Что и когда открыл хаббл
Астроном Эдвин Хаббл произвел революцию в области астрофизики. Его исследования помогли доказать, что Вселенная расширяется, и он создал систему классификации для галактик, которая использовалась в течение нескольких десятилетий.
Эдвин Хаббл родился 20 ноября 1889 года. Он окончил Чикагский университет и участвовал в Первой мировой войне, а затем стал руководить исследованиями в области астрофизики в обсерватории Маунт-Уилсон в Калифорнии. Революционная работа Хаббла включает в себя поиск постоянной связи между красным смещением галактик и расстоянием, что помогло в конечном итоге доказать, что вселенная расширяется. Кроме того, система классификации, которую он создал для галактик, использовалась другими исследователями в течение десятилетий, теперь известная как последовательность Хаббла.
Ранний период жизни
Хаббл получил стипендию на посещение Чикагского университета в 1906 году. Там он работал лаборантом у Роберта Милликена, который позже получил Нобелевскую премию за свою работу в области физики. После окончания университета в 1910 году Хаббл покинул Чикаго и поступил в Оксфордский университет, где изучал философию права. Он окончил школу три года спустя, получив степень бакалавра в области юриспруденции. Примерно в то же время умер отец Хаббла, Джон Хаббл.
Признанная карьера
После непродолжительного обучения в Индиане Хаббл вернулся в Чикагский университет для изучения астрономии. Вскоре после этого он был завербован Калифорнийской обсерваторией Маунт Вилсон для завершения строительства телескопа Хукера. Прежде чем начать новую должность, которую он с энтузиазмом принял, Хаббл получил докторскую степень по астрономии, поступил на службу в армию США и проходил службу в Первой мировой войне.
Работая на горе Уилсон, Хаббл доказал, что за пределами Млечного Пути, где расположена Земля, существовали другие галактики, сделав фотографии через телескоп Хукера обсерватории и сравнив различные степени яркости среди переменных звезд Цефеиды. В то время не было четкого представления о размерах Млечного Пути, и благодаря своим исследованиям Хаббл смог оценить, что туманность Андромеды (в то время считавшаяся просто спиралью) находилась на расстоянии около 900 000 световых лет от Млечного пути, поэтому она должна была быть его собственной галактикой. Позднее оказалось, что туманность Андромеды находится намного дальше, почти на 2,48 миллиона световых лет (благодаря дальнейшему анализу пространственных признаков света звезд). Туманность Андромеды была позже переименована в Галактику Андромеды.
В начале середины 1920-х годов Хаббл вместе с коллегой-астрономом Милтоном Хьюмасоном начал проводить новые исследования спектральных сдвигов галактик и уникальных расстояний, особенно в отношении их связи с Землей. Затем он и Хьюмасон опубликовали свои исследования в 1929 году, теоретизируя, что красные смещения в излучении света галактик, которые показывают, что галактики удаляются друг от друга, движутся с линейной скоростью на расстояние между ними. Другими словами, Хаббл заявлял, что красное смещение галактики в два раза больше, чем у другого, когда оно вдвое дальше от другой галактики. Исследование двух ученых было широко принято.
В 1936 году Хаббл опубликовал «Царство туманностей», историческую и объяснительную статью о своих исследованиях в области внегалактической астрономии. Хаббл работал в обсерватории Маунт-Уилсон до 1942 года, когда он уехал работать на Абердинский испытательный полигон в Мэриленде во время Второй мировой войны. За свою службу во время войны, в 1946 году, Хаббл получил медаль за заслуги.
Смерть и Наследие
Хаббл продолжал проводить исследования в обсерватории Маунт-Уилсон, а также в обсерватории Паломар в Калифорнии, пока не умер 28 сентября 1953 года. Он перенес инсульт, вызванный тромбозом мозга, и в то время ему было 63 года.
Работа Хаббла в области астрономии была действительно революционной. Показав, что существуют другие галактики, ученые лучше поняли концепцию размеров Вселенной и возможности других планет. Созданная им система классификации галактик (теперь известная как последовательность Хаббла) использовалась другими исследователями в течение почти столетия.
