Edwin Hubble
gigatos | 8 januára, 2022
Edwin Powell Hubble (20. novembra 1889 – 28. septembra 1953) bol americký astronóm. Zohral rozhodujúcu úlohu pri vzniku extragalaktickej astronómie a observačnej kozmológie.
Hubble dokázal, že mnohé objekty, ktoré sa predtým považovali za oblaky prachu a plynu a boli klasifikované ako „hmloviny“, sú v skutočnosti galaxie za Mliečnou dráhou. Použil silný priamy vzťah medzi svietivosťou klasickej cefeidnej premennej a periódou pulzácie (objavený v roku 1908 Henriettou Swan Leavitt) na škálovanie galaktických a extragalaktických vzdialeností.
Hubble poskytol dôkaz, že recesná rýchlosť galaxie sa zvyšuje s jej vzdialenosťou od Zeme, čo je dnes známe ako „Hubblov zákon“, napriek tomu, že ho navrhol a pozorovaním preukázal už dva roky predtým Georges Lemaître. Hubbleov-Lemaîtreov zákon znamená, že vesmír sa rozpína. Desať rokov predtým americký astronóm Vesto Slipher poskytol prvé dôkazy o tom, že svetlo z mnohých týchto hmlovín má silný červený posun, čo svedčí o vysokých recesných rýchlostiach.
Hubblovo meno je najviac známe vďaka Hubblovmu vesmírnemu ďalekohľadu, ktorý bol pomenovaný na jeho počesť a ktorého model je vystavený v jeho rodnom meste Marshfield v štáte Missouri.
Edwin Hubble sa narodil Virginii Lee Hubbleovej (rodenej Jamesovej) (1864 – 1934) a Johnovi Powellovi Hubblovi, riaditeľovi poisťovne, v Marshfielde v štáte Missouri a v roku 1900 sa presťahoval do Wheatonu v štáte Illinois. V mladosti sa vyznačoval skôr športovými výkonmi ako intelektuálnymi schopnosťami, hoci mal dobré známky z každého predmetu okrem pravopisu. Edwin bol nadaný športovec, hrával baseball, futbal a behával na strednej aj vysokej škole. Na basketbalovom ihrisku hrával na rôznych pozíciách od centra až po strelca. Hubble dokonca viedol basketbalový tím Chicagskej univerzity, ktorý v roku 1907 získal svoj prvý konferenčný titul. V roku 1906 získal sedem prvých miest a jedno tretie miesto na jedinom stredoškolskom atletickom mítingu.
Bakalárske štúdium
Hubblovo štúdium na Chicagskej univerzite sa sústredilo na právo, ktoré v roku 1910 ukončil titulom bakalára vied. Hubble sa stal aj členom bratstva Kappa Sigma. Po získaní bakalárskeho titulu strávil tri roky na The Queen’s College v Oxforde ako jeden z prvých Rhodesových štipendistov tejto univerzity, kde spočiatku namiesto prírodných vied študoval právo (ako sľub svojmu umierajúcemu otcovi), neskôr pridal literatúru a španielčinu a nakoniec získal magisterský titul.
V roku 1909 Hubblov otec presťahoval rodinu z Chicaga do Shelbyville v Kentucky, aby rodina mohla žiť v malom meste, a nakoniec sa usadil v neďalekom Louisville. Jeho otec zomrel v zime roku 1913, keď bol Edwin ešte v Anglicku. Nasledujúce leto sa Edwin vrátil domov, aby sa spolu s bratom Williamom staral o svoju matku, dve sestry a mladšieho brata. Rodina sa opäť presťahovala na Everett Avenue v štvrti Highlands v Louisville, aby sa tam mohli ubytovať Edwin a William.
