Закон Хаббла

Закон Хаббла

Кажущаяся швидкість видалення галактики ми прямо пропорційна відстані до нее.

Вернувшись з першого Першої світової, Едвін Хаббл влаштувався працювати в високогірну астрономічну обсерваторію Маунт-Вилсон бегемотів у Південній Каліфорнії, що у роки була у світі з оснащеності. Використовуючи її новітній телескоп-рефлектор з діаметром головного дзеркала 2,5 м, він провів серію цікавих вимірів, назавжди перевернувших наші ставлення до Вселенной.

Вообще-то, Хаббл мав намір досліджувати одну застаревшую астрономічну проблему — природу туманностей. Ці загадкові об'єкти, починаючи з XVIII століття, хвилювали учених таємничістю свого походження. До XX віці дехто з тих туманностей розродилися зірками та розсмокталися, проте більшість хмар так і залишився туманними — і в природі, зокрема. Тут вчені України і задалися питанням: чи, власне, ці туманні освіти перебувають — з нашого Галактиці? або частина з них є інші «острівці Всесвіту», якщо виражатися витонченими мовою тієї епохи? До набрання нею чинності телескопа на горі Уїлсон в 1917 року це питання стояло суто теоретично, бо виміру відстаней до цих туманностей технічних засобів не имелось.

Начал свої дослідження Хаббл із дуже, мабуть, популярної невідь-скільки років туманності Андромеди. До 1923 року йому вдалося розглянути, що околиці цієї туманності є скупчення окремих зірок, деякі з них належать до класу змінних цефеид (відповідно до астрономічної класифікації). Спостерігаючи перемінної цефеидой протягом досить багато часу, астрономи вимірюють період зміни її світності, та був по залежності период—светимость визначають і кількість испускаемого нею света.

Чтобы краще зрозуміти, у чому наступний крок, наведемо таку аналогію. Уявіть, що ви стоїте в безпросвітно темній ночі, і удалечині хтось включає електричну лампу. Оскільки нічого, крім цього далекої лампочки, ви навколо не бачите, визначити відстань досяжна вам практично неможливо. Може, вона дуже яскрава і світиться далеко, і може, тьмяна і світиться неподалік. Як це визначити? Нині ж уявіть, що вам якимось чином вдалося дізнатися потужність лампи — скажімо, 60, 100 чи 150 ватів. Завдання відразу спрощується, оскільки з видимої світності ви вже зможете приблизно оцінити геометричне відстань досяжна. Отож: вимірюючи період зміни світності цефеиды, астроном перебуває у тій ситуації, як і це, розраховуючи відстань до віддаленій лампи, знаючи її светосилу (потужність излучения).

Первое, що зробив Хаббл, — розрахував відстань до цефеид околицях туманності Андромеди, отже, й аж до туманності: 900 000 світлових років (точніше інтерв'ю, розраховане сьогодні відстань до галактики Андромеди (а її тепер називають) становить 2,3 мільйона світлових років. — прим. автора) — то є туманність перебуває далеко поза Чумацького Шляху — нашої галактики. Пронаблюдав цю та інші туманності, Хаббл дійшов базовому висновку про структуру Всесвіту: вона з набору величезних зоряних скупчень — галактик. Саме які й видаються в небі далекими туманними «хмарами», оскільки окремих зірок настільки величезному видаленні ми розглянути просто ні можемо. Одного цього відкриття, взагалі-то, вистачило б Хабблу для всесвітнього визнання його заслуг перед наукой.

Ученый, проте, цим обмежився, і підгледів одне важливе аспект у даних, який астрономи стежили і колись, але інтерпретувати важко було. Як-от: що спостерігається довжина спектральних світлових хвиль, випромінюваних атомами віддалених галактик, трохи нижче довжини спектральних хвиль, випромінюваних тими самими атомами за умов земних лабораторій. Тобто спектрі випромінювання сусідніх галактик квант світла, випромінюваний атомом при стрибку електрона з орбіти на орбіту, зміщений за частотою у бік червоною частини спектра проти аналогічним квантом, испущенным настільки ж атомом Землі. Хаббл взяв він сміливість інтерпретувати це спостереження як вияв ефекту Доплера, але це означає, що це спостережувані сусідні галактики видаляються від Землі, оскільки у практично всіх галактичних об'єктів поза Чумацького Шляху спостерігається саме червоне спектральне усунення, пропорційне швидкості їх удаления.