Хаббл (слева) с друзьями через некоторое время после его возвращения из Оксфорда. Изображение предоставлено Хантингтонской библиотекой.
Эдвин Хаббл со своим котом Коперник
Хаббл остается одним из самых известных астрономов в мире. В дополнение к получению медали за заслуги (1946), он является обладателем медали Франклина (по физике), легиона заслуг, медали Брюса и золотой медали (от Королевского астрономического общества). Как дань новаторской работе Хаббла в астрофизике, НАСА назвало свой космический телескоп Хаббла в честь Эдвина Хаббла. Бесчисленное количество университетских объектов, планетарий, астероид и часть шоссе в Миссури также несут его имя.
Личная жизнь
Хаббл женился на Грейс Берк 26 февраля 1924 года. У пары никогда не было детей.
Эдвин Хаббл
Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953) – один из самых выдающихся астрономов и космологов в XX столетии, внесший решающий вклад в понимание устройства космоса. Кардинально изменил понимание Вселенной, подтвердив существование других галактик, а не только нашей (Млечный Путь). Член Национальной академии наук в Вашингтоне с 1927 г.
В биографии Эдвина Хаббла есть много интересных фактов, о которых мы расскажем в данной статье.
Итак, перед вами краткая биография Хаббла.
Биография Эдвина Хаббла
Эдвин Хаббл появился на свет 20 ноября 1889 года в американском штате Миссури. Он рос в семье страхового управляющего Джона Пауэлла Хаббла и Вирджинии Лии Джеймс.
Детство и юность
В детстве Эдвин не только хорошо учился в школе, но и отличался прекрасными физическими данными. Он 7 раз выигрывал школьные соревнования по легкой атлетике. В юности он поставил рекорд по прыжкам в высоту среди старшеклассников в рамках городского чемпионата.
Одновременно с этим, Хаббл проявлял живой интерес к боксу. После получения среднего образования он продолжил учебу в Чикагском университете, где сосредоточился на математике, астрономии и философии.
В студенческие годы биографии Эдвин был участником организации «Каппа Сигма». Любопытно, что в 1948 г. он будет признан «Человеком года», по мнению данной организации. Затем парень успешно сдал экзамены в Королевский колледж.
В стенах колледжа Хаббл исследовал право, а также увлекался литературой и изучением испанского языка. Вернувшись домой он начал преподавать испанский язык, физику и математику в школе. Помимо этого, его избрали наставником детской волейбольной команды.
Астрономия
Проработав около года в качестве преподавателя, Эдвин Хаббл снова занялся астрономией в Йеркской Обсерватории, где вскоре удостоился докторской степени. В годы Первой мировой войны (1914-1918) он состоял на службе в войсках США, дослужившись до чина майора.
После окончания войны Хаббл начал трудиться в калифорнийской обсерватории Маунт-Вилсон. Интересен факт, что приблизительно тогда же, был сконструирован крупнейший в мире 250-сантиметровый телескоп Хукера.
Важно отметить, что на то время Вселенная рассматривалась астрономами как полностью состоящая лишь из одно галактики – Млечного Пути. Благодаря появлению телескопа Хукера, у Эдвина появилась возможность глубже исследовать космическое пространство.
Хаббл у гигантского телескопа обсерватории Маунт-Вилсон
В период биографии 1922-1923 гг. Хаббл идентифицировал цефеиды (группа пульсирующих переменных звезд) в нескольких спиральных туманностях и пришел к выводу, что данные туманности находились чересчур далеко, чтобы относиться к Млечному Пути.
Стало ясно, что на самом деле туманности представляли собой не что иное, как отдельные галактики. Далеко не все коллеги Эдвина Хаббла согласились с его сенсационными идеями. И все же, последующие исследования подтвердили слова ученого.
Вследствие этого, Хаббл стал автором большого открытия, которое коренным образом изменило подход астрономов к устройству Вселенной. Позднее он разработал наиболее применяемую сегодня Морфологическую систему классификации галактик, согласно которой галактические образования классифицируются в зависимости от их внешнего вида.
