Весто Слайфер не был так известен, как Эдвин Хаббл. Но его новаторские наблюдения помогли раскрыть одно из самых фундаментальных отношений в астрономии, и он заслуживает равного признания. Дуглас Макдугал, Джозеф Маркус и Марсия Бартусяк | Опубликовано: 3 декабря 2024 г.
Спектральные измерения Слайфером спиральных туманностей Андромеды и Сомбреро, как их тогда называли, показали, что эти объекты движутся в пространстве с необычайной скоростью в сотни миль в секунду. Первая приближается к Земле, а вторая удаляется от нас. Кредит: Архив обсерватории Лоуэлла
Большинство людей связывают открытие того, что далекие галактики удаляются от нас — и, таким образом, что Вселенная расширяется — с Эдвином Хабблом, благодаря его эпохальной статье 1929 года. Это было одно из самых фундаментальных открытий в истории науки.
Но Хаббл не открыл расширение. В 1910-х годах астроном обсерватории Лоуэлла по имени Весто Слайфер обнаружил, что спиральные туманности, как называли галактики, «убегают» от нас с неслыханной тогда скоростью. Это было первое наблюдательное свидетельство расширяющейся Вселенной. В статье Хаббла была установлена линейная зависимость между скоростями туманностей Слайфера и расстояниями, измеренными Хабблом — зависимость, которая позже стала известна как закон Хаббла — но не были процитированы собственные публикации Слайфера, содержащие его незаменимые измерения, или даже упомянуто его имя. Но Слайфер сделал половину работы!
Только после того, как Хаббл получил всемирное признание и вечную славу, он признал, что использовал данные Слайфера. Но к тому времени ущерб был нанесен: Слайфер был затмен, и его критический вклад так и не был должным образом отмечен.
Сегодня астрономы продолжают идти по стопам Хаббла и Слайфера, измеряя скорости удаляющихся галактик и их расстояния. Эти важные наблюдения говорят нам, как быстро расширяется Вселенная. Тем не менее, знаменитый математический параметр, определяющий связь между скоростями Слайфера и расстояниями Хаббла, носит одно имя: постоянная Хаббла.
Современная наука добилась многих успехов в восстановлении исторической истины. Следуя этой традиции, мы предлагаем Международному астрономическому союзу (МАС) официально переименовать постоянную Хаббла в постоянную Хаббла-Слайфера в знак давно назревшего признания исторического достижения Слайфера.
Весто Слайфер и Эдвин Хаббл представляли собой довольно контрастную картину: Слайфер (слева) был более сдержанным, в то время как Хаббл (вверху) был хорошо известен своей привлекательной внешностью и сильным характером. Автор: Слайфер: Архив обсерватории Лоуэлла. Хаббл: Изображение предоставлено Edwin Hubble Papers, Библиотека Хантингтона, Сан-Марино, Калифорния
Сын фермера из Индианы, Весто Мелвин Слайфер присоединился к обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, штат Аризона, в 1901 году под руководством яркого Персиваля Лоуэлла. Задачей Слайфера была спектроскопия, и он успешно использовал 24-дюймовый рефракторный телескоп Элвана Кларка Лоуэлла с его совершенно новым спектрографом Брашира. Через несколько лет он начал получать важные результаты, такие как подтверждение периодов вращения Марса, Юпитера и Сатурна.
Слайфер стал виртуозом в новом искусстве получения и интерпретации спектров — данных, полученных, когда свет от астрономических объектов разлагается на составляющие его длины волн, раскрывая детали о составе и движении. И спектроскопические сюрпризы были повсюду, куда бы он ни посмотрел. Среди его последующих открытий были метан и аммиак в атмосферах гигантских планет; межзвездный газ по всему Млечному Пути; и первая известная отражательная туманность в Плеядах, которая привела к открытию межзвездной пыли.
Но его следующее испытание подвергло его навыки более глубокому испытанию. По поручению Лоуэлла он начал фотографировать спектры самых слабых из всех объектов: спиральных туманностей.