Hubble bol tiež poslušný syn, ktorý napriek tomu, že sa od chlapčenských rokov intenzívne zaujímal o astronómiu, súhlasil s otcovou požiadavkou študovať právo, najprv na Chicagskej univerzite a neskôr na Oxforde. V tomto čase absolvoval aj niekoľko kurzov matematiky a prírodných vied. Po otcovej smrti v roku 1913 sa Edwin vrátil z Oxfordu na Stredozápad, ale nemal motiváciu vykonávať právnickú prax. Namiesto toho pokračoval vo vyučovaní španielčiny, fyziky a matematiky na strednej škole New Albany High School v meste New Albany v štáte Indiana, kde tiež trénoval chlapčenský basketbalový tím. Po roku stredoškolského vyučovania nastúpil s pomocou svojho bývalého profesora z Chicagskej univerzity na postgraduálne štúdium astronómie na univerzitnom Yerkesovom observatóriu, kde v roku 1917 získal doktorát. Jeho dizertačná práca mala názov „Fotografické skúmanie slabých hmlovín“. V Yerkesovej hvezdárni mal prístup k jednému z najvýkonnejších teleskopov na svete, ktorý mal v tom čase inovatívny 24-palcový (61 cm) reflektor.
Doktorandské štúdium
Keď Spojené štáty v roku 1917 vyhlásili vojnu Nemecku, Hubble urýchlene dokončil svoju doktorskú prácu, aby mohol vstúpiť do armády. Hubble sa dobrovoľne prihlásil do armády Spojených štátov a bol pridelený k novovytvorenej 86. divízii, kde slúžil v 2. prápore 343. pešieho pluku. Dosiahol hodnosť majora a 9. júla 1918 bol uznaný za spôsobilého na službu v zámorí, ale 86. divízia sa nikdy nedočkala bojov. Po skončení prvej svetovej vojny strávil Hubble rok na Cambridgeskej univerzite, kde obnovil svoje štúdium astronómie.
V roku 1919 dostal Hubble od Georgea Elleryho Halea, zakladateľa a riaditeľa observatória, ponuku pracovať na Mount Wilson Observatory v Carnegieho inštitúte pre vedu neďaleko Pasadeny v Kalifornii. Hubble zostal zamestnancom observatória Mount Wilson až do svojej smrti v roku 1953. Krátko pred svojou smrťou sa Hubble stal prvým astronómom, ktorý používal práve dokončený obrovský 200-palcový (5,1 m) reflektorový Haleov teleskop na observatóriu Palomar neďaleko San Diega v Kalifornii.
Počas druhej svetovej vojny Hubble pracoval aj ako civilný zamestnanec pre americkú armádu v Aberdeen Proving Ground v Marylande ako vedúci oddelenia vonkajšej balistiky balistického výskumného laboratória, počas ktorého riadil rozsiahly výskum v oblasti vonkajšej balistiky, ktorý zvýšil efektívnu palebnú silu bômb a projektilov. Jeho prácu uľahčil osobný vývoj niekoľkých zariadení pre prístroje používané v exteriérovej balistike, pričom najvýraznejším vývojom bola vysokorýchlostná hodinová kamera, ktorá umožnila skúmať vlastnosti bômb a projektilov s nízkou rýchlosťou počas letu. Výsledky jeho štúdií sa zaslúžili o výrazné zlepšenie konštrukcie, výkonu a vojenskej účinnosti bômb a rakiet. Za svoju prácu získal vyznamenanie Rad za zásluhy.
Vesmír presahuje hranice galaxie Mliečna dráha
Príchod Edwina Hubbla na Mount Wilson Observatory v Kalifornii v roku 1919 sa približne zhodoval s dokončením 100-palcového (2,5 m) Hookerovho ďalekohľadu, vtedy najväčšieho na svete. V tom čase prevládal názor, že vesmír tvorí iba galaxia Mliečna dráha. Pomocou Hookerovho ďalekohľadu na Mount Wilson Hubble identifikoval premenné cefeidy (druh hviezd, ktoré sa používajú ako prostriedok na určenie vzdialenosti od galaxie – pozri aj štandardná sviečka) v niekoľkých špirálových hmlovinách vrátane hmlovín v Androméde a Triangule. Jeho pozorovania z roku 1924 presvedčivo dokázali, že tieto hmloviny sú príliš vzdialené na to, aby boli súčasťou Mliečnej dráhy, a v skutočnosti ide o celé galaxie mimo našej Galaxie, o ktorých mali vedci podozrenie prinajmenšom už od roku 1755, keď vyšli Všeobecné dejiny prírody a teória nebies Immanuela Kanta. Proti tejto myšlienke sa postavili mnohí predstavitelia vtedajšieho astronomického establišmentu, najmä Harlow Shapley z Harvardovej univerzity. Napriek odporu Hubble, vtedy tridsaťpäťročný vedec, svoje zistenia najprv publikoval v The New York Times 23. novembra 1924 a potom ich prezentoval ostatným astronómom na zasadnutí Americkej astronomickej spoločnosti 1. januára 1925. Hubblove výsledky týkajúce sa Andromedy boli oficiálne publikované v odbornom vedeckom časopise až v roku 1929.
