Edwinas Hubble: galaktikos, raudonasis poslinkis ir Visatos plėtra

Edwinas Powellas Hubble'as (1889 m. lapkričio 20 d. – 1953 m. rugsėjo 28 d.) buvo žymus amerikiečių astronomas, kurio pastebėjimai ir analizės iš esmės pakeitė mokslinį požiūrį į visatą. Gimė Marshfielde (Misūris, JAV), studijavo University of Chicago ir vėliau, kaip Rhodo stipendininkas, mokėsi Oksforde; po pirmojo pasaulinio karo pradėjo dirbti astronomijos srityje ir 1919 m. įsidarbino Mount Wilson observatorijoje, kuri priklausė Carnegie Institution of Washington.

Atlikti darbai ir pagrindiniai atradimai

1920–1920-ųjų pradžioje Hubble'as panaudojo Mount Wilson observatorijos didžiulį 100 colių (≈2,5 m) Hookerio teleskopą, kad tirti tolimas „ūkas“ ar „miglas“ danguje. 1925 m. jis pateikė aiškius įrodymus, kad už mūsų galaktikos, Pieno kelio, egzistuoja kitos savarankiškos galaktikos — t. y. kad Andromedos ūkas (M31) ir kiti objektai nėra tik Pieno kelio dalys, o atskiros galaktikos, esančios daug toliau. Tai buvo viena didžiausių XX a. astronomijos permainų, praplėtusi Žemės ir žmonių vietos visatoje supratimą.

Hubble'as išmatavo atstumus iki šių galaktikų naudodamas kintamųjų žvaigždžių — Cepheidų — spinduliuminių savybių, kurios leidžia nustatyti nuotolį (šios žvaigždės buvo atrastos kaip atstumą rodantys „standartiniai žibintai“ pagal Henriettos Leavitt darbą). Remdamasis atstumų skaičiavimais, Hubble'as taip pat sudarė galaktikų morfologinę klasifikaciją (vadinamąją Hubble’o seką arba „dainės tarpą“), kurioje išskiriamos elipsinės, spiralinės, brangakmeninės (barred spiral) ir netaisyklingos galaktikos.

Raudonasis poslinkis, Doplerio efektas ir Visatos plėtra

Hubble'as pastebėjo, kad daugumos galaktikų spektre linijos yra poslinktos link raudonosios spektro dalies — tai reiškia ilgesnį bangos ilgį, kurį paprastai aiškina Doplerio efekto veiksniai. Originaliame tekste minimas raudonasis poslinkis reiškia būtent šį šviesos linijų poslinkį į ilgesnį bangų ilgį. Doplerio poveikis trumpai yra dažnio (garsui–aukščio, šviesai–spalvos) pokytis, kai šaltinis juda santykinai stebėtojui: priartėjant linijos „pasislenka“ į mėlynąją pusę (trumpesnis bangos ilgis), nutolus — į raudonąją (ilgesnis bangos ilgis).

Svarbu pabrėžti skirtumą: Hubble'o laikais raudonąjį poslinkį dar aiškino kaip klasikinį Doplerio poslinkį (panašų į judančio šaltinio sukeliamą efektą), tačiau vėliau, remiantis bendrąja reliatyvumo teorija, raudonasis poslinkis paprastai suprantamas kaip kosmologinis poslinkis — šviesos ilgio padidėjimas dėl pačios erdvės plėtimosi, kai šviesa keliauja per besiplečiančią erdvę. Todėl šiandien astronomai kalba apie visatos erdvės „metriko“ plėtimąsi, o „tariamieji greičiai“ (recesijos greičiai) dažnai interpretuojami kaip dėl erdvės plėtimosi didėjančios atstumų padidėjimo spartos.

