Пастаянная Хабла. Пашырэнне сусвету. закон Хабла

Калі хто-небудзь думае, што слова «разбягацца» мае асабліва спартовы, у крайнім выпадку, «антисупружеский» характар, то памыляецца. Існуюць куды больш цікавыя тлумачэння. Да прыкладу, касмалагічныя Закон Хабла сведчыць аб тым, што разбягаюцца ... галактыкі!

Тры выгляду туманнасцяў

Уявіце: у чорным, велізарным беспаветранай прасторы зорныя сістэмы ціха і павольна выдаляюцца адзін ад аднаго: «Бывай! Бывай! Бывай! ». Мабыць, пакінем у баку «лірычныя адступленні» і звернемся да навуковых звестках. У 1929 году самы ўплывовы астраном XX стагоддзя амерыканскі навуковец Эдвін Паўэл Хабл (1889-1953) прыйшоў да высновы: адбываецца няўхільнае пашырэнне Сусвету.

Чалавек, усё сваё свядомае жыццё які прысвяціў разгадкі структуры космасу, нарадзіўся ў Маршфилде (штат Місуры). З младых пазногцяў цікавіўся астраноміяй, хоць у выніку стаў дыпламаваным юрыстам. Пасля заканчэння Кембрыджскага універсітэта Эдвін працаваў у Чыкага, у Йоркскай абсерваторыі. У Першую сусветную вайну (1914-1918 гг.) Ваяваў. Франтавыя гады толькі адсунулі адкрыццё ў часе. Сёння ўвесь навуковы свет ведае, што такое пастаянная Хабла.

На шляху да адкрыцця

Вярнуўшыся з фронту, вучоны звярнуў свой погляд на высакагорную абсерваторыю Маунт-Вілсан (штат Каліфорнія). Яго прынялі туды на працу. Закаханы ў астраномію, малады чалавек праводзіў нямала часу, гледзячы ў аб'ектывы велізарных тэлескопаў памерам у 60 і 100 цаляў. Для таго часу - найбуйнейшыя, амаль фантастыка! Над прыборамі вынаходнікі працавалі амаль дзесяцігоддзе, дамагаючыся максімальна магчымага павелічэння і выразнасці малюнка.

Нагадаем, бачная мяжа Сусвету называецца Метагалактикой. Яна зыходзіць да стану на момант Вялікага Выбуху (касмалагічныя сінгулярнасць). Сучасныя становішча абвяшчаюць, што значэння фізічных сталых аднастайныя (маецца на ўвазе хуткасць святла, элементарны зарад і інш.). Лічыцца, што Метагалактика месціць 80 мільярдаў галактык (дзіўная лічба гучыць яшчэ так: 10 секстиллионов і 1 септильонов зорак). Форма, маса і памер - для Сусвету гэта зусім іншыя, чым прынятыя на Зямлі, паняцці.

загадкавыя цефеиды

Каб абгрунтаваць тэорыю, якая тлумачыць пашырэнне Сусвету, запатрабаваліся працяглыя глыбокія даследаванні, складаныя супастаўлення і вылічэнні. У пачатку дваццатых гадоў XX стагоддзя ўчорашні салдат нарэшце змог класіфікаваць імглістасці, назіраныя асобна ад Млечнага шляху. Згодна з яго адкрыцця, яны спіральныя, эліптычныя і няправільныя (тры выгляду).

У бліжэйшай да нас зорнай сістэме, але не самай блізкай спіральнай імглістасці Андрамеды, Эдвін разглядзеў цефеиды (клас пульсавалых зорак). Закон Хабла стаў як ніколі блізкі да свайго канчатковага фармавання. Астраном вылічыў адлегласць да гэтых маячкоў і памеры найбуйнейшай галактыкі Местной групы. Згодна з яго высноў, Андрамеда змяшчае прыкладна адзін трыльён зорак (у 2,5-5 разоў больш Млечнага шляху).

канстанта

Некаторыя навукоўцы, тлумачачы прыроду цефеидов, параўноўваюць іх з надзіманымі гумовымі мячамі. Яны то павялічваюцца, то памяншаюцца, то набліжаюцца, то аддаляюцца. Прамянёвая хуткасць пры гэтым вагаецца. Пры сціску тэмпература «Падарожніца» павялічваецца (хоць паверхню памяншаецца). Пульсавалыя зоркі ўяўляюць сабой незвычайны ківач, які, рана ці позна, спыніцца.

