Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной
Шрифт:
Американский астроном Весто Мелвин Слайфер (1875-1969) родился в Малберри, Индиана. Он получил работу в обсерватории Флагстафф (Аризона), основанной миллионером Персивалем Лоуэллом, а в 1916 году стал ее директором. Лоуэлл был одним из открывателей и исследователей марсианских каналов (которых, впрочем, никогда не существовало). Он интересовался Солнечной системой и одним из первых понял, что будущее астрономии — за спектрометрией. Хотя телескоп Лоуэлла был довольно скромных размеров, он приобрел прекрасный спектрометр и предложил Слайферу воспользоваться им. Лоуэлл думал, что галактика Андромеды — еще одна солнечная система в стадии формирования, поэтому решил измерять скорости галактик, пользуясь спектральными линиями. Слайфер увидел, что почти все туманности удаляются с высокими скоростями, более 1000 км/с, и такая стремительность никогда раньше
Весто Слайфер измерил скорости спиральных галактик и первым наблюдал расширение Вселенной.
Слайфер прославился почти сразу после своего открытия. Датский астроном Эйнар Герцшпрунг( 1873-1967) из Потсдамской обсерватории (Германия), сегодня известный как один из авторов диаграммы классификации звезд Герцшпрунга — Рассела (второй автор — Генри Норрис Рассел), быстро оценил важность открытия. Для него такие высокие скорости означали, что спиральные туманности не могут принадлежать системе Млечного Пути. Даже ничего не зная о расстояниях, он понял, что скорости такого порядка нехарактерны для звезд, и было непросто согласиться с тем, что они гравитационно связаны с нашей туманностью. Герцшпрунг говорил: «Они должны составлять отдельные острова во Вселенной, среди которых Млечный Путь — один из бесчисленных островов». Наконец давно возникшая мысль об островных вселенных подтвердилась с помощью наблюдений.
Однако некоторые скептически настроенные исследователи сомневались в достоверности экспериментальных данных. Например, Джордж Ричи, работавший с большим 60-дюймовым (1,52 м) телескопом в Маунт-Вилсоне, с помощью фотопластинок спиральных галактик установил, что их масса не может быть аналогична массе Млечного Пути, поэтому он отвергал идею островных вселенных. Однако догадку Герцшпрунга поддерживал и Слайфер.
После сенсационного открытия Слайфера, установившего, что все туманности разлетаются с огромной скоростью, Хаббл начал работать с большим телескопом, который, однако, не был в то время самым большим. Это был 40-дюймовый (1,02 м) рефрактор, большой Йеркский телескоп (см. фотографию). Миллионер Чарльз Йеркс подарил это оборудование Чикагскому университету и организовал его установку в обсерватории на берегу озера Женева, где в то время располагались еще не электрифицированные деревушки. Хаббл знал, что наступило время изучения туманностей, и забросил все остальные работы, связанные с Солнцем. Йеркский телескоп был не очень популярен, многие астрономы перебрались в Маунт- Вилсон, в Калифорнию, к большому 60-дюймовому телескопу. Среди оставивших Йеркс был и Уолтер Адамс (1876-1956), сыгравший в нашей истории важную роль. Но даже когда Хаббл переехал в Маунт-Вилсон, он предпочитал телескоп более скромных размеров, всего 24 дюйма (61 см), о котором практически забыли все остальные исследователи. Йеркские астрономы — директор Эдвин Фрост, Эдвард Барнард, имя которого носит одна из ближайших звезд, и некоторые другие — предлагали Хабблу заняться фотоисследованием туманностей.
Большой телескоп в Йорке — первый, на котором работал Хаббл. Фотография примерно 1901 года.
Его выбор пал на NGC 2261. С 1915 по 1916 год ученый сделал множество фотопластинок. Он сравнил свои результаты с теми, что были получены восемь лет назад другими астрономами, и пришел к выводу, что форма туманности изменилась. Если за такое короткое время произошли видимые изменения, значит туманность находится не очень далеко. Казалось, это свидетельствует о том, что перед далекими спиральными туманностями Слайфера находятся и другие, более близкие, входящие в состав Млечного Пути. Хаббл опубликовал свои результаты в Astrophysical Journal Чикагского университета (сегодня это одно из самых престижных изданий в области астрофизики). Близость туманности подтверждало и то, что Хаббл мог наблюдать собственно движения (то есть перемещение перпендикулярно линии наблюдения) некоторых ее звезд.
