Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной - Eduardo Lopez

Выбор места для самого большого телескопа имел огромное значение. После долгих поисков, длившихся пять лет, выбор пал на Маунт-Паломар. Ее вершина находится на высоте 1859 м, это место вблизи от Пасадины, но все же вдалеке от больших городов и связанного с ними светового загрязнения. Обсерватория должна была быть независимой от Маунт- Вилсона и получила название Паломарской.

Располагая пятью чувствами, человек исследует Вселенную вокруг себя, влекомый зовом научных приключений.

Слова Хаббла из The Nature of Science and Other Lectures (1954)

Теперь предстояло выбрать директора новой обсерватории. Все взоры обратились на Хаббла, имевшего наибольший авторитет в Маунт-Вилсоне. Уж он-то, без всяких сомнений, знал, как поступить со всеми данными, которые соберет гигантский аппарат. Но до Института Карнеги дошли слухи о снобизме ученого и его конфликтах с ван Мааненом, Лундмарком, Шепли и многими другими коллегами. К удивлению Хьюмансона и Майала, на пост директора пригласили Макса Мейсона — физика из Института Карнеги.

Технические инновации, технологические вызовы, новые материалы, гигантские монтажные работы, включая перевозку огромного и хрупкого зеркала, — все эти масштабные задачи были решены благодаря воодушевлению Хейла и гению Пиза. Парадоксально, но проект удалось осуществить несмотря на экономическую депрессию в США, которая оставила без работы квалифицированных сотрудников, вынужденных трудиться за меньшие деньги, чем те, к которым они привыкли и которых заслуживали.

Имена Хейла и Пиза не были вписаны большими буквами в историю астрономии, но без таких людей развитие науки невозможно. Да, они не занимались астрономией сами, но позволили заняться ею другим. Паломарская обсерватория стала важнейшим источником данных для всех астрономов вплоть до конца XX века. Коллекция фотопластинок отсюда до недавнего времени хранилась во всех основных библиотеках мира. Наблюдения прекратились в годы Второй мировой войны, и этот перерыв продлился до 1947 года. Хаббл, конечно, также воспользовался 200-дюймовым телескопом, хотя в этот период его научная деятельность уже шла на спад из-за болезней. Можно сказать, что самые крупные достижения ученого были сделаны с помощью 100-дюймового телескопа.

Эдвин Хаббл внутри 200-дюймового телескопа Маунт- Паломар, 2 февраля 1950 года.

Болгарский астроном Фриц Цвикки, пришедший в Калтех в 1925 году.

Космический телескоп «Хаббл», названный в честь Эдвина Пауэлла Хаббла и выведенный на орбиту 24 апреля 1990 года.

Казалось бы, Хейл задумал 200-дюймовый колосс, Пиз его сделал, а Хаббл должен был использовать, но все сложилось иначе: первые двое умерли в 1938 году, до того как великое око взглянуло на небосвод, а последний почти не использовал это техническое чудо.

Большим преимуществом 200-дюймового телескопа было то, что он собирал больше фотонов, а с большим количеством фотонов можно было находить галактики (или другие объекты), которые невозможно обнаружить меньшим телескопом. Кроме того, большое количество фотонов позволяло разделить свет по частотам и получить спектр в большем разрешении. Но существовало и серьезное препятствие: поле зрения телескопа было ограничено. Изучать звездное небо так же сложно, как искать иголку в стоге сена, при этом телескопы играют роль гигантской лупы. Уже обнаруженные туманности 200-дюймовый телескоп позволял изучать лучше, чем раньше, но в поиске новых туманностей помогал не так уж сильно.

Для этого нужен был еще один телескоп с большим полем зрения, пусть и не с таким гигантским зеркалом. Более того, маленький телескоп облегчал поиск туманностей, а уже после обнаружения они могли быть в деталях изучены через 200-дюймовый телескоп. Однако для телескопов с большим полем зрения было характерно искажение изображения, называемое хроматической аберрацией. Решение пришло от скромного эстонского оптика Бернхарда Шмидта, который сконструировал прототип и отправил его в обсерваторию Гамбурга. В модели использовалась корректирующая линза, которая позволяла избежать сферической аберрации. В честь своего создателя такой тип телескопов называется «Шмидт».