Самое головне, Хабблу вдалося зіставити результати своїх вимірів відстаней до сусідніх галактик (за спостереженнями змінних цефеид) з вимірами швидкостей їх видалення (по червоному зміщення). І Хаббл з’ясував, що далі ми перебуває галактика, то з більшою швидкістю вона видаляється. Цю саму явище центростремительного «розбігання» видимої Всесвіту з наростаючою швидкістю по мері видалення від локальної точки спостереження та одержало назву закону Хаббла. Математично він формулюється дуже просто:

v = Hr.

где v — швидкість видалення галактики ми, r — відстань досяжна, а H — так звана стала Хаббла. Остання визначається експериментально, і сьогодні оцінюється як рівна приблизно 70 км/(с· Мпк) (кілометрів на секунду на мегапарсек; 1 Мщк приблизно дорівнює 3,3 мільйонам світлових років). І це означає, що галактика, віддалена ми на відстань 10 мегапарсек, втікає ми зі швидкістю 700 км/с, галактика, віддалена на 100 Мщк, — зі швидкістю 7000 км/с, тощо. буд. І, хоча спочатку Хаббл прийшов до цього закону по результатом спостереження всього кілька найближчих до нас галактик, жодна з безлічі відкритих відтоді нових, дедалі більше віддалених від Чумацького Шляху галактик видимої Всесвіту з-під дії цього закону не выпадает.

Итак, головне і — начебто — неймовірне слідство закону Хаббла: Всесвіт розширюється! Мені цей спосіб найнаочніше представляється так: галактики — ізюмини в швидко всходящем дріжджовому тесті. Уявіть себе микроскопическим істотою одній із изюмин, тісто котрій представляється прозорим: і що ви не побачите? Оскільки тісто піднімається, всі інші ізюмини від вас видаляються, причому, чим далі родзинка, то швидше вона видаляється від вас (бо між вами і далекими ізюминами більше розширюваного тесту, ніж серед вас і найближчими ізюминами). У той самий час, вам буде представлятися, що це і є ви перебуваєте у у самісінькому центрі розширюваного вселенського тесту, і у цьому нічого — коли б затрималися у інший изюмине, вам все уявлялося в точності як і. Ось і галактики розбігаються за однією простої причини: розширюється сама тканину світового простору. Усі спостерігачі (і ми із Вами не виняток) вважають для себе які у центрі Всесвіту. Краще за все це сформулював мислитель 15 століття Микола Кузанский: «Будь-яка точка є центр безмежної Вселенной».

Однако закон Хаббла підказує нас і ще щось про природу Всесвіту — і це «щось» є просто-таки екстраординарної. У Всесвіту був початок у часі. І це дуже нескладне умовивід: досить взяти й подумки «прокрутити тому» умовну кінокартину спостережуваного нами розширення Всесвіту — і ми дійдемо до точки, коли все речовина світобудови стискалося в щільний клубок протоматерии, укладений у зовсім невеличкому у порівнянні з теперішніми масштабами Всесвіту обсязі. Ставлення до Всесвіту, яка з сверхплотного згустку надгарячої речовини і відтоді розширення і остывающей, одержало назву теорії Великого Вибуху, і більше вдалою космологічної моделі походження і еволюції Всесвіту сьогодні не є. Закон Хаббла, до речі, допомагає також оцінити вік Всесвіту (звісно, дуже спрощено і близько). Припустимо, що це галактики з початку віддалялися ми з тією ж швидкістю v, яку ми бачимо сьогодні. Нехай t — час, що минув від початку їхніх розльоту. Це буде вік Всесвіту, й він соотношениями:

v x t = r, чи t = r/V.

Но ж із закону Хаббла слід, что.

r/v = 1/H.

где М — стала Хаббла. Отже, вимірявши швидкості видалення зовнішніх галактик і експериментально визначивши М, ми цим отримуємо й оцінку часу, протягом якого галактики розбігаються. Це і передбачене час існування Всесвіту. Постарайтеся запам’ятати: із найбільш з останніми оцінками, вік нашої Всесвіту становить близько 15 мільярдів років, плюс-мінус кілька мільярдів років. (Порівняйте: вік Землі становить 4,5 мільярдів років, а життя в ній зародилася близько чотирьох мільярдів років назад.).

***

Эдвин Пауелл ХАББЛ.

Edwin Powell Hubble, 1889−1953.