Hubblove objavy zásadne zmenili vedecký pohľad na vesmír. Priaznivci tvrdia, že Hubbleov objav hmlovín mimo našej galaxie pomohol pripraviť pôdu pre budúcich astronómov. Hoci sa niektorí jeho renomovanejší kolegovia jeho výsledkom jednoducho vysmievali, Hubble nakoniec svoje zistenia o hmlovinách publikoval. Táto publikovaná práca mu vyniesla ocenenie s názvom Cena Americkej asociácie a päťsto dolárov od Burtona E. Livingstona z Výboru pre ocenenia.
Hubble vytvoril aj najčastejšie používaný systém klasifikácie galaxií, ktorý ich zoskupuje podľa ich vzhľadu na fotografických snímkach. Jednotlivé skupiny galaxií usporiadal do takzvanej Hubblovej postupnosti.
Červený posun sa zväčšuje so vzdialenosťou
Hubble ďalej odhadol vzdialenosti 24 mimogalaktických hmlovín pomocou rôznych metód. V roku 1929 Hubble skúmal vzťah medzi týmito vzdialenosťami a ich radiálnymi rýchlosťami určenými z ich červených posunov. Dnes je známe, že všetky jeho odhadované vzdialenosti sú príliš malé, a to až 7-krát. Príčinou boli faktory, ako napríklad skutočnosť, že existujú dva druhy premenných Cefeíd alebo zámena jasných plynných mrakov s jasnými hviezdami. Jeho vzdialenosti však boli viac-menej úmerné skutočným vzdialenostiam a kombináciou jeho vzdialeností s meraniami červených posunov galaxií, ktoré vykonal Vesto Slipher a jeho asistent Milton L. Humason, zistil približne lineárny vzťah medzi vzdialenosťami galaxií a ich radiálnymi rýchlosťami (korigovanými o pohyb Slnka), čo je objav, ktorý sa neskôr stal známy ako Hubblov zákon.
To znamená, že čím väčšia je vzdialenosť medzi dvoma galaxiami, tým väčšia je ich relatívna rýchlosť oddeľovania. Ak by sme to interpretovali týmto spôsobom, Hubblove merania 46 galaxií by viedli k hodnote Hubblovej konštanty 500 kmsMpc, čo je oveľa viac ako v súčasnosti akceptované hodnoty 74 kmsMpc (metóda rebríka kozmických vzdialeností) alebo 68 kmsMpc (metóda CMB) v dôsledku chýb v ich kalibráciách vzdialeností.