Мужчина разместил различные группы галактик в последовательность, которая сейчас известна под названием – Последовательность Хаббла. После этого Эдвин занимался измерениями расстояний до галактик, обнаружив пропорциональность величин Красного смещения объектов и расстояний до них.
В 1929 г. Эдвин стал автором эмпирического Закона Красного смещения для галактик (Закон Хаббла). Этот закон описывал зависимость красного смещения от расстояний. Если сказать просто, что чем краснее была галактика, тем дальше от нас она располагалась.
Концепции, разработанные Эдвином и Милтоном Хьюмасоном, помогли узнать о следующем принципе: чем больше расстояние между какими-либо двумя галактиками, тем быстрее они удаляются друг от друга. Летом 1935 г. Хаббл открыл астероид Цинциннати (1373).
Приблизительно тогда же астроном издал 2 научных труда – «Наблюдательский подход к космологии» и «Царство Туманностей». В разгар Второй мировой войны (1939-1945) он проходил службу на Абердинском испытательном полигоне, удостоившись ордена «Легиона Почета».
Незадолго до кончины Хаббла была окончена постройка громадного (510-сантиметрового) телескопа-рефлектора Хейла, расположенного на территории Паломарской обсерватории. Интересно, что Эдвин оказался первым, кто начал его использовать.
В последние годы биографии Эдвин прилагал все усилия для того, чтобы сделать астрономию подразделом физики. Он хотел, чтобы открытия астрономов также учитывались Нобелевским комитетом за свой значительный вклад в астрофизику. К сожалению, Нобелевский комитет начал рассматривать астрономические достижения при вручении премий по физике уже после его смерти.
Личная жизнь
Женой Эдвина была Грейс Лилиан (Берк) Лейб. Когда в 1949 г. он перенес сердечный приступ, жена ухаживала за ним и следила за тем, чтобы он придерживался соответствующей диеты и рабочего графика.
Смерть
Фото Эдвина Хаббла
Хаббл и его коллеги у обсерватории Маунт-Вилсон
Десять важнейших открытий «Хаббла»
Немногие телескопы могут похвастаться таким весомым вкладом в астрономические исследования, как космический телескоп «Хаббл».
Благодаря космическому телескопу мы расширили наши представления, пересмотрели предварительные теории и построили новые, подробнее объясняющие астрономические явления.
В апреле 2006 года исполнилось 16 лет с тех пор, как «Хаббл» находится в космосе, но пока NASA борется за возобновление полетов шаттлов, телескоп продолжает дряхлеть. Если астронавты не смогут его отремонтировать, то к середине 2008 года он окончательно выйдет из строя.
С помощью «Хаббла» было совершено 10 важнейших открытий в астрономии. За последние годы, вместе с другими обсерваториями, «Хаббл» обнаружил два новых спутника Плутона, неожиданно (и парадоксально) — обширную галактику в очень молодой Вселенной, а также спутник с массой планеты у коричневого карлика, весящего ненамного больше самой планеты. Нам удалось уточнить характеристики Вселенной, которые прежде существовали лишь в нашем воображении.
1. Столкновение с кометой
По космическим масштабам столкновение кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером было рядовым событием: усеянные кратерами поверхности планет и их спутников показывают, что Солнечная система — настоящий тир. Но в масштабе жизни человека с таким событием можно столкнуться лишь однажды: в среднем комета врезается в планету раз в тысячу лет.
За год до гибели кометы Шумейкеров-Леви 9 полученные «Хабблом» изображения показали, что она раскололась на две дюжины фрагментов, которые растянулись в цепочку. Первый из них врезался в атмосферу Юпитера 16 июля 1994 года, а за ним в течение недели упали и остальные. На изображениях видны выбросы, похожие на гриб ядерного взрыва, поднимающиеся над горизонтом Юпитера, а затем оседающие и рассасывающиеся через 10 минут после столкновения. Но последствия взрыва наблюдались еще в течение нескольких месяцев.
