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.

---

На фоне того, что делалось тогда с нашей литературой, искусством, биологией и другими науками положение в астрономии также было тревожным. Уже давно энергичные околонаучные деятели поучали специалистов, где в астрономии материализм и где идеализм. В 1947 г. на совещании по вопросам философии среди прочего А. А. Жданов обрушился на тех, кого интересовали проблемы мира в целом: «...Многие последователи Эйнштейна, перенося результаты исследования законов движения конечной ограниченной области Вселенной на бесконечную Вселенную, договариваются до конечности мира, до ограниченности его во времени и пространстве. А астроном Милн, — иронизировал он,— даже «подсчитал», что мир создан 2 миллиарда лет тому назад». В устах всесильного «знатока» наук и искусств это прозвучало грозным предупреждением. В те годы, вторя ему, многие стали усердно клеймить западных ученых за «измышления», «идеализм и верхоглядство», за «деградацию теоретической мысли под влиянием идеализма». Назывались имена Эддингтона, Хойла и других. Хаббла среди них не было, вероятно, потому, что спорить с наблюдениями трудно, а общими проблемами он не занимался, хотя именно ему принадлежало открытие закона красного смещения.

Прошли месяцы и Хаббл смог вернуться к главному делу своей жизни.

Началось выполнение программы, намеченной для 200-дюймового рефлектора. По 13 пластинкам, полученным за первые четыре месяца, Хаббл и Хьюмасон находят в галактике М 81 семь новых звезд. Зимой и весной 1950—1951 гг. погода стояла особенно плохая и наблюдений было мало. И все же, используя собственные негативы и негативы Хьюмасона, Бааде и Минковского, Хаббл обнаружил в галактиках NGC 2403, М 81 и М 101 десяток неправильных переменных и значительное число цефеид. На первом же снимке М 101 этого сезона — 3 февраля 1951 г.— была отмечена яркая звезда, вероятно, сверхновая. На следующий год в группе галактик М 81 астрономы Маунт Паломар находят 20 новых и 25 переменных. По одной новой открывают Хьюмасон, Баум и Сендидж, а остальные новые и переменные — Хаббл. Среди переменных определенно оказалась дюжина цефеид. Теперь оставалось ждать создания, слабых фотометрических стандартов, чтобы построить их кривые блеска. Первые новые и переменные Хаббл отмечает и в галактиках скопления Большой Медведицы и Девы. Важная часть общей космологической программы 200-дюймового телескопа — поиск таких индикаторов расстояний, как новые и переменные звезды в далеких галактиках — под руководством Хаббла выполнялась успешно.

Прошло четыре года с начала регулярной работы нового телескопа, и многое в космологической проблеме уже удалось сделать.

Хыомасон получал спектры все более далеких и слабых галактик. Самое большое измеренное красное смещение уже достигло 60 940 км/с. По оценке Хаббла скопления, к которым принадлежали исследованные галактики, удалены от нас на 300—360 млн. световых лет. Опираясь на еще неопубликованные фотометрические данные Уитфорда, Хаббл убеждается в том, что в пределах достигнутой точности закон красного смещения по-прежнему оставался линейным и для таких огромных значений лучевых скоростей и расстояний.

И хотя работа еще продолжалась, оказалось, что пара южных скоплений галактик, в противоположной стороне неба от уже изученных, также следовала установленному закону красного смещения. Значит, величина красного смещения не зависела от направления. Скопления мало уклонялись от уже установленной зависимости между лучевыми скоростями и звездными величинами галактик. Отсюда следовало, что пространство между скоплениями достаточно пусто, там нет пыли, которая могла бы ослабить свет далеких объектов.

В 1950—1951 гг. Хаббл и Сендидж взялись за исследование ярких переменных звезд в ближайших галактиках — туманности Андромеды и туманности Треугольника. Уже четверть века назад Хаббл обратил на них внимание, а сейчас появилась возможность проследить, как меняется их блеск за длительное время. Теперь мы знаем, что это самые массивные звезды, которые должны особенно быстро эволюционировать, превращая в своих недрах водород в гелий. Вместе с другими ярчайшими объектами — шаровыми скоплениями, новыми звездами, постоянными звездами высокой светимости — они могли бы также служить хорошими индикаторами расстояния далеких галактик. Оставалось лишь по близким галактикам с исследованными цефеидами установить их светимости.

К двум таким переменным в туманности Треугольника, открытым Дунканом и Вольфом, Хаббл добавил три новых. Еще одну яркую переменную отметил и Бааде, но сообщения об этом так и не опубликовал, звезда же находилась на краю снятых пластинок и Хаббл изучить ее не мог. В туманности Андромеды Хаббл знал только одну переменную высокой светимости. Это были очень редкие объекты, буквально единицы в галактиках, населенных миллиардами звезд.