Dôvod červeného posunu však zostal nejasný. Georges Lemaître, belgický katolícky kňaz a fyzik, predpovedal na teoretickom základe založenom na Einsteinových rovniciach všeobecnej teórie relativity vzťah medzi červeným posunom a vzdialenosťou a dva roky pred objavom Hubblovho zákona publikoval jeho pozorovania. Mnohí kozmológovia a astronómovia (Hubble však o Lemaîtrovej interpretácii celý život pochybovali. Hoci vo svojom článku použil termín „rýchlosti“ (a v úvode „zdanlivé radiálne rýchlosti“), neskôr vyjadril pochybnosti o ich interpretácii ako skutočných rýchlostí. V roku 1931 napísal list holandskému kozmológovi Willemovi de Sitterovi, v ktorom vyjadril svoj názor na teoretickú interpretáciu vzťahu červeného posunu a vzdialenosti:
„Pán Humason a ja sme hlboko vnímali vaše láskavé ocenenie prác o rýchlostiach a vzdialenostiach hmlovín. Používame termín ‚zdanlivé‘ rýchlosti, aby sme zdôraznili empirické vlastnosti korelácie. Interpretáciu by sme podľa nášho názoru mali prenechať vám a niekoľkým ďalším ľuďom, ktorí sú kompetentní diskutovať o tejto záležitosti s autoritou.“
V súčasnosti sa o „zdanlivých rýchlostiach“ zvyčajne uvažuje ako o náraste vlastnej vzdialenosti, ku ktorému dochádza v dôsledku rozpínania vesmíru. Svetlo pohybujúce sa cez rozpínajúcu sa metriku zaznamená červený posun Hubblovho typu, čo je mechanizmus trochu odlišný od Dopplerovho efektu (hoci tieto dva mechanizmy sa stávajú ekvivalentnými opismi súvisiacimi so súradnicovou transformáciou pre blízke galaxie).
V 30. rokoch 20. storočia sa Hubble zaoberal určovaním rozloženia galaxií a priestorového zakrivenia. Zdalo sa, že tieto údaje naznačujú, že vesmír je plochý a homogénny, ale pri veľkých červených posunoch dochádza k odchýlkam od plochosti. Podľa Allana Sandagea,
„Hubble sa domnieval, že jeho údaje o počítaní poskytujú rozumnejší výsledok týkajúci sa priestorového zakrivenia, ak sa korekcia červeného posunu vykoná za predpokladu, že nedochádza k recesii. Až do konca svojich prác zastával tento postoj, pričom uprednostňoval (alebo prinajmenšom ponechával otvorený) model, v ktorom žiadna skutočná expanzia neexistuje, a preto červený posun „predstavuje doteraz neuznaný princíp prírody“.
Pri Hubblovom prieskume sa vyskytli metodické problémy, ktoré ukázali odchýlku od plochosti pri veľkých červených posunoch. Táto technika najmä nezohľadňovala zmeny svietivosti galaxií spôsobené ich vývojom.Albert Einstein už skôr, v roku 1917, zistil, že jeho novo vyvinutá všeobecná teória relativity naznačuje, že vesmír sa musí buď rozpínať, alebo zmršťovať. Keďže Einstein nemohol uveriť tomu, čo mu hovorili jeho vlastné rovnice, zaviedol do rovníc kozmologickú konštantu („fudge factor“), aby sa tomuto „problému“ vyhol. Keď sa Einstein dozvedel o Hubblových červených posunoch, okamžite si uvedomil, že rozpínanie predpovedané všeobecnou teóriou relativity musí byť skutočné, a v neskoršom živote povedal, že zmena jeho rovníc bola „najväčšou chybou v živote“. V skutočnosti Einstein zrejme raz navštívil Hubbla a snažil sa ho presvedčiť, že vesmír sa rozpína.
Hubble 30. augusta 1935 objavil aj asteroid 1373 Cincinnati. V roku 1936 napísal knihy The Observational Approach to Cosmology a The Realm of the Nebulae, v ktorých vysvetlil svoje prístupy k mimogalaktickej astronómii a svoj pohľad na históriu tohto predmetu.
V decembri 1941 Hubble oznámil Americkej asociácii pre rozvoj vedy, že výsledky šesťročného prieskumu pomocou ďalekohľadu na hore Wilson nepotvrdzujú teóriu rozpínajúceho sa vesmíru. Podľa článku v Los Angeles Times, ktorý informoval o Hubblových poznámkach, „hmloviny nemohli byť rovnomerne rozložené, ako to ukazuje teleskop, a napriek tomu by zodpovedali myšlienke o explózii. Vysvetlenia, ktoré sa snažia obísť to, čo vidí veľký teleskop, podľa neho neobstoja. Výbuch by sa napríklad musel začať dlho po vzniku Zeme a možno aj po tom, ako sa tu objavil prvý život.“ (Podľa Hubblovho odhadu, ktorý dnes nazývame Hubblova konštanta, by Veľký tresk nastal len pred 2 miliardami rokov.)
