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.

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). 

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.

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.

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.