Александр Шаров - Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла

• Название: Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла
• Автор: Александр Шаров
• Издательство: Наука
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1989
• ISBN: 5-02-014076-7

Описание жизни и деятельности великого ученого нашего столетия  Эдвина-Пауэла Хаббла (1889—1953), автора замечательных открытий, определивших лицо современной астрономии. Его исследования утвердили концепцию островной Вселенной, состоящей из звездных систем-галактик, подобных Галактике, в которой мы живем. Главным достижением Хаббла явилось открытие закона красного смещения линий в спектрах далеких галактик, свидетельствующего о расширении Вселенной. Рассказывается также об исследованиях, продолживших дело Хаббла: о теории горячей Вселенной, о физике процессов в расширяющейся Вселенной, открытии реликтового излучения, о замыслах новых наблюдений для уточнения картины строения и эволюции Вселенной.

При написании биографии ученого использовался ряд материалов, никогда ранее не публиковавшихся.

---

Рессел, всегда живо откликавшийся на новости астрономии, в популярном журнале «Сайентифик америкэн» тогда писал: «Существование странного эффекта расстояния представляется подтвержденным. Если зависимость действует и дальше, то спектры должны стать совсем необычными. Можно сфотографировать туманность вдесятеро дальше хьюмасоновской [NGC 7619]. Тогда ее скорость достигнет 40 000 км/с и линия натрия из желтой сместится в красную часть спектра. «Что все это значит? Мир туманностей расширяется?» — спросит читатель. Наилучший ответ,— продолжал Рессел,— заключается в теории замечательного голландского астронома де Ситтера. Если туманности сперва были близки, то с начального момента они будут удаляться друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию, как на это и указывают исследования Хаббла. Однако признать теорию де Ситтера без оговорок преждевременно. Философски неприемлемо, чтобы все галактики прежде были вместе. На вопрос— «почему?» ответа мы не находим».

Наступило лето 1929 г. и Хаббл по обыкновению отправился на отдых в горы Сьерра-Невада, а когда вернулся, обнаружил у себя бандероль с очередным майским «Бюллетенем Астрономических институтов Нидерландов», со статьей де Ситтера «О звездных величинах, диаметрах и расстояниях внегалактических туманностей и их видимых лучевых скоростях». Это была подробная и основательная статья как раз о том, чем занимался Хаббл уже несколько месяцев. Но с наблюдательной точки зрения ничего нового она не содержала, да и не могла содержать. Новых лучевых скоростей у де Ситтера не было, звездные величины он брал из литературы. Лишь оценки расстояний де Ситтер комбинировал из данных Хаббла, только что опубликованных, Лундмарка — из работы 1927 г. и из небольшого числа других источников. Естественно, де Ситтер получил практически те же результаты, что и Хаббл. Пожалуй, единственное, что отличало их работы — стремление де Ситтера сразу же увидеть теоретические следствия расширения наблюдаемой Вселенной. Именно это вызвало интерес астронома-наблюдателя Хаббла, но поспешность теоретика явно задела его самолюбие и в письме де Ситтеру он вынужден был твердо заявить: «...в «Бюллетене» № 185 есть момент, к которому я решаюсь привлечь Ваше внимание. Возможность зависимости скорость — расстояние туманностей носилось в воздухе уже годами. Я полагаю, впервые упомянули о ней Вы. Но наша предварительная заметка в 1929 г. была первым представлением материала, когда разброс по сравнению с диапазоном расстояний оказался достаточно малым, чтоб зависимость установить стало возможно. Более того, в этой заметке мы объявили программу с целью проверки зависимости на больших расстояниях, используя всю мощь 100-дюймовика. Работа очень трудна, но мы испытываем удовлетворение, поскольку результаты неизменно подтверждают первоначальную зависимость. По этим причинам - я считаю зависимость скорость — расстояние, ее формулировку, проверку и подтверждение маунтвилсоновским достижением и глубоко заинтересован в ее признании как таковой... Мы всегда предполагали, что когда -опубликованы предварительные результаты и объявлена программа их дальнейшей проверки, первое обсуждение новых данных естественно принадлежит тем, кто действительно выполнил работу. Должны ли мы сделать вывод, что Вы не придерживаетесь подобной этики, что нам следует хранить наши наблюдения в секрете? Конечно, здесь некое недоразумение». Де Ситтер был несколько задет тоном письма Хаббла, но в дальнейшем их переписка оставалась дружественной. Правоту Хаббла де Ситтер полностью признал.