Следы столкновений помогают выяснить состав газового гиганта. От каждого из них волны разбегались со скоростью 450 м/сек. Судя по всему, это «тяжелые» волны, упругость в которых создается силой плавучести. Характер распространения волн указывает, что отношение кислорода к водороду в атмосфере Юпитера может быть в 10 раз больше, чем на Солнце. Однако если Юпитер сформировался в результате гравитационной неустойчивости первичного газопылевого диска, то его состав должен быть таким же, как у диска, то есть соответствовать химическому составу Солнца. Это противоречие так и остается неразгаданным.
2. Внесолнечные планеты
В 2001 году Американское астрономическое общество обратилось с просьбой к специалистам выбрать наиболее значимое, с их точки зрения, открытие последнего десятилетия. По мнению большинства, им стало обнаружение планет вне Солнечной системы. Сегодня известно около 180 таких объектов. Значительная их часть найдена с помощью наземных телескопов по небольшим колебаниям звезды, вызванным гравитационным воздействием обращающейся вокруг нее планеты. Пока такие наблюдения дают минимум информации: только размер и эллиптичность орбиты планеты, а также нижний предел ее массы.
Исследователи сосредоточились на тех планетах, орбитальные плоскости которых ориентированы вдоль нашего луча зрения. Наблюдение «Хабблом» первого из обнаруженных прохождений спутника звезды HD 209458 дало наиболее полную информацию о планете вне Солнечной системы. Она на 30% легче Юпитера, но при этом на столько же больше его в диаметре, возможно, потому, что излучение близкой звезды заставило ее раздуться. Данные «Хаббла» достаточно точны, чтобы выявить широкие кольца и массивные спутники, но их не оказалось. «Хаббл» впервые определил химический состав планеты вблизи другой звезды. В ее атмосфере содержатся натрий, углерод и кислород, а водород испаряется в пространство, создавая кометообразный хвост. Эти наблюдения — предтеча поисков химических признаков жизни в далеких уголках Галактики.
3. Агония звезд
В отличие от своих более массивных собратьев, звезды типа Солнца умирают более элегантно, сбрасывая свои внешние газовые слои постепенно, без взрыва. Это длится около 10 тыс. лет. Когда горячее центральное ядро звезды обнажается, оно своим излучением ионизует извергнутый газ, заставляя его светиться ярко-зеленым (ионизованный кислород) и красным (ионизованный водород). В результате возникает планетарная туманность. Сегодня их известно около 2 тыс. «Хаббл» показал их необычайно сложные формы в тончайших деталях. В некоторых туманностях наблюдается несколько концентрических кругов, похожих на бычий глаз, что свидетельствует об эпизодическом, а не непрерывном выбросе газа. Причем предполагаемое время между двумя выбросами составляет примерно 500 лет, что слишком долго для динамических пульсаций (при которых звезда сжимается и расширяется в результате противоборства гравитации и газового давления) и слишком быстро для тепловых пульсаций (при которых звезда выходит из равновесного состояния). Истинная же природа наблюдаемых колец остается неясной.
4. Космическое рождение
Установлено, что узкие и быстрые струи газа свидетельствуют о рождении звезды. Формируясь, она может извергнуть две тонкие струи длиной в несколько световых лет. Согласно одной из гипотез, крупномасштабное магнитное поле пронизывает газопылевой диск, окружающий молодую звезду. Ионизованное вещество, вынужденное течь вдоль магнитных силовых линий, напоминает бусины на вращающейся нитке. Наблюдения «Хаббла» подтвердили теоретический прогноз, согласно которому струи рождаются в центре диска.
В то же время данные, полученные «Хабблом», опровергли другое предположение, касавшееся околозвездных дисков. Считалось, что они сидят так глубоко в родительском облаке, что увидеть их невозможно. «Хаббл» же обнаружил с дюжину протопланетных дисков — проплидов, часто заметных в виде силуэта на фоне туманности. По крайней мере половина изученных молодых звезд обладает такими дисками, свидетельствующими о том, что сырья для формирования планет в Галактике достаточно.
