Как мы поняли безграничность Вселенной: 100 лет открытию Эдвина Хаббла
Как удивительно молода современная наука, если об этом задуматься! Кажется, слово «галактики» (во множественном числе) было с нами всегда. Но на самом деле прошло всего лишь сто лет с момента открытия, что их много.
Ровно век назад, в ноябре 1924 года американский астроном Эдвин Хаббл объявил, что Андромеда, ранее считавшаяся туманностью, на самом деле другая галактика, а Млечный Путь — лишь одна из многих подобных галактик во Вселенной. Последствия этого открытия трудно переоценить. Расскажем подробнее про исторический момент, навсегда изменивший наше представление о себе и мире.
Исторический поворот
Великий астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) формально презентовал свое открытие в первый день нового 1925 года, а опубликовано оно в виде статьи было только за два дня до этого. Сам астроном на презентации не присутствовал. 1 января, как и месяцы, и годы до этого, Хаббл был прикован к телескопу в своей обсерватории на Маунт-Вилсон с целью найти еще больше разгадок о Вселенной вокруг.
Доклад Хаббла в итоге прочитал перед научным сообществом и сорвал овацию его коллега Генри Норрис Рассел. Тем утром 1 января ученым было не до новогоднего стола и шампанского — у них в руках был самый большой научный прорыв со времен открытия гравитации.
Интересно, что Хаббл сомневался, стоит ли ему опубликовать свое открытие (а Рассел его уговаривал), но в прессу каким-то образом информация все равно просочилась. Первым публичным объявлением об астрономическом прорыве исторического масштаба стала небольшая заметка в The New York Times 23 ноября 1924 года.
Вы можете увидеть, сколько места она заняла, справа вверху, над занявшей 80% полосы рекламой пальто к зимнего сезону!
Что было до Хаббла?
От геоцентрической к гелиоцентрической системе человечество перешло довольно давно, в XVI-XVII веках (хотя такая идея высказывалась еще с античным времен). После этого, однако, исследование космоса затормозилось из-за недостаточно развитых технических средств. Астрономы могли наблюдать на небе странные спиральные объекты, про которые мы теперь знаем, что это галактики —, но они не понимали, на что именно они смотрят.
По поводу того, что это за объекты, много лет продолжались жаркие дебаты: например, достаточно авторитетными были теории, что это удаленные звездные системы вроде Солнечной или просто гигантские облака некоего газа. Млечный путь же, то есть, галактика, в которой мы находимся, полагалась центром известной вселенной (потому что больше ничего известно не было, и в этом плане мы не сильно отличались от наших далеких предков).
Возможно древнеегипетская богиня звездного неба Нюит была первой попыткой концептуализировать Млечный Путь.
26 апреля 1920 года между двумя учеными в Национальной академии наук США, в Вашингтоне произошел так называемый Большой спор:
В дискуссии участвовали Харлоу Шейпли и Гебер Кертис. Между их теориями было множество расхождений, картины общего вида Вселенной в моделях Шейпли и Кертиса отличались. В модели Шейпли наша Галактика имела крупный размер, Солнце было удалено от её центра, а спиральные туманности находились внутри неё и были лишь газовыми облаками, при этом Шейпли не исключал, что за пределами видимости современных инструментов могут существовать и другие галактики. В модели Кертиса Солнце находилось в центре относительно небольшой Галактики, а спиральные туманности были звёздными системами, подобными нашей Галактике.
Как показало открытие Хаббла, в чем-то оба спорщика оказались правы (хотя в основном оба ошиблись).
Что сделал Хаббл
Ученому невероятно повезло: в том же 1919 году, когда он начал работать в калифорнийской обсерватории Маунт-Вилсон, туда доставили свежепостроенный 100-дюймовый телескоп Хукера, самый совершенный на тот момент астрономический прибор в мире.
Хаббла интересовали цефеиды, класс пульсирующих переменных звезд, названных так по первой, известной с древности — δ Цефеt или Аль-Радиф. Еще в 1784 году англичанин Джон Гудрайк обнаружил и описал, что переменчивость блеска этой звезды подчиняется определенным ритмам. Полтора века спустя это открытие сделало возможным идентифицировать и другие звезды такого типа, так как механизм пульсаций у всех цефеид, как выяснилось, одинаков.