Як і астатнія туманнасці, Андрамеда ахарактарызаваная навукоўцам, як астраўная вселенское прастору, якое нагадвае нашу галактыку. У 1929 году Эдвін выявіў: прамянёвыя хуткасці галактык і іх адлегласці ўзаемазвязаны, лінейна залежныя. Быў вызначаны каэфіцыент, выражаемый у км / с на мегапарсек (МПС). Гэта так званая пастаянная Хабла. Пашыраецца Сусвет - мяняецца канстанта. Але ў пэўны момант ва ўсіх кропках сістэмы светабудовы яна аднолькавая. У 2016 годзе - 66,93 ± 0,62 (км / с) / Мпк.

Ўяўленні аб сістэме светабудовы, якая працягвае эвалюцыю, якая пашыраецца, тады атрымалі назіральную аснову. Працэс актыўна вывучаўся астраномам да самага пачатку Другой сусветнай вайны. У 1942 годзе ён узначаліў Аддзел знешняй балістыкі на Абердзінскага выпрабавальным палігоне (ЗША). Хіба пра гэта марыў паплечнік, мабыць, самай загадкавай навукі на свеце? Не, яму хацелася «расшыфроўваць» законы патайных куткоў далёкіх галактык! Што тычыцца палітычных поглядаў, то астраном адкрыта асуджаў лідэра Трэцяга рэйха Адольфа Гітлера. На зыходзе свайго жыцця Хабл праславіўся магутным праціўнікам прымянення зброі масавага паражэння. Але вернемся да туманаў.

вялікі Эдвін

Многія астранамічныя канстанты з часам карэктуюцца, з'яўляюцца новыя адкрыцці. Але ўсе яны не ідуць у параўнанне з Законам пашырэння Сусвету. Знакамітага астранома XX стагоддзя Хабла (з часоў Каперніка роўных яму не было!) Ставяць у адзін шэраг з заснавальнікам эксперыментальнай фізікі Галілеа Галілеем і аўтарам наватарскага вываду аб існаванні зорных сістэм Уільямам Гершэль.

Яшчэ да таго, як быў адкрыты закон Хабла, яго аўтар стаў членам Нацыянальнай акадэміі навук Злучаных Штатаў Амерыкі, пазней акадэмій навук у розных краінах, мае мноства ўзнагарод. Многія, напэўна, чулі пра тое, што больш за дзесяць гадоў таму выведзены на арбіту і паспяхова дзейнічае касмічны тэлескоп «Хабл». Гэта імя носіць кратэр на Месяцы, адна з малых планет, якія круцяцца паміж арбітамі Марса і Юпітэра (астэроід).

Будзе не зусім справядліва сцвярджаць, што астраном толькі і марыў аб ўвекавечанні свайго імя, але ёсць ускосныя сведчанні таго, што Эдвін любіў прыцягнуць увагу. Захаваліся фота, дзе ён весела пазіруе побач з кіназоркамі. Ледзь ніжэй мы распавядзем аб яго спробах «зафіксаваць» дасягненне на лаўрэацкі узроўні, яшчэ і такім чынам увайсці ў гісторыю касмалогіі.

Метад Генрыэты Ливитт

Знакаміты брытанскі астрафізік Стывен Хокінга ў сваёй кнізе «Кароткая гісторыя часу» пісаў, што «адкрыццё таго, што Сусвет пашыраецца, стала найвялікшай інтэлектуальнай рэвалюцыяй XX стагоддзя». Хабл быў досыць шанцавання, каб апынуцца ў патрэбным месцы ў патрэбны час. Абсерваторыя Маунт-Вільсан з'яўлялася цэнтрам назіральнай працы, якая ляжыць у аснове новай астрафізікі (пазней атрымала назву касмалогіі). Самы магутны на Зямлі тэлескоп Хукера тады толькі ўступіў у строй дзеючых.