Эти туманности были предметом постоянных дебатов среди астрономов в начале 20-го века. Были ли это детские солнечные системы, сформировавшиеся внутри нашего Млечного Пути? Или же это были отдаленные «островные вселенные», каждая из которых была похожа на весь Млечный Путь, свободно дрейфующие в космической пустоте?
Спектроскопы, прикрепленные к большим собирающим свет телескопам, обещали дать ответ наилучшим образом. Важно то, что они могли определять радиальную скорость объекта — его движение к наблюдателю или от него — посредством тонких сдвигов в спектральных характеристиках объекта по сравнению с неподвижным эталоном. Смещение к красному концу спектра (красное смещение) означает, что объект удаляется от нас; синее смещение означает, что он приближается.
Слайфер знал, что для получения подробных высококачественных спектров раздражающе слабых спиралей потребуются длительные экспозиции. Замена медленного объектива камеры спектрографа на более быстрый позволила ему сократить время экспозиции более чем в 30 раз. Тем не менее, получение одного спектра часто требовало десятков часов.
Очевидной целью для первой попытки была самая большая и яркая спиральная туманность из всех, величественная M31 в созвездии Андромеды. Экспозиция в течение нескольких ночей в декабре 1912 года преподнесла ошеломляющий сюрприз: спектральные линии M31 сместились к синему концу спектра. Туманность Андромеды приближалась к нашей солнечной системе со скоростью около 186 миль (300 километров) в секунду, что является самой высокой небесной скоростью, когда-либо измеренной в то время.
Изменение наблюдаемых длин волн света от движущегося источника называется эффектом Доплера. Впервые наблюдаемый как изменение высоты звуковых волн, этот эффект также применим к свету, излучаемому астрономическими объектами, такими как звезды и галактики. Движение к наблюдателю заставляет свет смещаться к синему концу спектра — синее смещение — в то время как движение от наблюдателя вызывает смещение к красному или красное смещение. Все линии в спектре объекта смещаются на одинаковую величину, и смещение можно измерить по стационарному опорному спектру. Кредит: Астрономия: Роен Келли <стр>Подбадриваемый Лоуэллом продолжить работу, Слайфер в апреле 1913 года направил свой инструмент на туманность Сомбреро (M104), впечатляющую спираль с ребра в созвездии Девы. На этот раз линии были сильно смещены к красному концу спектра, что указывает на необычайную скорость удаления в 684 мили (1100 км) в секунду.
Слайфер продолжил свои исследования и в августе 1914 года отправился в Северо-Западный университет в Эванстоне, штат Иллинойс, чтобы представить свои выводы на ежегодном собрании Американского астрономического общества. К тому времени он измерил скорости 15 спиральных туманностей: три приближались к Земле, а остальные удалялись. Историческая рукопись, которую читал Слайфер, не очень известна и никогда не публиковалась. Сейчас он находится в архивах обсерватории Лоуэлла.</стр> <стр>Выводы, которые он представил своей аудитории, были сформулированы убедительно: «Поразительное преобладание положительного знака [означающего отступление] указывает на общее бегство от нас или Млечного Пути». Более того, большинство спиральных туманностей отступали. Допуская, что данные еще не были окончательными, он, тем не менее, считал, что «они действительно убедительно указывают на то, что спирали покидают Млечный Путь, что соответствует их негалактическому распределению». Другими словами, выводы Слайфера дали веские доказательства спорной гипотезы островной вселенной.
Это было поразительное открытие. Хотя в то время его никто не оценил — включая Слайфера — он фактически сделал ставку на наблюдательное открытие расширения Вселенной. Со временем это осознание фундаментально изменило наше представление о космосе и нашем месте в нем.
Когда Слайфер закончил излагать свои новости о великой рецессии, его коллеги-астрономы поднялись и устроили ему громкую овацию — беспрецедентное зрелище на астрономическом собрании. Интересно, что Хаббл был среди зрителей, посетив собрание как раз перед тем, как он начал свою докторскую диссертацию осенью в обсерватории Йеркса Чикагского университета в Уильямс-Бей, штат Висконсин. Возможно, что наблюдение за этой знаменательной реакцией вдохновило Хаббла выбрать спиральные туманности в качестве темы своей диссертации.