Теоретическая интерпретация открытия Хаббла в рамках модели де Ситтера встречала очевидные трудности, так как модель предполагала пренебрежимо малую среднюю плотность вещества во Вселенной. Распределение же галактик в пространстве показывало, что плотность отнюдь не мала. В это время Леметр написал Эддингтону письмо с напоминанием о своей работе 1927 г. о расширении Вселенной с конечной (не пренебрежимой) средней плотностью вещества. Эддингтон сразу же увидел, что модель Леметра дает теоретическое объяснение выводов Хаббла. Он сообщил об этом де Ситтеру и оба знаменитых теоретика горячо приветствовали работу Леметра. Фридмана в это время уже не было в живых и о его пионерских и исчерпывающих работах, к сожалению, не вспомнили. Так получилось, что Леметр был провозглашен «Отцом теории расширяющейся Вселенной». Фортуна ему улыбнулась. Только спустя многие годы приоритет Фридмана стал постепенно восстанавливаться и в настоящее время общепризнан. Вспомним в связи с этим еще раз Эйнштейна. В 1931 г. о теории расширяющейся Вселенной он писал так: «Первым... на этот путь вступил Фридман». А в 1945 г. Эйнштейн добавил: «Последующее представляет собой не что иное, как изложение идеи Фридмана».

Между тем наблюдения Хаббла и других астрономов приносили все новые результаты. Еще работая в Гамбурге, до переезда в Америку, Вальтер Бааде обнаружил в Большой Медведице довольно крупное скопление туманностей. Его члены были заметно слабее, чем в скоплении Девы, и Хаббл смело предсказал, что их лучевая скорость должна быть около 12 000 км/с. Наблюдения Хьюмасона одной из них дали 11 800 км/с!

Фотографируя Нептун для поисков его спутников, Кристи нашел во Льве, недалеко от Регула, еще скопление слабых туманностей. Самая яркая из них, маленькая чуть диффузная звездочка на снимке 100-дюймовика, была на целую величину слабее ярчайшей туманности в скоплении Большой Медведицы. Хаббл и Хьюмасон понимали, что скопление во Льве может оказаться самым далеким объектом, до сих пор известным во Вселенной. Специально переделывается аппаратура, чтобы за приемлемое время снять спектр туманности. И, наконец, результат получен: 19 700 км/с. Достаточно было слабой лупы, чтобы без всяких измерений увидеть, как известные линии Н и К кальция заметно сместились на спектрограмме в красную часть спектра.

Прошли два года напряженной работы. Пора было подводить ее итоги. К марту 1931 г. Хьюмасон и Хаббл подготовили две важнейшие работы. Вскоре они вместе были опубликованы в «Астрофизикл джорнэл». Теперь Хьюмасон мог привести лучевые скорости 46 туманностей — изолированных объектов, а_ также членов скоплений и группировок в Деве, Пегасе, Рыбах, Раке, Персее, Волосах Вероники, Большой Медведице и Льве, для которых Хаббл уже оценил расстояния.

Совместная работа Хаббла и Хьюмасона о новом определении зависимости скорости туманностей от их расстояния была серьезным и основательным исследованием. Опираясь на близкие туманности, в которых известны цефеиды, они еще раз подтвердили, что ярчайшие постоянные звезды в туманностях имеют примерно одинаковую светимость и могут служить индикаторами расстояний. Этот метод, однако, перестает работать, когда туманности столь далеки, что отдельные звезды уже не видны. Но в некотором приближении и абсолютные величины самих туманностей можно считать одинаковыми. А тогда мерой расстояния туманности служит ее видимый блеск.

Работа Хаббла и Хьюмасона содержит много деталей, сейчас уже не очень интересных. Но, если от них отвлечься, главным в ней был новый перечень туманностей с измеренными лучевыми скоростями и видимыми величинами. Теперь можно было приступить к проверке того, сохранится ли зависимость между скоростью и расстоянием, когда скопления туманностей по оценке Хаббла находятся в 32 миллионах парсеков от нас.

Вывод был однозначным: «Ныне наблюдения охватили интервал расстояний примерно в 18 раз больше, чем было в предварительном исследовании, и достигают пределов, доступных имеющемуся оснащению. Но форма корреляции остается неизменной... и, таким образом, зависимость скорость — расстояние представляется общей характеристикой наблюдаемой области пространства. Кроме своего космологического значения, зависимость дает новый метод определения расстояний индивидуальных объектов, причем относительная ошибка фактически уменьшается с расстоянием. Это открывает новые возможности в исследовании туманностей...».

Даже постоянная Хаббла почти не изменилась и вместо 500 км/ (с ∙ Мпк) исследователи получили 560 км/ (с ∙ Мпк).

И все же Хаббл не мог глубоко судить об общих следствиях своего открытия. Он был не теоретиком, а только наблюдателем. Возможно, на него произвела впечатление и работа Цвикки (Калифорнийский технологический институт) , выдвинувшего идею, что красное смещение — это вовсе не следствие движения, а потеря энергии, квантами света на их долгом пути в пространстве. Видно, поэтому они с Хьюмасоном стали особенно подчеркивать, что имеют дело лишь с наблюдаемыми, «видимыми» скоростями галактик. «Мы чувствуем,— писал - в 1931 г. де Ситтеру Хаббл от своего имени и от имени Хьюмасона,— что интерпретацию следует оставлять Вам и еще очень немногим, кто компетентен авторитетно обсуждать предмет».