5. Галактическая археология
Астрономы считают, что крупные галактики, такие как Млечный Путь и наша соседка Туманность Андромеды, выросли, поглощая мелкие галактики. Признаки «галактического каннибализма» должны быть заметны по расположению, возрасту, составу и скоростям входящих в них звезд. Благодаря наблюдениям «Хаббла» за звездным гало (слабым сферическим облаком звезд и звездных скоплений вокруг основного галактического диска) Туманности Андромеды, исследователи обнаружили, что в гало входят различающиеся по возрасту звезды: у самых старых возраст достигает 11–13,5 млрд лет, а у самых юных — 6–8 млрд лет. Последние, должно быть, случайно забрели сюда из какой-то молодой галактики (например, из поглощенной галактики-спутника) или же из более ранней области самой Андромеды (например, из диска, если часть его разрушилась при близком прохождении небольшой галактики или столкновении с ней). В гало нашей галактики нет заметного числа относительно молодых звезд. Так что при всей схожести формы Туманности Андромеды и Млечного Пути, как показывают наблюдения «Хаббла», истории двух галактик значительно отличаются друг от друга.
6. Сверхмассивные черные дыры
С 1960-х годов астрономы получили доказательства того, что источником энергии квазаров и других активных ядер галактик служат гигантские черные дыры, захватывающие окружающее их вещество. Наблюдения «Хаббла» подтверждают данную теорию. Почти у каждой детально наблюдавшейся галактики нашлись указания на спрятанную в ее центре черную дыру. Особенно важными оказались два обстоятельства. Во-первых, изображения квазаров, полученные с высоким угловым разрешением, показали, что они располагаются в ярких эллиптических или взаимодействующих галактиках. Это говорит о том, что нужны особые условия, чтобы питать центральную черную дыру. Во-вторых, масса гигантской черной дыры тесно коррелирует с массой сферического звездного балджа (сгущения), окружающего галактический центр. Корреляция свидетельствует о том, что формирование и эволюция галактики и ее черной дыры тесно связаны.
7. Самые мощные взрывы
Гамма-всплески — короткие вспышки гамма-излучения, длящиеся от нескольких миллисекунд до десятков минут. Их разделяют на два типа в зависимости от их длительности. Границей считаются примерно 2 секунды; в более длительных вспышках образуются менее энергичные фотоны, чем в более коротких. Наблюдения, проведенные Комптоновской гамма-обсерваторией, рентгеновским спутником BeppoSAX и наземными обсерваториями, позволили предположить, что продолжительные вспышки возникают при коллапсе ядер массивных короткоживущих звезд, иными словами, — звезд типа сверхновой. Но почему только малая доля сверхновых дает гамма-всплески?
«Хаббл» обнаружил: несмотря на то, что во всех областях звездообразования в галактиках вспыхивают сверхновые, продолжительные гамма-всплески сконцентрированы в наиболее ярких областях, как раз там, где сосредоточены самые массивные звезды. Более того, продолжительные гамма-всплески чаще всего возникают в небольших, неправильных, бедных тяжелыми элементами галактиках. И это важно, поскольку дефицит тяжелых элементов в массивных звездах делает их звездный ветер менее мощным, чем у звезд, богатых тяжелыми элементами. Поэтому на протяжении жизни бедные тяжелыми элементами звезды сохраняют большую часть своей массы и, когда приходит время взрываться, они оказываются более массивными. Коллапс их ядер приводит к образованию не нейтронной звезды, а черной дыры. Астрономы считают, что продолжительные гамма-всплески вызваны тонкими струями, выброшенными быстро вращающимися черными дырами. Решающими факторами для того, чтобы коллапс ядра звезды вызвал мощный гамма-всплеск, являются масса и скорость вращения звезды в момент ее смерти.
Отождествление коротких гамма-всплесков оказалось более сложным. Только в последние годы несколько таких событий произошло благодаря спутникам HETE 2 и Swift. «Хаббл» и рентгеновская обсерватория «Чандра» установили, что энергия таких вспышек слабее, чем продолжительных, и возникают они в совершенно разных типах галактик, включая и эллиптические галактики, где звезды сейчас почти не формируются. Похоже, что короткие вспышки связаны не с массивными, короткоживущими звездами, а с остатками их эволюции. Согласно наиболее популярной гипотезе, короткие гамма-всплески возникают при слиянии двух нейтронных звезд.