В течение следующих трех лет Слайфер измерил больше скоростей. К 1917 году у него было в общей сложности 25, все, кроме четырех из которых были удаляющимися. Воодушевленный этой тенденцией, он консервативно высказал мнение в статье 1917 года в Трудах Американского философского общества, что теория островной вселенной, «мне кажется, приобретает популярность в современных наблюдениях». К 1922 году он дополнил свой обзор еще 17 спиральными туманностями, все из которых удалялись — самая быстрая из них достигала беспрецедентной скорости в 1800 км (1120 миль) в секунду.
Участники 17-го заседания Американского астрономического общества, состоявшегося в августе 1914 года в Северо-Западном университете в Эванстоне, штат Иллинойс, позируют для групповой фотографии. Эдвин Хаббл стоит в первом ряду, второй справа, в темном костюме. В. М. Слайфер — второй слева во втором ряду сзади, в центре под большим камнем в конце арки и смотрит вперед. Автор: AIP Emilio Segrè Visual Archives
В 1924 году Хаббл доказал, что спиральные туманности являются отдельными галактиками, используя переменные звезды цефеиды. Эти «стандартные свечи» позволяют точно измерять расстояние с помощью установленной связи между их периодом и собственной светимостью. Измерение периода звезды позволяет астроному вывести ее собственную яркость; поэтому любое затемнение можно отнести к расстоянию.
К 1928 году он начал сосредотачиваться на природе открытого Слайфером космического исхода, ища любую закономерность в красных смещениях галактик, когда они стремительно мчались сквозь пространство. Для этого он объединился с Милтоном Хьюмасоном, коллегой из Маунт-Вилсон. Хаббл продолжал измерять расстояния галактик (его специальность), в то время как Хьюмасон получал скорости.
В течение года Хаббл подготовил свою первую публикацию о своих открытиях, знаменательную работу 1929 года под названием «Связь между расстоянием и радиальной скоростью среди внегалактических туманностей». В ней он связал расстояния 24 галактик с их скоростями. Модель, запечатленная на знаменитом графике, сразу бросалась в глаза: скорость галактик неуклонно увеличивалась линейно по мере того, как мы смотрели дальше в космос. При удвоении расстояния от Земли скорость галактики также удваивалась. Когда расстояние утраивалось, скорость утраивалась и так далее. К концу 1930-х годов астрономы стали называть наклон графика Хаббла — скорость, с которой это удаление увеличивалось с расстоянием — постоянной Хаббла, а позже просто постоянной Хаббла, или H0.
Но в преддверии статьи Хаббла 1929 года его партнер Хьюмасон только начинал свои измерения скорости. Он был в первую очередь сосредоточен на получении красных смещений ранее неизмеренных целей, которые были слишком слабыми для Слайфера, чтобы определить их с помощью его меньшего телескопа. Почти все красные смещения, которые Хаббл использовал при расчете скорости разбегания, были измерениями Слайфера. Другими словами, половина данных, которые пошли на формулировку исходной постоянной Хаббла, были получены от Слайфера. Тем не менее, любой, кто внимательно читал статью Хаббла, не знал бы этого. Хаббл использовал измерения Слайфера без прямого цитирования или подтверждения — серьезное нарушение научного протокола.
Позже Хаббл частично исправил ситуацию: в своей следующей большой статье о законе красного смещения, опубликованной в 1931 году, он вставил предложение, восхваляющее «великую пионерскую работу В. М. Слайфера в обсерватории Лоуэлла». А два года спустя Королевское астрономическое общество (RAS) в Англии вручило Слайферу свою высшую награду — Золотую медаль, за семь лет до того, как Хаббл удостоился этой чести. Во время вручения президент RAS Фредерик Стрэттон заявил, что «если космогонистам сегодня приходится иметь дело со вселенной, которая расширяется как в реальности, так и в воображении, со скоростью, которая создает им особые трудности, то большую часть первоначальной вины должен нести наш медалист».
