Hver var Edwin Hubble og hvernig breytti hann heimsmynd okkar?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver var Edwin Hubble og hvernig breytti hann heimsmynd okkar?
Fáir vísindamenn tuttugustu aldar hafa haft jafnmikil áhrif á heimsmynd okkar og bandaríski stjarnvísindamaðurinn Edwin Powell Hubble (1889-1953). Hann sýndi fram á að alheimurinn er miklu stærri en menn höfðu áður talið. Og ekki nóg með það, heldur sýndi hann líka að heimurinn er stöðugt að þenjast út með ákveðnum hætti; vetrarbrautirnar (e. galaxies) fjarlægjast hver aðra með hraða sem er í beinu hlutfalli við fjarlægðina. Þessi uppgötvun var byrjunin á þeirri þróun sem leiddi síðar til kenningarinnar um Miklahvell (e. Big Bang).

Faðir Edwins vann við stjórnunarstörf í tryggingaviðskiptum. Hubble ólst upp í borginni Wheaton í Illinois-ríki. Hann var orðlagður íþróttamaður á yngri árum en stóð sig líka vel í skóla að undanskilinni stafsetningu. Hann var fjölhæfur og námsferill hans fylgdi ekki alveg beinu brautinni. Í grunnnámi við Chicago-háskóla lagði hann stund á stærðfræði, stjörnufræði og heimspeki en varði síðan þremur árum við Háskólann í Oxford í Englandi þar sem hann las lög og spænsku og lauk meistaraprófi í því tungumáli. Hann stundaði menntaskólakennslu um hríð og þjálfaði jafnframt körfuboltalið skólans. Hann gegndi síðan herþjónustu í fyrri heimstyrjöldinni um nokkurt skeið.

Eftir það sneri hann sér að stjörnufræðinni og lauk doktorsprófi frá Yerkes-stjörnuathugunarstöðinni við Chicago-háskóla árið 1917. Árið 1919 réðst hann til starfa við Stjörnuathugunarstöðina á Wilson-fjalli í grennd við Pasadena í Suður-Kaliforníu. Þar starfaði hann til dauðadags en síðustu árin þó einnig við Hale-stjörnukíkinn á Palomar-fjalli. Banamein hans var segastífla í heila en engin útför var haldin og legstaður hans er óþekktur.

Hubble hlaut ekki Nóbelsverðlaun vegna þess að sérstök verðlaun eru ekki veitt fyrir stjarnvísindi og Nóbelsstofnunin felldi stjörnufræði ekki undir eðlisfræði meðan hann var á lífi. Það breyttist þó um það leyti sem hann dó og hafa nokkir stjarnvísindamenn síðan fengið Nóbelsverðlaun í eðlisfræði.

Þegar við horfum á og hugleiðum stjörnur himinsins viljum við auðvitað bera þær saman og flokka. Þær eru misbjartar eins og þær blasa við okkur en það segir ekki til um raunverulega birtu. Við vitum nefnilega síðan á nítjándu öld að þær eru mislangt í burtu og ljós dofnar eftir því sem ljósgjafinn er fjær okkur. Til þess að komast að raunbirtunni (e. absolute magnitude) þurfum við því að þekkja fjarlægðina.

Fyrsta aðferðin sem menn reyndu til að finna fjarlægðir í geimnum snýst um að mæla svonefnda hliðrun (e. parallax) himintungls á festingunni í samræmi við hreyfingu eða breytilegan stað athuganda. Þannig má til dæmis finna fjarlægðina til tunglsins með því að mæla stöðu þess á sama tíma frá mismunandi stöðum á jörðinni. Einnig má nota samsvarandi aðferð til að finna fjarlægð jarðar frá sól og fjarlægðina til hinna reikistjarnanna á hverjum tíma.

Samkvæmt sólmiðjukenningunni (e. heliocentric theory) er jörðin á hreyfingu um sól og einnig miðað við aðrar sólstjörnur. Því ætti að vera hægt að finna hliðrun stjarnanna vegna þessarar hreyfingar jarðar. Menn byrjuðu að spá í þetta um 1600 þegar sólmiðjukenningin var að ryðja sér til rúms. Lengi vel gekk þó illa að finna hliðrunina af því að fjarlægð stjarnanna er svo mikil miðað við braut jarðar um sól og hliðrunahornið er því lítið. En á 19. öld tókst samt að mæla það og aðferðin dugði smám saman talsvert langt út í geiminn. Ýmsar aðrar aðferðir komu í kjölfarið og menn gátu smám saman mælt veglengdir til sífellt fjarlægari stjarna. Og um leið var þá hægt að segja til um raunbirtu og bera hana saman.