За пятьдесят лет на обсерваториях Ликской, Маунт Вилсон и других накопился большой наблюдательный материал. Невосполнимый пробел составляли лишь годы войны, когда работа на Маунт Вилсон почти остановилась.

Блеск звезд менялся непредсказуемо, то на годы они становились яркими, то значительно слабели. Особенно интересными оказались две звезды в туманности Треугольника, которые Хаббл обозначил буквами А и В. Первая из них с конца прошлого века неуклонно становилась все ярче и ярче. И когда, казалось бы, рост ее блеска ничем не остановить, она вдруг неожиданно и резко ослабела. Вот уже почти четыре десятка лет звезда наблюдается только в крупнейшие телескопы. Сейчас она превратилась в красного сверхгиганта. Не будем ли мы в обозримые сроки свидетелями вспышки сверхновой в туманности Треугольника, как это предсказывает теория? Другая звезда В, колеблясь и как бы раскачиваясь, с каждым циклом увеличивала свой блеск. В одну из таких эпох, в 1940 г., Хабблу удалось снять ее спектр. Это был первый случай, когда с достаточными подробностями сфотографировали спектр отдельной звезды в галактике, удаленной на расстояние в три миллиона световых лет.

Все говорило о том, что обнаружен новый, неизвестный ранее тип переменных звезд, заслуженно получивших название объектов Хаббла—Сендиджа. Работа Хаббла и Сендиджа в своем заголовке имела цифру один. Такие же переменные высокой светимости уже удалось найти в М 81, NGC 2403, М 101 и других галактиках, на очереди были следующие публикации.

В конце июня 1953 г. авторы сдали свою статью в журнал, а читатели увидели ее в ноябре, через несколько недель после того, как Хаббла уже не стало. Для него она была последней, а для Сендиджа, продолжавшего дело своего наставника, первой серьезной работой.

В 1953 г. Хаббла пригласили в Англию прочесть Дарвиновскую лекцию, учрежденную в честь Джорджа Дарвина, известного английского астронома, сына великого естествоиспытателя Чарлза Дарвина.

Восьмого мая на собрании английского королевского астрономического общества Хаббл выступил с лекцией «Закон красного смещения».

«Я намерен рассмотреть закон красного смещения,— связь между расстояниями туманностей и смещениями линий в их спектрах, — сказал он. — Это одна из двух обнаруженных характеристик той части Вселенной, которая может быть изучена и, вероятно, способна дать представление о состоянии Вселенной, как целого. По этой причине важно, чтоб закон, определяющий эмпирическую связь между данными наблюдений, был установлен вплоть до пределов, достижимых самыми крупными телескопами. Тогда с ростом точности перечень возможных интерпретаций, допускаемых неуверенностью наблюдения, может быть соответственно сокращен. Итак, когда будет достигнута окончательная формулировка [закона], свободная от систематических ошибок и с достаточно малыми случайными погрешностями, число конкурирующих интерпретаций будет сведено к минимуму. Сейчас путь к такой окончательной формулировке стал ясным, и исследования на обсерваториях Маунт Вил сон и Паломар идут».

Хаббл напомнил слушателям историю установления закона красного смещения: его открытие — первый этап, подтверждение — второй, когда работая на пределе возможностей 100-дюймового телескопа, Хьюмасон смог получить спектры галактик, удаляющихся со скоростью до 40 000 км/с. Наступил третий этап — создан 200-дюймовый телескоп и на нем развернулась большая космологическая программа.

Несомненно, Хаббл понимал всю важность ревизии каждого шага при установлении закона красного смещения. Еще в 1951 г., выступая в Пасадене с публичной лекцией, он представлял программу космологических исследований не как свою личную, а как единую программу всей объединенной обсерватории Маунт Вилсон и Маунт Паломар. Теперь он мог рассказать своим английским коллегам, насколько далеко продвинулись американские астрономы в ее решении.

Хаббл с удовлетворением напомнил, что уже в наблюдательный сезон 1950-1951 гг; Хьюмасон измерил лучевые скорости галактик в 50 000, 54 000 и, наконец, в 61 000 км/с. Самая большая скорость была отмечена у галактики в скоплении Гидры. Здесь, как перед непреодолимым рубежом, остановился в свое время 100-дюймовый телескоп. Важнейшую часть программы нового инструмента составляла ревизия шкалы расстояния. Уже давно подозревалось, что в шкале расстояний не все благополучно. Так, в туманности Андромеды соотношение блеска цефеид и шаровых скоплений, цефеид и новых звезд оказалось не таким, как в нашей Галактике. Проблему разрешил Бааде. Он установил, что цефеиды должны быть ярче, чем считалось ранее. А тогда все расстояния во Вселенной, так или иначе основывающиеся на методе цефеид, нужно решительно удвоить. Отсюда удваивался и возраст Вселенной, его следовало оценить в несколько миллиардов лет. Противоречие с геологическим возрастом земных пород отпадало — Земля переставала казаться старее всей Вселенной.