Хотя Хаббл снова похвалил работу Слайфера в своей книге 1936 года «Царство туманностей», в конечном итоге было слишком поздно. Закон Хаббла и постоянная Хаббла прочно укоренились среди астрономов, в то время как вклад Слайфера был почти забыт. По своей природе Слайфер никогда не был шоуменом и предпочитал публиковаться в «Бюллетене» своей обсерватории, а не в известных журналах. Он был просто слишком скромным и сдержанным, чтобы требовать свою долю славы. Хаббл, напротив, — такой красивый, такой мужественный, такой эрудированный — был силой природы, гораздо более преуспевшей в привлечении внимания и защите своего наследия.
Слайфер стоит со спектрографом Брашира, установленным на 24-дюймовом телескопе Кларка, с помощью которого он сделал множество спектроскопических открытий, включая наблюдения за множественными спиральными туманностями, большинство из которых с огромной скоростью удалялись от Земли, что свидетельствовало о расширении Вселенной. Источник: Архив обсерватории Лоуэлла <стр>Первоначальная неспособность Хаббла сослаться на Слайфера была серьезным пренебрежением, но его ревностная гегемония в отношении связи скорости и расстояния вышла за рамки Слайфера. В письме 1930 года Хаббл предупредил голландского космолога Виллема де Ситтера, который невинно прокомментировал в обзорной статье, что несколько других астрономов ранее рассматривали эту связь, что он считает ее «вкладом Маунт-Вильсон, и я глубоко обеспокоен ее признанием как таковой».
Коллеги также долго жаловались на то, что Хаббл занимался «избирательным цитированием», например, когда он не упомянул работу бельгийского космолога Жоржа Леметра в «Царстве туманностей» или специально не сослался на Харлоу Шепли из Гарвардского университета в той же книге за его ранний взгляд на связь скорости и расстояния. И когда Хаббл в 1941 году снова не смог сослаться на Слайфера — на этот раз из-за приоритета Слайфера в определении того, что рукава спиральной туманности тянутся по мере ее вращения — Слайфер был вынужден написать раздраженную записку в Science в 1944 году, чтобы исправить запись.
Справедливости ради, Слайфер разделяет некоторую вину за отсутствие признания его вклада. В публикациях 1915 и 1917 годов, сообщающих о его накапливающихся красных смещениях галактик, вместо того, чтобы описывать галактики как «убегающие», «отступающие» или «покидающие» Млечный Путь, как он делал ранее в своей речи 1914 года, он заменил их более расплывчатым термином «рассеивание». Хотя астрономы понимали его значение (и Хаббл впоследствии использовал его), это слово было излишне консервативным.
Более глубокая проблема заключалась в том, что результаты Слайфера появились во второразрядных журналах, а не в ведущих изданиях, таких как The Astrophysical Journal. Хуже того, он великодушно разрешил опубликовать свой окончательный список из 42 красных смещений в 1923 и 1925 годах с указанием авторства, но под именами других авторов!
Однако данные Слайфера были уникальными, точными и определяющими. Его выводы были переданы научному сообществу, и его работа говорила сама за себя, под каким бы покровительством она ни появлялась. Его отсутствие известности не является причиной отказывать ему в приоритете за его открытие.
Астрономы добились прогресса в отмене гегемонии Хаббла — хотя пока и не в пользу Слайфера. В 2018 году МАС голосованием после своей 30-й Генеральной ассамблеи в Вене принял резолюцию о переименовании закона Хаббла в закон Хаббла-Леметра в честь Леметра за его динамическое решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна в 1927 году. Его результат, опубликованный за два года до Хаббла, предсказал, что Вселенная расширяется таким образом, что красные смещения галактик пропорциональны их расстояниям. Лемэтр даже вычислил то, что стало известно как постоянная Хаббла, на основе величин галактик Хаббла и красных смещений Слайфера. (Хотя, как и Хаббл, Лемэтр также не процитировал Слайфера.