Естественно, у великих идей всегда найдутся противники. В нашем случае таким противником стал Шепли, интриговавший против осуществления проекта Паломарской обсерватории. Он скрывал личные мотивы за аргументами общего характера, но тех, кто знал об отношениях Шепли и Хаббла, эта конфронтация не удивляла.

Официальное открытие 200-дюймового телескопа состоялось в 1948 году, были приглашены 800 гостей — несколько нобелевских лауреатов, политики, деятели культуры и просвещения. На мероприятии был открыт бюст Джорджу Хейлу, и новое небесное око было названо телескопом Хейла. Однако запустить телескоп не удалось из-за технических проблем — к немалой радости Шепли. Начался период испытаний, во время которого на телескопе Хейла работал Хаббл и была сфотографирована туманность NGC 2261, но регулярные наблюдения начались только в апреле 1949 года.

ПЕРЕСМОТР ЗАКОНА ХАББЛА

Во время Второй мировой войны работа Маунт-Вилсона была прервана: существовала угроза японских налетов со стороны Восточного побережья, и хотя обсерватория не должна была стать объектом бомбардировок, полностью исключить такой риск было невозможно.

А когда угроза атаки японцев начала рассеиваться, многие астрономы и технические сотрудники обсерватории были призваны в армию. В Маунт-Вилсоне остался всего один астроном — Вальтер Бааде, немец по рождению. Его приняли на работу задолго до войны, но он так и не попросил американского гражданства. Все знали, что Бааде не поддерживает нацистские взгляды, но в армию его не взяли из-за недоверия к происхождению. При этом Бааде был совершенно безобиден, и его интересы ограничивались наукой.

В результате единственным астрономом Маунт-Вилсона в годы войны с Германией был немец, который получил 100-дюймовый телескоп в свое полное распоряжение. Бааде вел довольно интересные исследования. Он понял, что звезды в балдже отличаются от звезд в диске. Первые, как и звезды шаровых скоплений, более старые — это выражалось в виде недостатка металлов в спектре. Нужно заметить, что в астрофизике металлом называется любой элемент, за исключением двух самых распространенных во Вселенной и самых легких — водорода и гелия. Звезды в диске были младше, потому что в их спектре было больше металлов.

Эта интерпретация требует пояснений. Звезды производят металлы, которые после смерти частично отдают обратно в межзвездное пространство. Из межзвездного пространства рождаются новые звезды, которые в конце концов тоже возвращают в окружающую среду произведенные металлы. После нескольких поколений звезд среда обогащается металлами, и этот эффект накопления становится причиной того, что молодые звезды содержат много металлов.

Бааде назвал молодые звезды в диске звездами населения I, а старые звезды в балдже и звезды шаровых скоплений — звездами населения II. Возник главный вопрос: если звезды в диске и в балдже разные, возможно ли, что и цефеиды в диске и в балдже также отличаются? И действительно, астроном нашел интересное отличие: периоды цефеид населения II были более длинными, а светимость — большей. Это говорило о том, что Хаббл, который в равной степени пользовался обоими видами цефеид, ошибался при расчете расстояний.

Бааде заново рассчитал расстояния и обнаружил, что Вселенная оказалась вдвое больше, чем представлял Хаббл. Это разрешало одно важное сомнение. Согласно первым расчетам постоянной Хаббла, возраст Вселенной был равен двум миллиардам лет. Однако с помощью радиоактивного распада геологи вычислили, что возраст Земли составляет четыре миллиарда лет, то есть Земля старше Вселенной, что абсурдно. Однако после расчетов Бааде оказалось, что возраст Вселенной должен быть больше, чем считал Хаббл, — примерно четыре миллиарда лет.

Мы находим самые маленькие и слабые [спиральные галактики], их число постоянно растет, мы знаем, что все дальше и дальше углубляемся в космос, так как самые слабые туманности могут быть обнаружены только большими телескопами, и так мы идем к границам известной Вселенной.

Эдвин Пауэлл Хаббл

Конечно, проблема была немного сложнее, потому что из величины постоянной Хаббла нельзя напрямую получить возраст Вселенной, но вмешательство теоретиков было решающим, а они считали, что возраст Вселенной и время Хаббла должны быть величинами одного порядка.

Наверное, Хаббл, находившийся на острове Спесути, встретил эти новости без восторга. Он не очень-то любил, когда ему указывали на ошибки. Но на самом деле эту новость можно было интерпретировать как подтверждение основных выводов Хаббла о том, что Вселенная велика и закон расширения в ней выполняется.