Hubble'o dėsnis ir ankstesnės sąsajos

1929 m. Hubble'as suformulavo vadinamąjį Hubble'o dėsnį, pagal kurį galaktikų santykinis recesijos greitis (v) yra maždaug proporcingas jų atstumui (d): v = H0 × d. Konstantė H0 vadinama Hubble'o konstanta. Hubble'o pirminiai skaičiavimai davė reikšmingai didesnę H0 vertę nei šiandien žinoma dėl tuo metu netikslių atstumų matavimo metodų — Hubble laikinai gavo vertę, kuri šiais laikais būtų laikoma per didelė (kelis šimtus km/s/Mpc).

Reikia paminėti, kad idėja apie visatos plėtimąsi ir linearų santykį tarp poslinkio ir atstumo buvo nagrinėjama ir anksčiau: Belgijos kunigas ir astronomas Georges'as Lemaître'as 1927 m. paskelbė sprendimus, gaunamus iš bendrosios reliatyvumo lygties, ir pateikė sąryšį, kuris atitinka vėliau pavadintą Hubble'o dėsnį. Taip pat svarbu paminėti, kad daugelis Hubble'o poslinkio duomenų buvo gauti iš Vesto Slipherio spektroskopinių matavimų, kurie buvo atlikti dar anksčiau ir kurie pirmieji parodė daugumos miglų poslinkį link raudonos spalvos. Dėl šių priežasčių istorijoje kyla diskusijų dėl prioriteto: nors Hubble'o darbai sujungė atstumo matavimus ir poslinkio duomenis į aiškų stebėtinį santykį, idėjų ir duomenų kilmė yra platesnė.

Hubble'o palikimas ir vėlesni pasiekimai

Hubble'o pastebėjimai padėjo įtvirtinti koncepciją, kad visata plečiasi. Nors Hubble'as pats nepaaiškino plėtimosi mechanizmo (tai priklauso nuo kosmologinės teorijos ir bendrosios reliatyvumo taikymo), jo empiriniai duomenys suteikė pagrindą tolimesniems teoriniams ir stebiminiams tyrimams. Vėliau, antroje XX a. pusėje ir XXI a., astronomai tikslino Hubble'o konstantą, aptiko struktūrų formavimąsi, tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją, o 1998 m. aptikta Visatos plėtimosi spartėjimas atvėrė naują klausimų ir tyrimų sritį.

Hubble'o vardu pavadintas ir gerai žinomas Kosminis teleskopas — Hubble'o kosminis teleskopas, paleistas 1990 m., kuris savo aukštos raiškos ir giliais vaizdais dar labiau praplėtė supratimą apie galaktikas, galaktikų evoliuciją ir visatos struktūrą.

Pastabos apie interpretacijas ir dabartinę reikšmę

• Hubble'o darbai parodė, kaip labai svarbu derinti tikslius atstumų matavimus su spektroskopiniais duomenimis — tik taip galima patikimai suprasti kosminius mastus.
• Terminas „raudonasis poslinkis“ apibūdina observuojamą šviesos bangų ilgio padidėjimą; tai gali kilti dėl klasikinio Doplerio judėjimo ar dėl kosmologinio erdvės plėtimosi — šiandien daugeliu atvejų, kalbant apie tolimas galaktikas, vartojamas kosmologinis aiškinimas.
• Hubble'o dėsnio atradimas nebuvo vieno žmogaus nuopelnas: jame susiliejo Slipherio, Lemaître'o, Hubble'o ir kitų darbai bei vėlesni pastebėjimai ir tobulėjantys matavimo metodai.

Edwinas Hubble'as mirė 1953 m. San Marinobe (Kalifornija). Jo vardas ir darbai išliko kertiniai astronomijos istorijoje: jo stebėjimai atvėrė kelią šiuolaikinei kosmologijai, o mokslininkų pastangos iki šiol tęsia Hubble'o pradėtą kelią — tikslinti Visatos amžių, plėtimosi spartą ir suprasti, kas lemia Visatos raidą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas buvo Edvinas Pauelas Hubble'as?

K: Kada jis gimė ir kada mirė?

K: Koks jo palikimas?

K: Kokius tyrimus jis atliko?

K: Kur jis dirbo?

K: Kokius apdovanojimus jis gavo už savo darbą?

Paieška pagal raidę