8. Край Вселенной
Одна из фундаментальных задач астрономии — исследовать развитие галактик и их предков во временном интервале, максимально приближенном к моменту Большого взрыва. Чтобы понять, как выглядел когда-то наш Млечный Путь, исследователи решили получить изображения галактик различного возраста — от самых юных до самых старых. С этой целью, чтобы запечатлеть наиболее далекие (а значит, самые древние) галактики, «Хаббл» совместно с другими обсерваториями получил с длительными экспозициями изображения нескольких маленьких участков неба: глубокие снимки «Хаббла», сверхглубокий снимок «Хаббла» и глубокий обзор великих обсерваторий «Происхождение».
Сверхчувствительные снимки показывают галактики во Вселенной, когда ей было лишь несколько сотен миллионов лет, что составляет всего 5% от ее нынешнего возраста. Тогда галактики были меньше размером и имели менее правильную форму, чем теперь, что и следовало ожидать, если современные галактики образовывались путем слияния маленьких галактик (а не путем распада более крупных). Создаваемый сейчас космический телескоп «Джеймс Уэбб», наследник «Хаббла», сможет проникнуть в еще более далекие эпохи.
Глубокие снимки позволяют также проследить, как изменялась интенсивность звездообразования во Вселенной от эпохи к эпохе. Похоже, что она достигла своего пика примерно 7 млрд лет назад, а затем постепенно ослабла примерно в десять раз. В молодости Вселенной (то есть в возрасте 1 млрд лет) скорость звездообразования уже была велика и составляла 1/3 ее максимального значения.
9. Возраст Вселенной
Наблюдения Эдвина Хаббла и его коллег в 1920-е годы показали, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Галактики разбегаются друг от друга так, как будто бы пространство Вселенной равномерно растягивается. Постоянная Хаббла (H0), указывающая современную скорость расширения, позволяет определить возраст Вселенной. Объяснение простое: постоянная Хаббла — это скорость разбегания галактик, поэтому, если пренебречь ускорением и торможением, величина, обратная H0, дает время, когда все галактики были рядом. Кроме того, значение постоянной Хаббла играет определяющую роль для роста галактик, формирования легких элементов и установления продолжительности фаз космической эволюции. Не удивительно, что точное измерение постоянной Хаббла было с самого начала основной целью одноименного телескопа.
На практике для определения данной величины требуется измерить расстояния до ближайших галактик, а это гораздо более трудная задача, чем считалось в XX веке. «Хаббл» детально исследовал цефеиды — звезды с характерными пульсациями, периоды которых указывают на их истинный блеск, а значит, и на расстояние до них, — в 31 галактике. Точность полученного значения постоянной Хаббла составила около 10%. В совокупности с результатами измерений реликтового излучения это определяет возраст Вселенной — 13,7 млрд лет.
10. Ускоряющаяся Вселенная
В 1998 году две независимые группы исследователей пришли к поразительному выводу: расширение Вселенной ускоряется. Обычно астрономы считали, что Вселенная тормозится, поскольку притяжение галактик друг к другу должно замедлять их разбегание. Сложнейшая загадка современной физики — вопрос о том, что вызывает ускорение. Согласно рабочей гипотезе, во Вселенной содержится невидимая составляющая, называемая «темной энергией». Совокупность наблюдений «Хаббла», наземных телескопов и измерений реликтового излучения указывают, что в этой темной энергии содержится 3/4 полной плотности энергии Вселенной.
Ускоренное расширение началось примерно 5 млрд лет назад, а до того момента оно тормозилось. В 2004 году «Хаббл» обнаружил 16 далеких сверхновых, которые тогда вспыхнули. Данные наблюдения накладывают основательные ограничения на теории о том, чем может быть темная энергия. Простейшая (и наиболее загадочная) возможность заключается в том, что энергия принадлежит самому пространству, даже если оно совершенно пустое. Сегодня наблюдение далеких сверхновых остается лучшим методом изучения темной энергии. Роль «Хаббла» в изучении темной энергии огромна, поэтому астрономы будут благодарны NASA, если телескоп будет сохранен.