Хронология открытия Хаббла - Красное смещение: закон Хаббла
Теоретически расширение Вселенной могло быть предсказано на основе ньютоновской теории тяготения в XIX, XVIII и даже в конце XVII вв. Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах ученых даже в начале нашего века. Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г. общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной. Он обнаружил, что такого решения, которому соответствовала бы не меняющаяся со временем Вселенная, не получается. Чтобы не вступать в противоречие со статичностью, Эйнштейн модифицировал свою теорию, введя в уравнения так называемую космологическую постоянную (л-член), Он ввел новую "антигравитационную" силу, которая в отличие от других сил не порождалась каким-либо источником, а была заложена в саму структуру пространства-времени. Эйнштейн утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и этим расширением точно уравновешивается притяжение всей остальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказывается статической. Однако до сих пор никто не смог найти какого-либо физического обоснования космологической постоянной.
В начале 20-х гг. ХХ в. советский математик Александр Александрович Фридман решил для Вселенной уравнения общей теории относительности, не накладывая условия стационарности. Он доказал, что могут существовать два решения для Вселенной: расширяющийся мир и сжимающийся мир. Полученные Фридманом уравнения используют для описания эволюции Вселенной и в настоящее время. В одной из моделей Вселенной Фридмана все галактики удаляются друг от друга. Фридман сделал два очень простых исходных предположения:
- - во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы ее ни наблюдали; - во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места.
Не прибегая ни к каким другим предположениям, Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. Расстояние между любыми двумя точками увеличивается, но ни одну из них нельзя назвать центром расширения. Притом, чем больше расстояние между точками, тем быстрее они удаляются друг от друга. Скорость, с которой любые две галактики удаляются друг от друга, пропорциональна расстоянию между ними. Таким образом, модель Фридмана предсказывает, что красное смещение галактики должно быть прямо пропорционально ее удаленности от нас, в точном соответствии с будущим открытием Хаббла. Несмотря на успех этой модели и на согласие ее предсказаний с наблюдениями Хаббла, работа Фридмана оставалась неизвестной на западе, и лишь в 1935 г. американский физик Говард Робертсон и английский математик Артур Уолкер предложили сходные модели в связи с открытием Хаббла.
Современная картина Вселенной стала окончательно вырисовываться в 1924 г., когда Хаббл, исследуя туманность Андромеды, доказал, что наша Галактика не единственная. К 1923 г. ему удалось рассмотреть, что окраины этой туманности представляют собой скопления отдельных звезд, некоторые из которых принадлежат к классу переменных цефеид (согласно астрономической классификации). Наблюдая за переменной цефеидой на протяжении достаточно длительного времени, можно измерить период изменения ее светимости, а затем по зависимости период-светимость определяют и количество испускаемого ею света.
Хаббл рассчитал расстояние до цефеид на окраинах туманности Андромеды, а значит, и до самой туманности: 900 000 световых лет (более точно рассчитанное на сегодняшний день расстояние до галактики Андромеды, как ее теперь называют, составляет 2,3 миллиона световых лет), и пришел к выводу, что туманность находится далеко за пределами Млечного Пути - нашей галактики.
Пронаблюдав эту и еще девять туманностей, Хаббл пришел к базовому выводу о структуре Вселенной: она состоит из набора огромных звездных скоплений - галактик. Именно они и представляются нам в небе далекими туманными "облаками", поскольку отдельных звезд на столь огромном удалении мы рассмотреть попросту не можем.
Для доказательства Хаббл был вынужден прибегнуть к косвенным методам. Видимая яркость звезды зависит от двух факторов: от того, какое количество света излучает звезда (ее светимости), и от того, где она находится. Яркость близких звезд и расстояние до них возможно измерить; следовательно, можно вычислить и их светимость. И наоборот, зная светимость звезд в других галактиках, можно вычислить расстояние до них, измерив их видимую яркость, Хаббл заметил, что светимость некоторых типов звезд всегда одна и та же, когда они находятся достаточно близко для того, чтобы можно было производить измерения. Следовательно, если такие звезды обнаружатся в другой галактике, то, предположив у них такую же светимость, можно вычислить расстояние до этой галактики. Если подобные расчеты для нескольких звезд одной и той же галактики дадут один и тот же результат, то полученную оценку расстояния можно считать надежной. Из наблюдений следовало, что чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется.
Наблюдаемая длина спектральных световых волн, излучаемых атомами удаленных галактик, несколько ниже длины спектральных волн, излучаемых теми же атомами в условиях земных лабораторий. То есть в спектре излучения соседних галактик квант света, излучаемый атомом при скачке электрона с орбиты на орбиту, смещен по частоте в направлении красной части спектра по сравнению с аналогичным квантом, испущенным таким же атомом на Земле. Хаббл интерпретировал это наблюдение как проявление эффекта Доплера, а это означает, что все наблюдаемые соседние галактики удаляются от Земли, поскольку практически у всех галактических объектов за пределами Млечного Пути наблюдается именно красное спектральное смещение, пропорциональное скорости их удаления.