Решение переименовать закон Хаббла, не включив Слайфера, было встречено сопротивлением. В январе 2019 года космолог Эмилио Элисальде из Университета Барселоны опубликовал в журнале Symmetry подробный исторический обзор: «Причины в пользу закона Хаббла-Лемэтра-Слайфера». А в выпуске журнала Astronomy за февраль 2020 года директор обсерватории Лоуэлла Джефф Холл и историк Кевин Шиндлер также выступили за добавление имени Слайфера в закон.
Почему Слайферу снова отказали? Объяснение, предложенное на заседании МАС, состояло в том, что он и другие «не использовали свои данные и не изобретали новую теорию для открытия расширения вселенной». Но, как мы показали, Слайфер на самом деле использовал свои данные о красном смещении, чтобы сделать вывод еще в 1914 году, что спиральные туманности «удаляются» или «рассеиваются» от Млечного Пути — что равносильно наблюдательному открытию расширения вселенной.
Требование МАС о том, чтобы закон был выведен из теории, противоречит общепринятому мнению о том, что научный закон — это просто отношение между наблюдаемыми величинами. Хаббл признал это различие в своей лекции Джорджа Дарвина в РАН в 1953 году: «Я предлагаю обсудить закон красных смещений — корреляцию между расстояниями туманностей и смещениями в их спектрах».
Но даже признавая, что Слайфер не «изобрел новую теорию» для объяснения расширения, Хаббл тоже этого не сделал. Всю свою жизнь Хаббл, в отличие от Слайфера, опасался, что красные смещения действительно представляют собой рецессию, и беспокоился, что эта интерпретация может быть опровергнута.
По всем этим причинам мы также поддерживаем переименование закона Хаббла-Леметра в закон Хаббла-Леметра-Слайфера. Но мы признаем, что такой пересмотр, вероятно, будет сложным.
Поэтому вместо этого, учитывая, как недавно названный закон Хаббла-Лемэтра создал прецедент в чествовании упущенных из виду, мы предлагаем переименовать постоянную Хаббла, H0 — пропорциональность между скоростями разбегания и расстояниями галактик — в постоянную Хаббла-Слайфера. Это предложение похоже на предложение ирландского физика Кормака О’Раиферта, который предположил, что знаменитый «график открытий» Хаббла 1929 года, наклон которого просто H0, также может быть известен как график Хаббла-Слайфера.
В конце концов, наше предложение лучше всего подтверждается собственным окончательным отчетом Хаббла о событиях. Отношения между Слайфером и Хабблом в основном оставались коллегиальными и уважительными на протяжении многих лет, и в 1953 году, в год своей смерти, Хаббл наконец полностью загладил свою вину. Во время лекции в РАН Хаббл отметил, что его открытие «возникло из комбинации лучевых скоростей, измеренных Слайфером во Флагстаффе, с расстояниями, полученными в Маунт-Вилсон. … Слайфер работал практически в одиночку, и 10 лет спустя … внес вклад в 42 из 46 доступных тогда скоростей туманностей». В письме к Слайферу в том же году он сослался на первые шаги Слайфера «как на самые важные из всех» в «комбинации ваших скоростей и моих расстояний».
Какой лучший аргумент в пользу принятия постоянной Хаббла-Слайфера, чем доводы самого Хаббла?
Читайте также:
Проблемы освоения космоса
Введение: Что такое дома в астрологии? Астрологические дома — это 12 секторов натальной карты, каждый…
Откройте для себя космос! Каждый день публикуется новое изображение или фотография нашей удивительной вселенной, а…
Откройте для себя космос! Каждый день публикуются новые изображения или фотографии нашей удивительной вселенной, а…
Откройте для себя космос! Каждый день на сайте публикуются новые изображения или фотографии нашей удивительной…
Откройте для себя космос! Каждый день на сайте публикуются новые изображения или фотографии нашей удивительной…
Откройте для себя космос! Каждый день публикуются новые изображения или фотографии нашей удивительной вселенной, а…