Kaflaskil urðu í mælingum manna á vegalengdum í geimnum og í hugmyndum um þær með rannsóknum Henriettu Swan Leavitt (1868-1921) á svonefndum sefítum (e. cepheids). Slíkar stjörnur breyta raunbirtu sinni þannig að hún sveiflast með tilteknum sveiflutíma (e. period) sem þó er breytilegur frá einni stjörnu til annarrar. Hins vegar er einfalt samband milli sveiflutíma og raunbirtu. Við getum því lesið raunbirtuna út úr sveiflutímanum, borið hana saman við sýndarbirtuna sem við sjáum og þannig ályktað um fjarlægð stjörnunnar. Þetta er hægt að gera þó að sefítinn sé býsna langt í burtu.

Á þessum tíma þekktu menn aragrúa af stjörnuþokum (e. nebulae) sem svo voru nefndar en í mörgum þeirra fundust sefítar. Meðal annars fann Hubble margar þess konar stjörnur í Andrómeduþokunni, og hann notaði þetta til að finna til dæmis fjarlægð hennar. Hann sýndi þannig endanlega fram á að Andrómeduþokan og fleiri slíkar þokur eru langt fyrir utan Vetrarbraut okkar en um leið sambærilegar við hana. Hann tilkynnti þessa uppgötvun sína 30. desember 1924 og hún gerbreytti í einni svipan hugmyndum manna um alheiminn.

Mynd af Andrómeduþokunni.

Á sama tíma voru menn að gera mælingar á rauðviki (e. red shift) ljóss frá vetrarbrautum en það er mælikvarði á hraða þeirra burt frá Vetrarbraut okkar. Hubble bar nú þessar mælingar saman við fjarlægðarmælingarnar og komst að þeirri niðurstöðu að rauðvikið stendur í beinu hlutfalli við fjarlægðina. Hlutfallsfastinn er síðan nefndur fasti Hubbles og reglan um þetta nefnist lögmál Hubbles; það var sett fram árið 1929. En þessi niðurstaða felur ekki síður í sér róttæka breytingu á heimsmyndinni: Í stað þess að heimurinn sé kyrrstæður og alltaf eins í aðalatriðum reynist hann vera að þenjast út svipað og yfirborð á blöðru þenst út þegar blásið er í hana.

Þegar Einstein setti fram almennu afstæðiskenninguna árið 1916 vissi hann ekki betur en heimurinn væri kyrrstæður. Hann þurfti að leggja lykkju á leið sína til að laga niðurstöður sínar að þeirri meintu staðreynd. Eftir að lögmál Hubbles kom fram kallaði hann þetta „mestu mistök ævi sinnar“. Hubbleslögmál hefur staðist tímans tönn allar götur síðan og fellur til dæmis ágætlega að kenningunni um Miklahvell.

Heildarlýsingin sem hér hefur verið gefin hefur hins vegar þróast í ýmsum öðrum atriðum og hvetjum við lesendur til að kynna sér þau til dæmis í nýlegum gögnum sem nefnd eru hér á eftir.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

• Hvernig tengist Edwin Hubble sjónaukanum sem við hann er kenndur? eftir Sævar Helga Bragason
• Hvað eru sefítar? eftir Sævar Helga Bragason
• Hvernig vita menn að það eru til aðrar vetrarbrautir? Eða að það séu til milljónir af þeim? eftir SHB
• Hvað er fjarlægasta fyrirbærið í himingeimnum langt í burtu í ljósárum? eftir Sævar Helga Bragason
• Hvernig varð alheimurinn til? eftir Tryggva Þorgeirsson
• Hver var Cecilia Payne-Gaposchkin og hvernig sýndi hún fram á að sólin væri að mestu úr vetni? eftir Árdísi Elíasdóttur

Heimildir og lesefni:

• Edwin Powell Hubble á The MacTutor History of Mathematics archive. Skoðað 7.1.2011.
• Edwin Hubble á Wikipedia.org. Skoðað 7.1.2011.
• Henrietta Swan Leavitt á Wikipedia.org. Skoðað 7.1.2011.
• Cepheid variable á Wikipedia.org. Skoðað 7.1.2011.
• Cosmic distance ladder á Wikipedia.org. Skoðað 8.1.2011.
• Vesto Slipher á Wikipedia.org. Skoðað 7.1.2011.
• Albert Einstein, Afstæðiskenningin. Þorsteinn Halldórsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1979 og síðar.
• Stephen Hawking, Saga tímans. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1990.
• Steven Weinberg, Ár var alda. Guðmundur Arnlaugsson íslenskaði. Reykjavík: Hið íslenska bókmenntafélag, 1998.
• Þorsteinn Vilhjálmsson, Heimsmynd á hverfanda hveli, I-II, Reykjavík: Mál og menning, 1985-1986.

Myndir:

• Wikipedia.org. Sótt 8.1.2011.
• Free Photo Download. Sótt 8.1.2011.

...