К 1929 г. Хаббл доказал, что величина красного смещения не случайна, а прямо пропорциональна расстоянию от нас до галактики. Иными словами, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется. А это означало, что Вселенная не может быть статической, как думали раньше, что на самом деле она непрерывно расширяется и расстояния между галактиками все время растут.
Это самое явление центростремительного "разбегания" видимой Вселенной с нарастающей скоростью по мере удаления от локальной точки наблюдения и получило название закона Хаббла.
Математически он формулируется следующим образом:
V = Hr, (2), где
V - скорость удаления галактики от наблюдателя;
R - расстояние до галактики;
H - постоянная Хаббла.
Постоянная Хаббла определяется экспериментально, и на сегодняшний день оценивается как равная примерно 70 км/(с-Мпк) (километров в секунду на мегапарсек; 1 Мпк приблизительно равен 3,3 миллионам световых лет). А это означает, что галактика, удаленная от нас на расстояние 10 мегапарсек, убегает от нас со скоростью 700 км/с, галактика, удаленная на 100 Мпк - со скоростью 7000 км/с, и т. д. И, хотя изначально Хаббл пришел к этому закону по результатом наблюдения всего девяти ближайших к нам галактик, ни одна из множества открытых с тех пор новых, все более удаленных от Млечного Пути галактик видимой Вселенной из-под действия этого закона не выпадает.
Теперь известно, что наша Галактика - одна из нескольких сотен тысяч миллионов галактик, которые можно наблюдать в современные телескопы, а каждая из этих галактик в свою очередь содержит сотни тысяч миллионов звезд.
Означает ли это, что наша Галактика является центром, от которого и идет расширение? С точки зрения астрономов, такое невозможно. Наблюдатель в любой точке Вселенной должен увидеть ту же картину: все галактики имели бы красные смещения, пропорциональные расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается. Галактики при этом сохраняют свой объем. Это объясняется тем, что составляющие их звезды связаны между собой силами гравитации.
Доказав, что существуют другие галактики, Хаббл все последующие годы посвятил составлению каталогов расстояний до этих галактик и наблюдению их спектров.
Большинство ученых считали, что движение галактик происходит случайным образом и поэтому спектров, смещенных в красную сторону, должно наблюдаться столько же, сколько и смещенных в фиолетовую. После того как у большей части галактик обнаружилось красное смещение спектров, т. е. оказалось, что почти все галактики удаляются от нас, была сформулирована теория Большого взрыва (см. ниже).
Сам Хаббл, достаточно осторожно относился к гипотезе Большого взрыва и разбегания галактик. К тому же были обнаружены галактики, имеющие фиолетовое смещение (например, галактика Магелланово облако). В самом деле, ведь в спектре нашего Солнца также наблюдается красное смещение, но из этого никто не делает выводов, будто бы дневное светило "убегает" от Земли (или наоборот). Другое дело - невообразимо большое расстояние спиральных туманностей, или галактик: там преобладает влияние расстояния.
Похожие статьи
-
ФЕНОМЕН КРАСНОГО СМЕЩЕНИЯ, Эффект Доплера - Красное смещение: закон Хаббла
Эффект Доплера Звезды находятся далеко и кажутся просто светящимися точками в небе. Для простого наблюдателя практически неразличимы ни форма, ни размеры...
-
Расстояние до квазаров, Красное смещение - Квазары
По мере накопления данных наблюдений большинство астрономов пришли к выводу, что квазары дальше от нас, чем любые другие объекты, доступные наблюдениям....
-
Расширение Вселенной и красное смещение
Если в ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркими объектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и...
-
"В 1744 году швейцарский астроном де Шезо и независимо от него в 1826 году Ольберс сформулировали следующий парадокс, -- пишет в своей книге Т. Редже, --...
-
Эдвин Хаббл и его исследования - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Современная картина Вселенной возникла только в 1924 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. Для...
-
Некосмологическое объяснение красного смещения
Некосмологическое объяснение красного смещения Красное смещение излучения галактик первоначально объясняли разлетом галактик после Большого взрыва,...
-
Прошедший 20-ый век ознаменовался бурным развитием космологии, что было вызвано техническим прогрессом в области космических наблюдений. Однако не только...
-
Красное смещение спектров излучения галактики - Основные характеристики Вселенной
Понятие "Вселенная" означает Космос, доступный человеческому наблюдению. Вселенную изучает наука космология. Ее цель выявление и изучение законов,...
-
Закон Хаббла - Основные характеристики Вселенной
Американский астроном Эдвин Хаббл, работавший в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии, в1929 г. обнаружил, что многие туманные пятна в небе удается...
-
Расширяющаяся Вселенная и красное смещение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Если в ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркими объектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и...
-
Модель Большого Взрыва - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13...
-
Теория тяготения от Ньютона до Эйнштейна - Основные характеристики Вселенной
В 19-е столетии подтверждение начала вселенной накапливались. Земля и остальная часть вселенной, фактически изменились со временем. С одной стороны,...