Hubble sa 26. februára 1924 oženil s Grace Lillian (Burke) Leibovou (1889-1980), dcérou Johna Patricka a Luelly (Kepford) Burkeových.
Hubble bol vychovaný ako kresťan, ale niektoré jeho neskoršie výroky naznačujú neistotu.
Zdravotné problémy a smrť
Hubble dostal infarkt v júli 1949 počas dovolenky v Colorade. Starala sa oňho manželka a on pokračoval v upravenom stravovacom a pracovnom režime. Zomrel na mozgovú trombózu (krvná zrazenina v mozgu) 28. septembra 1953 v San Maríne v Kalifornii. Pohreb sa nekonal a jeho manželka nikdy nezverejnila miesto jeho pohrebu.
Obvinenia týkajúce sa Lemaîtrovej priority
V roku 2011 sa v časopise Nature objavili tvrdenia, že Hubble sa podieľal na redakcii kľúčových častí prekladu Lemaîtrovej práce z roku 1927, v ktorej sa uvádza to, čo sa dnes nazýva Hubblov zákon, a tiež sa uvádzajú jeho pozorovacie dôkazy. Historici citovaní v článku boli skeptickí, že redakčné úpravy boli súčasťou kampane, ktorá mala zabezpečiť, aby si Hubble udržal prioritu. Pozorovací astronóm Sidney van den Bergh však publikoval článok, v ktorom naznačil, že aj keď vynechania mohol urobiť prekladateľ, mohli byť úmyselné.
V novembri 2011 astronóm Mario Livio v časopise Nature uviedol, že dokumenty v Lemaîtrovom archíve dokazujú, že redakciu skutočne vykonal sám Lemaître, ktorý zrejme nevidel zmysel v tom, aby sa do nej zahrnul vedecký obsah, o ktorom už informoval Hubble. To však nič neuberá na skutočnosti, že Lemaître publikoval vo francúzštine bez takýchto vynechaní dva roky (1927) pred Hubblom (1929).
Pokus o získanie Nobelovej ceny
V tom čase sa Nobelova cena za fyziku neudeľovala za prácu v astronómii. Hubble sa v neskoršej časti svojej kariéry snažil dosiahnuť, aby sa astronómia považovala za oblasť fyziky a nie za samostatnú vedu. Robil to najmä preto, aby výbor pre udeľovanie Nobelovej ceny mohol uznať astronómov – vrátane jeho samého – za ich cenný prínos k astrofyzike. Táto kampaň bola za Hubblovho života neúspešná, ale krátko po jeho smrti Nobelov výbor rozhodol, že astronomická práca bude môcť byť ocenená cenou za fyziku. Túto cenu však nie je možné udeliť posmrtne.
Pečiatka
6. marca 2008 vydala Poštová služba Spojených štátov známku za 41 centov na počesť Hubbla na hárčeku s názvom „Americkí vedci“, ktorý navrhol výtvarník Victor Stabin.
Astronóm Edwin Hubble (1889-1953), často nazývaný „priekopníkom vzdialených hviezd“, zohral kľúčovú úlohu pri rozlúštení rozsiahlej a zložitej povahy vesmíru. Jeho dôkladné štúdie špirálových hmlovín dokázali existenciu iných galaxií, než je naša Mliečna dráha. Keby v roku 1953 náhle nezomrel, Hubble by v tom roku získal Nobelovu cenu za fyziku.
(Všimnite si, že tvrdenie, že by v roku 1953 získal Nobelovu cenu, je pravdepodobne nepravdivé, hoci v tom roku bol na cenu nominovaný.)
Ďalšími vedcami na liste „Americkí vedci“ sú Gerty Coriová, biochemička, Linus Pauling, chemik, a John Bardeen, fyzik.
Ďalšie významné vystúpenia
V dokumentárnom filme Kozmos z roku 1980: V epizóde 10: „The Edge of Forever“ (Okraj večnosti) je na plátne zobrazený Hubblov život a jeho práca.
Hra Narodeniny stvorenia, ktorú napísal fyzik z Cornellovej univerzity Hasan Padamsee, rozpráva Hubblov životný príbeh.