Название диссертации звучало следующим образом: Photographic Investigations of Faint Nebulae («Фотографические исследования слабых туманностей»). Это была хорошая тема для исследовательской работы, которую нужно было представить в письменном и устном виде. Письменная часть работы была очень короткой — всего 15 страниц. Фрост настаивал на более длинном описании и исправлении некоторых ошибок. Но переезд Хаббла в Маунт-Вилсон и Первая мировая война заставили ученого на несколько лет сделать перерыв в работе. Представление ее научному сообществу откладывать уже было нельзя, так что письменная часть так и осталась неисправленной. Однако устное выступление стало настоящим триумфом Хаббла. Членами комиссии были Фрост, Барнард и его первый и единственный профессор астрономии Мультон. Работа получила высшую оценку с отличием (magna cum laude). Это был настоящий успех. Так в самом начале карьеры Хаббл завоевал уважение других астрономов, и это открыло ему двери для дальнейшей работы.
В 1916 году Уолтер Адамс был директором-ассистентом в Маунт-Вилсоне, недалеко от Пасадины, Калифорния. После легендарного 60-дюймового (1,52 м) телескопа, который некоторое время был самым большим в мире, появился 100-дюймовый (2,54 м). Чем больше был диаметр первичного зеркала, тем большее количество света оно захватывало, и это означало, что с его помощью можно увидеть новые звезды и туманности. Особенно сильно ученых интересовала возможность разложения света по длине волны и получения спектров в большем разрешении. Эти исследования имели ключевое значение для зарождавшейся физики туманностей. За несколько лет до своего появления 100-дюймовый телескоп казался невероятным устройством: его реализация была технически сложной, а размеры его купола должны быть поистине колоссальными.
После установки нового телескопа такого размера и с такими возможностями необходимо было увеличить штат, добавив в него еще одного астронома. Адамс предлагал одного аспиранта, некоего Хаббла. Директор Джордж Эллер Хейл попросил своих коллег из Чикаго дать свои отзывы об этом ученом. Они оказались прекрасными. Сложность состояла в том, что введение в штат нового астронома могло не понравиться Фросту. Маунт-Вилсон уже переманил лучших астрономов из Йеркса, и было несправедливым забирать у них еще одного многообещающего ученого. Хейл написал Фросту, и вместе с Барнардом они попросили Хаббла как можно скорее защитить свою работу и приехать в Маунт-Вилсон. О будущем этого исследователя они думали едва ли не больше, чем о своем собственном. После защиты диссертации Хабблу предложили зарплату в 1200 долларов в год.
Но США объявили войну Германии. Хаббл собирался пойти на фронт добровольцем, однако терять место он не хотел, поэтому попросил Хейла поберечь для него должность до возращения. Против всех ожиданий Хейл согласился. Возможно, он был уверен в том, что его страна должна принять участие в мировой войне, и ему импонировало благородное желание молодого ученого. Словом, поведение Хаббла вызвало симпатии: он уходил на войну, отказываясь от места, о котором мечтал. В мае того же года Хаббл записался в армию и уехал до августа 1919 года. Хейл ждал нового работника и даже повысил ему обещанную зарплату. Когда Хаббл, наконец, поступил на службу, его зарплата составляла 1500 долларов в год.
После Первой мировой войны и недолгого пребывания в любимой Англии «майор Хаббл» поступил на службу в Маунт-Вилсон. С первых дней основным объектом исследований в этой обсерватории были планеты.
Но в 1920 году в Маунт-Вилсоне поняли, что следует заняться туманностями. Нельзя сказать, что исследования планет и звезд были завершены. Совсем наоборот, еще совсем недавно великий британский астроном Артур Эддингтон полагал, что звезды состоят из железа, кроме того, не были известны механизмы слияния ядер. Планеты до сих пор остаются важным объектом многих исследований, но в те годы о туманностях не было известно вообще ничего. Не было понятно, из чего они состоят, не существовало их классификации, не было известно расстояние до них, но ученых не покидало ощущение, что туманности — ключ к пониманию размеров Вселенной.
Принадлежат ли туманности к Млечному Пути? Существуют ли островные вселенные? Какие еще вселенные существуют? Тезис о принадлежности туманностей к Млечному Пути в Маунт-Вилсоне отстаивали Харлоу Шепли и Адриан ванн Маанен, наследники старой традиции. Уильям Гершель, пересчитывая звезды, обнаружил, что Солнце находится примерно посредине Млечного Пути. Из этого не следовало, что не существует островных вселенных (других галактик, как мы сказали бы сегодня), но такое предположение все же высказывалось. Позднее голландский астроном Якобус Каптейн построил сходную модель, но с более точными данными. Почему же представление о Млечном Пути в те годы так отличалось от сегодняшнего? Мы знаем, что Солнце располагается не в центре галактики, а на расстоянии 30 тысяч световых лет от него. Но в те времена ничего не было известно о межзвездной экстинкции, которая не позволяет нам производить наблюдения на расстоянии, превышающем 3000 световых лет.