отсутствия рецессии. До самого конца своих работ он придерживался этой позиции, отдавая предпочтение (или, по крайней мере, оставляя открытой) модель где истинного расширения не существует, и, следовательно, красное смещение «представляет собой до сих пор непризнанный принцип природы» [38] .
Были методологические проблемы с техникой съемки Хаббла, которая показывала отклонение от плоскостности при больших красных смещениях. В частности, методика не учитывала изменения светимости галактик в результате эволюции галактик . Ранее, в 1917 году, Альберт Эйнштейн обнаружил, что его недавно разработанная теория общей 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 константу («коэффициент выдумки»), чтобы избежать этой «проблемы». Когда Эйнштейн узнал о красном смещении 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 в [его] жизни». Фактически, Эйнштейн, по-видимому, однажды посетил Хаббла и пытался убедить его в том, что Вселенная расширяется. [39]
Хаббл также открыл астероид 1373 Цинциннати 30 августа 1935 года. В 1936 году он написал «Наблюдательный подход к космологии » и «Царство туманностей» , в которых объяснил свои подходы к внегалактической астрономии и свой взгляд на историю этого предмета.
В декабре 1941 года Хаббл сообщил Американской ассоциации содействия развитию науки, что результаты шестилетнего исследования с помощью телескопа на горе Вильсон не подтверждают теорию расширяющейся Вселенной. Согласно статье Los Angeles Times , сообщающей о замечаниях Хаббла: «Туманности не могут быть распределены равномерно, как показывает телескоп, и все же соответствовать идее взрыва. Объяснения, которые пытаются обойти то, что видит великий телескоп», - сказал он: не встать. Взрыв, например, должен был бы начаться задолго до создания Земли, а возможно, даже после того, как здесь появилась первая жизнь». [40] [41] (По оценкам Хаббла того, что мы сейчас называем постоянной Хаббла, Большой взрыв произошел всего 2 миллиарда лет назад.)
Хаббл женился на Грейс Лилиан (Берк) Лейб (1889–1980), дочери Джона Патрика и Луэллы (Кепфорд) Берк, 26 февраля 1924 года.
Хаббл вырос как христианин-протестант, но некоторые из его более поздних заявлений предполагают неуверенность. [42] [43] [44]
У Хаббла случился сердечный приступ в июле 1949 года во время отпуска в Колорадо . За ним ухаживала жена, и он продолжал соблюдать измененную диету и график работы. Он умер от церебрального тромбоза (тромб в мозгу) 28 сентября 1953 года в Сан-Марино , Калифорния. Похороны его не проводились, а жена так и не сообщила место его захоронения. [45] [46] [47]
Документы Хаббла, составляющие большую часть его переписки, фотографии, записные книжки, журналы наблюдений и другие материалы, 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 сообщил о том, что Хаббл сыграл роль в редактировании ключевых частей перевода статьи Лемэтра 1927 года, в которой утверждалось то, что сейчас называется законом Хаббла, а также были даны подтверждающие его наблюдения. Историки, цитируемые в статье, скептически отнеслись к тому, что эти поправки были частью кампании по сохранению приоритета Хаббла. Однако астроном-наблюдатель Сидней ван ден Берг опубликовал статью [49] , в которой предположил, что, хотя пропуски могли быть допущены переводчиком, они все же могли быть преднамеренными.
В ноябре 2011 года астроном Марио Ливио сообщил в журнале Nature , что документы в архиве Леметра продемонстрировали, что редактирование действительно было выполнено самим Леметром, который, очевидно, не видел особого смысла во включении научного контента, о котором уже сообщил Хаббл. [37] Это, однако, не умаляет того факта, что Леметр опубликовал [50] на французском языке без подобных упущений за два года до Хаббла.
В то время Нобелевская премия по физике не присуждалась за работы, выполненные в области астрономии. Большую часть своей карьеры Хаббл провел, пытаясь сделать астрономию частью физики, а не отдельной наукой. Он сделал это главным образом для того, чтобы астрономы, в том числе и он сам, могли быть признаны Нобелевским комитетом за их ценный вклад в астрофизику . Эта кампания не увенчалась успехом при жизни Хаббла, но вскоре после его смерти Нобелевский комитет решил, что астрономические работы будут иметь право на премию по физике. [16] Однако премия не может быть вручена посмертно.
6 марта 2008 года Почтовая служба США выпустила марку стоимостью 41 цент в честь Хаббла на листе под названием «Американские учёные», созданном художником Виктором Стабиным . [46] Его цитата гласит: [61]
Астроном Эдвин Хаббл (1889–1953), которого часто называют «пионером далеких звезд», сыграл ключевую роль в расшифровке обширной и сложной природы Вселенной. Его тщательные исследования спиральных туманностей доказали существование галактик, отличных от нашего Млечного Пути. Если бы он не умер внезапно в 1953 году, Хаббл получил бы в этом году Нобелевскую премию по физике.
(Обратите внимание, что утверждение о том, что он получил бы Нобелевскую премию в 1953 году, скорее всего, ложно, хотя в том же году он был номинирован на эту премию. [62] ).
Среди других ученых в списке «Американские ученые» - Герти Кори , биохимик; Лайнус Полинг , химик, и Джон Бардин , физик.
В документальном фильме 1980 года «Космос: личное путешествие» астронома Карла Сагана жизнь и работа Хаббла изображены на экране в 10-й серии: «На грани вечности».
Пьеса «День рождения творения» , написанная физиком из Корнелла Хасаном Падамси, рассказывает историю жизни Хаббла. [67]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )Грейс услышала, что Энрико Ферми и Субраманьян Чандрасекар, оба члены Нобелевского комитета, присоединились к своим коллегам и единогласно проголосовали за Хаббла за премию по физике, слух, позже подтвержденный астрономами Джеффри и Маргарет Бербидж после разговора с «Чандрой».
Хаббл, Эдвин – Королевский колледж, Иллинойс (1910)
Однажды утром, направляясь на север с Грейс после неудавшейся экспедиции по затмению в 1923 году, он выдвинул идею Уайтхеда о Боге, который мог бы выбрать из огромного множества возможностей создать другую вселенную, но Он создал эту. Созерцая Вселенную, можно приблизительно представить себе ее Создателя. Однако со временем его уверенность стала еще меньше: «Мы не знаем, почему мы рождены в этот мир, 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 мир, в который наука не может войти, и науку не интересует трансцендентное, однако оно требует частного откровения или индивидуального момента экстаза. Он не стал сопротивляться, когда друг, находящийся в глубокой депрессии, спросил его о его вере: «Все это намного больше, чем я, и я не могу этого понять, поэтому я просто доверяюсь этому и забываю об этом».
Джон ужасно расстроился и спросил Эдвина о его вере. Эдвин сказал: «Все это намного больше, чем я, и я не могу этого понять, поэтому я просто доверяюсь этому и забываю об этом». Не в его характере было спекулировать. Теории, по его мнению, были подходящим коктейльным разговором. По сути, он был наблюдателем, и, как он сказал в «Царстве туманностей»: «Только пока эмпирические ресурсы не будут исчерпаны, нам не нужно переходить в мечтательные сферы спекуляций». Эдвин никогда не исчерпал эти эмпирические ресурсы. «Я наблюдатель, а не теоретик», — заявлял он, и легкое сказанное слово на лекции или в письме показывало, что наблюдение было его выбором.
Мир физики Хаббла.