Хаббл и его мегателескоп, 1922
Как и все великие ученые, Эдвин Хаббл стоял на плечах своих предшественников. В 1917 году Весто Мелвин Слайфер из обсерватории Лоуэлла измерил скорости движения 25 «спиральных туманностей» и обнаружил, что они очень велики, почти все (23 из 25) от нас удаляются и это не укладывается в текущую астрономическую модель. Через 12 лет, в 1929 году, когда уже весь мир выучит новое слово «галактики», Эдвин Хаббл построит на основе этих вычислений и собственных дальнейших открытий модель расширяющейся Вселенной, которая теперь принята за основную в астрофизике.
Еще одну значимую услугу Хабблу оказал шведский астроном Кнут Эмиль Лундмарк, который в 1922 году заявил, что увидел отдельные звезды в рукавах «спиральной туманности М33». Один из сотрудников обсерватории Хаббла, Джон Дункан, также заметил подозрительные «пульсирующие точки света» в той же «туманности».
Оставалось соединить части головоломки и дать на нее ответ, чем Хаббл и занялся при помощи своего самого совершенного в мире телескопа. Он работал и днями и ночами, пока наконец не получил то, что хотел: детальные изображения «туманности Андромеды» с большой выдержкой.
И, наконец, прорыв. В октябре 1923 года в одном из рукавов «туманности» Хаббл обнаружил знакомый ему паттерн у одной из «мерцающих точек». Периодическое и устойчивое изменение яркости на протяжении 31 дня. Это была цефеида, другая звезда — в составе того, что уже явно нельзя было назвать «облаком газа».
Подсчитав расстояние до этого объекта, Хаббл поразился: получался почти миллион световых лет (он ошибся в расчетах, на самом деле это расстояние в итоге оказалось вдвое больше, но цифра все равно была на тот момент шокирующей) — далеко за пределами Млечного Пути. Хаббл продолжал работать в обстановке секретности, пока не открыл еще одну цефеиду, и еще одну, и еще три…
Перед ним было не облако газа и не другая звездная система. «Туманность Андромеды» оказалась другой галактикой, тем, что сегодня в астрономических атласах каталогизировано как спиральная Галактика Андромеды (M 31, NGC 224, PGC 2557), дом для 300 миллиардов звезд, в том числе до 35 тысяч цефеид.
Мы были не одни во Вселенной. Хаббл в итоге не смог удержаться от небольшого троллинга и написал письмо участнику Большого Спора, Шейпли, который был сторонником теории туманностей как газовых облаков.
«Вам будет интересно узнать, что я нашел цефеиду в туманности Андромеды», — сообщил Хаббл.
«Это письмо разрушило мою вселенную», — не без злости, но признавая свое поражение, ответил Шейпли.
Та самая первая цефеида, которая перевернула все (справа график ее пульсации)
Что было потом
В 35 лет Эдвин Хаббл изменил мир, и мы до сих пор живем в той астрономической картине, которая стала возможной благодаря его открытию.
Ученый не остановился на том, что открыл галактики, он продолжал работать, и в 1929 году обнаружил зависимость между красным смещением галактик и расстоянием до них — сегодня это известно как закон Хаббла.
Благодаря этому второму открытию ученые выяснили, что Вселенная постоянно расширяется, и смогли измерить ее возраст, начиная от события Большого Взрыва, который и запустил процесс расширения.
В последние годы Хаббл вел кампанию за то, чтобы астрономию включили в состав физики, и, таким образом, исследователи подобные ему могли бы претендовать на Нобелевскую премию. Он не дожил одного года до положительного решения этого вопроса Нобелевским комитетом — первую Нобелевскую премию 1953 года за астрономические открытия должен был получить как раз сам Хаббл, но она, к сожалению, не присуждается уже умершим исследователям.
Зато ученому выпала другая посмертная честь: именем Хаббла назван запущенный на орбиту в 1990 году космический телескоп, который передал нам большинство известных сегодня изображений далеких звезд и туманностей.
Регион Туманности Орла «Столпы творения», фото телескопа Hubble, 1995