Але пастаянная Хабла наўрад ці была адкрыта толькі на падставе шанцавання. Патрабаваліся цярпенне, упартасць, уменне перамагаць навуковых супернікаў. Так амерыканскі астраном Харлоу Шепли прапаноўваў сваю мадэль Галактыкі. Яго ўжо ведалі, як вучонага, які вызначыў памеры Млечнага Шляху. Ён шырока ўжываў методыку вызначэння адлегласцяў па цефеидам, выкарыстоўваючы методыку, складзеную ў 1908 годзе Генрыэта Суон Ливитт. Яна ўсталёўвала адлегласць да аб'екта, абапіраючыся на стандартныя варыяцыі святла ад яркіх зорак (зменныя цефеиды).

Не пыл і газ, а іншыя галактыкі

Харлоу Шепли лічыў, што шырыня галактыкі 300 000 светлавых гадоў (прыблізна ў дзесяць разоў вышэй дапушчальнага значэння). Аднак Шепли, як і большасць астраномаў таго часу, быў упэўнены: Млечны Шлях - гэта і ёсць уся Сусвет. Нягледзячы на меркаваньне, упершыню зробленае Уільямам Гершэль ў XVIII стагоддзі, ён падзяляў распаўсюджанае меркаванне, што ўсе імглістасці для адносна бліжэйшых аб'ектаў - усяго толькі плямы пылу і газу ў небе.

Колькі горкіх, халодных начэй правёў Хабл, седзячы ля магутнага тэлескопа Хукера, перш чым змог даказаць, што Шепли не мае рацыю. У кастрычніку 1923 году Эдвін заўважыў у М31 імглістасці (сузор'е Андрамеды) «ўспыхнуў» аб'ект і выказаў здагадку, што ён не адносіцца да Млечным Шляху. Пасля стараннага вывучэння фотопластин, на якіх была захаваная тая ж плошчу, раней даследаваная іншымі астраномамі, у тым ліку, Шепли, Эдвін зразумеў, што гэта цефеида.

знойдзены Космас

Хабл выкарыстаў метад Шепли для вымярэння адлегласці да зменнай зоркі. Аказалася, што яно вылічаецца мільёнамі светлавых гадоў ад Зямлі, што знаходзіцца далёка за межамі Млечнага Шляху. Сама галактыка ўтрымлівае мільёны зорак. Вядомая Сусвет рэзка пашырылася ў той жа дзень і - у пэўным сэнсе - быў знойдзены сам Космас!

Газета "Нью-Ёрк Таймс" пісала: "Выяўленыя спіральныя імглістасці з'яўляюцца зорнымі сістэмамі. Доктар Hubbel (так у арыгінале) пацвярджае меркаванне, што яны падобныя на" астраўныя сусветы ", падобныя на нашу ўласную". Адкрыццё мела вялікае значэнне для астранамічнага свету, але найвялікшы момант Хабла быў яшчэ наперадзе.

ніякай статычнасці

Як мы казалі, перамога да «Каперніку №2» прыйшла ў 1929 годзе, калі ён класіфікаваў усе вядомыя імглістасці і вымераў іх хуткасці ад спектраў выпраменьванага святла. Яго дзіўная знаходка, што ўсе галактыкі адступаюць ад нас са хуткасцямі, павелічэннем прапарцыйна іх аддаленасці ад Млечнага Шляху, скаланула свет. Закон Хабла адмяніў традыцыйнае ўяўленне пра статычнай Сусвету і паказаў, што сама яна поўная дынамікі. Сам Эйнштэйн схіляў галаву перад гэтак выдатнай назіральнасцю.

Аўтар тэорыі адноснасці падкарэктаваў ўласныя ўраўненні, якімі абгрунтоўваў пашырэнне Сусвету. Цяпер Хабл паказаў, што Эйнштэйн меў рацыю. Хаббловское час - велічыня, зваротная пастаяннай Хабла (t _H = 1 / H). Гэта характэрнае час пашырэння Сусвету на бягучы момант.