-
Вселемнная -- фундаментальное понятие астрономии, строго не определяемое[1][2][3][4]. Включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной...
-
Заключение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Каждой исторической эпохе присущ свой горизонт науки, своя ограниченность представлений о природе вещей, явлений, окружающих человека. На протяжении...
-
Емпіричний закон - закон Хаббла - Космологія. Проблеми космології
Наступний крок був зроблений в 1924 р., коли в обсерваторії Маунт Вілсон в Каліфорнії американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) виміряв відстань до...
-
Введение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями...
-
Будущее Вселенной - Открытие взрывающейся Вселенной
Современная наука, рассматривая дальнейшую судьбу Вселенной, останавливается на двух вариантах - открытой и замкнутой Вселенной. Если предположить, что...
-
Большой Взрыв - Открытие взрывающейся Вселенной
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Этот вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом,...
-
Использование спутниковых систем Земли для определения расстояния до звезд - Оптическая астрономия
Определение расстояний до тел солнечной системы основано на измерении их горизонтальных параллаксов. Параллаксы, определенные по параллактическому...
-
Образование Вселенной - Земля - планета Солнечной системы
Земля - одна из 9 планет Солнечной системы, а Солнце представляет собой самую рядовую звезду типа желтого карлика, находящуюся в Галактике Млечного Пути,...
-
Метагалактики В одном из выступлений А. Энштейн сказал (в 1929 г.): "Если говорить честно, мы хотим не только узнать, как устроена, но и по возможности...
-
Введение, Открытие взрывающейся Вселенной - Открытие взрывающейся Вселенной
С того времени, когда Галилей впервые с помощью телескопа исследовал Млечный Путь, мы знаем, что он состоит из звезд, а Солнце представляет собой лишь...
-
Возраст Вселенной - Открытие взрывающейся Вселенной
Вопрос о возрасте Вселенной является наиболее спорным. Еще в 1929 г. совершенствование методик измерения расстояний до окружающих галактик позволило...
-
Новые открытия относительно черных дыр - Черные дыры
По недавнему заявлению астрономов из Университета Огайо, необычное двойное ядро в галактике Андромеды объясняется скоплением звезд, вращающихся по...
-
Расширение - Возникновение, существование и конец Вселенной
Вселенная большой взрыв Звездное небо над головой долгое время было для человека символом вечности и неизменности. Лишь в Новое время люди осознали, что...
-
Теория Большого Взрыва. Решение - Теория Большого Взрыва
Но это уже произошло после того, как неожиданное открытие Американского астронома Эдвина Хаббла привлекло внимание ученых-физиков к теории Большого...
-
Процесс расширения Вселенной Оставляя в стороне спорный вопрос, касающийся образования галактик, посмотрим, что говорят современная теория и данные...
-
ЛИНЕЙКА ДЛЯ ВСЕЛЕННОЙ - Важнейшие достижения в освоении космоса
Следует заметить, что любые связанные объекты не участвуют в космологическом расширении. Длина эталонного метра, находящегося в Палате мер и весов (и его...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
Астероиды, Открытие астероидов - Малые тела Солнечной системы
С точки зрения физики астероиды или, как их еще называют, малые планеты - это плотные и прочные тела, которые на снимках звездного неба неотличимы от...
-
Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
Красные гиганты и сверхгиганты - Строение Солнца
- относительно холодные звезды высокой светимости с протяженными оболочками. Из-за низкойэффективной температуры этих звезд (3000-5000 К) поток энергии с...
-
Люди наблюдали Уран еще до Уильяма Гершеля, но обычно принимали его за звезду. Наиболее ранним за документированным свидетельством этого факта следует...
-
. Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
Заключение - Фундаментальные открытия Николая Коперника
Значение учения Коперника для развития науки безмерно велико: оно произвело настоящую революцию не только в астрономии, но и во всем человеческом...
-
История открытия кометы Галлея - Комета Галлея
История кометы Галлея, теряющаяся в глубине веков, уже триста лет интересует астрономов. За это время были изучены европейские, китайские, японские,...
-
Закон Всемирного тяготения - Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы
Законы Кеплера прекрасно описывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали причин, приводящих к такому движению (напр. вполне можно было считать,...
-
Наиболее значимые наблюдения - Спутник-телескоп Хаббла
При помощи измерения расстояний до цефеид в Скоплении Девы было уточнено значение постоянной Хаббла. До наблюдений орбитального телескопа погрешность...
-
Астрономическое изучение Галактики
При наблюдениях звездного неба вдали от крупных городов на нем в безлунную ночь хорошо видна широкая светящаяся полоса - Млечный Путь. Свое название...
-
ВСТУПЛЕНИЕ - Строение и эволюция звезд и планет
Вопросы, связанные со строением Вселенной, волновали человечество еще до появления самого понятия Вселенная. Ученые античности, средневековья, а за ними...
Хронология открытия Хаббла - Красное смещение: закон Хаббла