Американский астроном. Народився р. Маршфилд (штат Міссурі, США), виріс у Уитоне (штат Іллінойс) — тоді це не була університетський, а промисловий передмістя Чикаго. Закінчив з відзнакою Чиказький університет (де відзначився що й спортивними досягненнями). Ще у коледжі, підробляв асистентом до лабораторій нобелівської лауреатки Роберта Милликена (див. Досвід Милликена), а літні канікули — геодезистом на залізничному будівництві. Згодом Хаббл любив згадувати, як разом ще з однією робочим вони відстають від останнього поїзда, увозившего їх геодезичну бригаду тому, до благ цивілізації. Три дня вони проблуждали у лісах, як дісталися населеній місцевості. Ніякої провізії вони з собою був, але, за словами самого Хаббла, «Можна було, звісно, вбити їжачка чи позначку, але навіщо? Головне, що води навколо хватало».

Получив в 1910 року диплом бакалавра, Хаббл пішов у Оксфорд завдяки отриманої стипендії Роудса. Там він почав було вивчати римське і британське право, але, по його собственм словами, «проміняв юриспруденцію на астрономію» та повернувся в Чикаго, що й зайнявся підготовкою до захисті власної дипломної роботи. Більшість спостережень учений проводив з урахуванням обсерваторії Йеркс, розташованої на північ від Чикаго. Там його зауважив Джордж Эллери Хейл (George Ellery Hale, 1868−1938) і в 1917 року запросив молодої людини на нову обсерваторію Маунт-Вилсон.

Тут, проте, втрутилися події. США вступив у Першу світову війну, і Хаббл одну ніч довів до розуму свою дисертацію на ступінь Ph. D., на на наступний ранок захистив її — і відразу пішов добровольцем до армії. Його науковий керівник Хейл дістав листа від Хаббла телеграму такого змісту: «Жалкую про вимушене відмови від запрошення відзначити захист. Пішов війну». У Францію добровольча частина прибула наприкінці війни" та навіть брала участі в бойові дії, проте осколочное поранення від очманілого снаряда Хаббл отримати встиг. Демобілізувавшись влітку 1919 року, учений негайно повернулося на каліфорнійську обсерваторію Маунт-Вилсон, де згодом і виявив, що Всесвіт складається з разлетающихся галактик, як і одержало назву закону Хаббла.

В 1930;ті роки Хаббл продовжив активне вивчення світу поза Чумацького Шляху, внаслідок чого згодом і здобув визнання у наукових колах, а й серед широкого загалу. Слава йому сподобалася, і фотографіях минулих років вченого можна часто побачити позирующим у компанії знаменитих кінозірок тієї эпохи.

Научно-популярная книга Хаббла «Царство туманностей» (The Realm of Nebulae), що у 1936 року, ще додала вченому популярності. Заради справедливості не відзначити, що останніми роками Другої світової війни учений залишив свої астрофізичні пошуки й чесно займався прикладної балістикою на посаді головного виконавчого директора випробувального полігону з надзвуковою аеродинамічній трубою в Абердині (штат Меріленд), після чого повернувся до астрофізиці й під кінець своїх днів обіймав посаду голови об'єднаного вченого ради обсерваторії Маунт-Вилсон і Паломарской обсерваторії. У частковості, йому належить рушійна уваги ідея і технічна розробка базової конструкції знаменитого двухсотдюймового (п'ятиметрового) хейловского телескопа, введеного до ладу в 1949 року з урахуванням Паломарской обсерваторії. Цей телескоп по сьогодні залишається вершиною втіленої у вихідному матеріалі астрометрії. І, напевно, справедливо, що став саме Хаббл встиг — який із сучасних астрофізиків — зазирнути у глибини Всесвіту через окуляр цього чудесного инструмента.

Если ж абстрагуватися від астрономії, то Едвін Хаббл взагалі був людиною унікально широких інтересів. Так було в 1938 року і його було обрано склад ради опікунів Южно-Калифорнийской бібліотеки Гантінгтона й Мистецькій галереї в її присутності (Лос-Анджелес, США). Вчений подарував цієї бібліотеці свою унікальна колекція стародавніх книжок з історії науки. Улюбленим ж виглядом відпочинку Хаббла була рибна ловля на спінінг — він і цьому домігся вершин, та її рекордні вилови в гірських потоках Скалистых гір (США) і річці Тест (Англія) досі вважаються неперевершеними… Едвін Хаббл помер 28 вересня 1953 року у результаті крововиливу в мозг.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.