Ўзарваліся і разляцеліся

Калі пастаянная ў 2016 годзе роўная 66,93 ± 0,62 (км / с) / Мпк, то пашырэнне ў цяперашні час характарызуецца наступнымі лічбамі: (4,61 ± 0,05) × 10 ^{чым 17} з або (14,610 ± 0,016) · 10 ⁹ гадоў. І зноў трохі гумару. Аптымісты кажуць: гэта добра, што галактыкі «разбягаюцца». Калі ўявіць, што яны збліжаюцца, рана ці позна наступіў бы Вялікі выбух. Але менавіта з яго пачалося зараджэнне Сусвету.

Галактыкі «рванулі» (пачалі рух) у розныя бакі адначасова. Калі б хуткасць выдалення не была прапарцыйнай адлегласці - тэорыя выбуху бессэнсоўная. Яшчэ адна вытворная канстанта - хаббловское адлегласць - твор часу на хуткасць святла: D _H = ct _H = c / H. У бягучы момант - (1,382 ± 0,015) × 10 ²⁶ хв або (14,610 ± 0,016) × 10 ⁹ светлавых гадоў.

І зноў пра надзіманым шары. Ёсць меркаванне, што нават астраномы не заўсёды правільна трактуюць пашырэнне Сусвету. Частка знаўцаў лічыць, што яна раздзімаецца, нібы гумовы шар, не ведаючы ніякіх фізічных абмежаванняў. Самі галактыкі пры гэтым не толькі выдаляюцца ад нас, але і хаатычна «мітусяцца» ўнутры нерухомых навал. Іншыя запэўніваюць, што далёкія галактыкі «сплываюць» асколкамі Вялікага выбуху, але робяць гэта паважна.

Мог бы стаць Нобелеўскім лаўрэатам

Хабл спрабаваў атрымаць Нобелеўскую прэмію. У канцы 1940-х гадоў нават наймаў рэкламнага агента (цяпер яго назвалі б піяр-менеджэр), каб той прасунуў справа. Але намаганні былі марнымі: катэгорыі для астраномаў не існавала. Эдвін памёр у 1953 годзе, падчас навуковых пошукаў. На працягу некалькіх начэй ён назіраў внегалактические аб'екты.

Яго апошняя пташка мара засталася няздзейсненай. Але навуковец напэўна б парадаваўся таму, што ў яго гонар названы касмічны тэлескоп. І пакалення братоў па розуму працягваюць даследаваць вялізнае і цудоўнае прастору. Яно дагэтуль тоіць нямала загадак. Колькі адкрыццяў наперадзе! І вытворныя пастаянныя Хабла, напэўна, дапамогуць каму-небудзь з маладых навукоўцаў стаць «Капернікам №3».

аспрэчваючы Арыстоцеля

Што будзе даказана або аспрэчана, як тады, калі ў пух і прах паляцела тэорыя аб бясконцасці, вечнасці і нязменнасці прасторы вакол Зямлі, якую падтрымліваў сам Арыстоцель? Ён прыпісваў Сусвету сіметрыю і дасканаласць. Касмалагічныя прынцып пацвердзіў: усё цячэ, усё змяняецца.

Ёсць меркаванне, што праз мільярды гадоў нябёсы будуць пустыя і цёмныя. Пашырэнне «панясе» галактыкі за касмічны гарызонт, адкуль святло не зможа дайсці да нас. Ці будзе актуальная пастаянная Хабла для пустой Сусвету? Што стане з навукай касмалогіі? Яна знікне? Усё гэта здагадкі.

чырвонае зрушэнне

Пакуль жа тэлескоп «Хабл» зрабіў здымак, які сведчыць: да паўсюднага пустаты нам пакуль далёка. У прафесійнай асяроддзі ў ходу меркаванне, што каштоўна адкрыццё Эдвіна Хабла, але не яго закон. Аднак менавіта ён быў амаль адразу прызнаны ў навуковых колах таго часу. Назірання «чырвонага зрушэння» не проста заваявала права на існаванне, яно актуальна і ў XXI стагоддзі.

І сёння, вызначаючы адлегласць да галактык, абапіраюцца на супероткрытие навукоўца. Аптымісты сцвярджаюць: нават калі наша галактыка застанецца адзінай, «сумаваць» нам не давядзецца. Будуць існаваць мільярды карлікавых зорак і планет. А значыць, побач з намі па-ранейшаму будуць «паралельныя светы», якія трэба будзе даследаваць.