Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной - [18]
ГЛАВА 2
Классификация галактик и островные вселенные
В 1917 году Хаббл защитил диссертацию, а уже в 1929-м опубликовал свой знаменитый закон, успев при этом поучаствовать в мировой войне. За этот короткий промежуток он пришел к пониманию существования других галактик и необходимости определения расстояний между ними. Он первым в мире осознал, насколько огромна Вселенная. До него никто не мог и представить себе таких размеров: если вселенная Кеплера — размером со световой час, вселенная Гершеля равна тысяче световых часов, то вселенная Хаббла простирается на десять миллиардов световых лет.
Новые открытия совершаются, когда приходит их время. Очень редко бывает так, что открытия делают задолго до этого или, наоборот, после. Эти открытия становятся возможными благодаря появлению более точных инструментов, требующих осмысления новых полученных данных, или формулировке новых теорий, позволяющих иначе интерпретировать уже известную информацию.
В случае с возможностью существования островных вселенных (которые Хаббл называл внегалактическими туманностями, а сегодня мы используем для них термин «галактики»), по сути, вопрос касался реальных размеров Вселенной. Открытия были сделаны, когда пришло их время. Доказательство существования этих вселенных приписывается Хабблу — и это не случайно, однако в истории остались имена и других ученых, о которых не следует забывать.
Термин «островные вселенные», малоупотребительный сегодня и замененный более удачным — галактики, впервые был использован немецким эрудитом и путешественником Александром фон Гумбольдтом (1769-1859). Идея была не нова, о ней уже писали философы, не обладавшие данными наблюдений, в частности англичанин Кристофер Рен (1632-1723) и прусский философ Иммануил Кант (1724-1804).
Немецкий астроном Уильям Гершель (1738-1822) с помощью своей сестры Каролины создал самые большие телескопы своей эпохи. Один из них был установлен в Мадриде, в Национальной обсерватории, однако через несколько лет был разрушен в ходе французской оккупации. Гершель пришел к выводу, что Млечный Путь имеет форму диска, или «мельничного жернова», по его собственному выражению, в котором Солнце занимало центральное место (см. рисунок). Не было объективной причины считать, что существуют еще какие-то «мельничные жернова».
Во вселенной Гершеля Солнце располагается примерно в центре.
Перед началом работы в Йеркской обсерватории Чикагского университета Хаббл присутствовал на ежегодной конференции Астрономического общества Северной Америки, что стало решающим событием для его будущей работы. Он смог посетить памятную выставку Весто Слайфера, где были представлены скорости удаления туманностей, достигавшие поразительных величин — более 1000 км/с. Эти скорости были получены в результате упрощенной интерпретации эффекта Доплера.
Эффект Доплера, получивший свое название в честь австрийского физика Кристиана Андреаса Доплера (1803- 1853) в 1842 году, был впервые упомянут в работе об изменении цвета двойных звезд. Этот эффект возникает для всех видов волн, когда приемник и источник волны движутся относительно друг друга. Если источник отдаляется от нас, длина волны увеличивается, если он приближается — уменьшается.
Если источник звука отдаляется от нас, то из-за увеличения длины волны мы слышим более низкий звук. Если источник приближается, звук становится более высоким. Когда к нам быстро приближается машина, мы слышим более высокий звук, когда она проезжает мимо нас и начинает удаляться, звук становится более низким. Так как свет — тоже волна, здесь также имеет место эффект Доплера. Он очень хорошо заметен, если мы посмотрим на спектральные линии. Они такие узкие, поскольку связаны с перемещением электронов по энергетическим уровням в атомах. Если спектральная линия оказывается не в своем положении, а смещена относительно длины волны, мы можем заподозрить, что это проявление эффекта Доплера, то есть имеет место движение источника волны по отношению к нам. Если длина волны увеличивается — обычно это называется красным смещением, — значит, источник удаляется. Если длина волны уменьшается — это называют фиолетовым смещением,— источник приближается. Кроме самого факта движения от нас или к нам, можно выяснить также скорость источника. Стоит отметить, что этот эффект имеет ключевое значение для астрофизики: благодаря ему мы можем узнать скорость любой звезды и направление ее движения.
Кристиан Андреас Доплер.
Представим спектральную линию с длиной волны λ>0 в лаборатории здесь, на Земле. Если мы будем наблюдать ее на движущейся (приближающейся или удаляющейся) звезде или галактике, полоса будет смещаться, изменится ее длина волны λ, а формула, связывающая обе длины волны, будет иметь следующий вид:
λ =λ>0(1 + v/c),
где v — скорость удаления, а с — скорость света. Если v положительна, λ > λ>0, поэтому если полоса была желтой, смещение будет к красному цвету. Если v отрицательная, смещение будет к синему цвету. «Покраснение» используется как эквивалент смещения к большей длине волны.
