Student World

Svět si připomíná padesáté výročí úmrtí Edwina Hubblea, nejvýznamnějšího astronoma minulého století, který zemřel 28. 9. 1953.

Byl to Edwin Hubble, kdo jako první zjistil, že vzdálené objekty na noční obloze nejsou pouhé mlhoviny, ale obrovské galaxie hvězd. Díky jeho pozorování se ukázalo, že vesmír je daleko rozsáhlejší, než si lidé do té doby představovali. A co víc, Hubble dokázal, že se vesmír neustále rozpíná, což je jeden z nejvýznamnějších objevů minulého století (viz Poznámka 1). Díky jeho zjištění se začala formovat moderní kosmologie, založená na Einsteinově teorii gravitace a zákonech světa atomů.

Americký astronom Edwin Powell Hubble se narodil v roce 1889 v Marshfieldu, malém městě v americkém státě Missoury. Na Chicagské univerzitě studoval přírodovědu, ale více než jako student vynikl ve sportu. Věnoval se basketbalu a boxu. Životopisci neopomenou připomenout, že dostal i několik nabídek k uzavření profesionální smlouvy. Ve studiu Hubble pokračoval na proslulé anglické Oxfordské univerzitě, kde na otcovo přání studoval práva. Protože mu tento obor připadal nezáživný, přibral si k němu ještě literaturu a španělštinu. Po návratu do Spojených států působil krátce jako právník, ale brzy ho zlákal svět astronomie.

Začal pracovat v Yerkesově observatoři ve Wisconsinu, kde se pustil do studia hvězdných mračen. Práci přerušila 1. světová válka, z níž se Hubble vrátil s hodností majora. Ve svém pozorování mohl pokračovat na 2,5metrovém Hookerovu teleskopu na Mt. Wilson v Kalifornii (http://www.mtwilson.edu), v té době největším dalekohledu na světě. Zde se seznámil i se svým největším profesionálním rivalem, profesorem Harlowem Shapleyem (1885-1972). Shapley změřil rozlohu Mléčné dráhy pomocí proměnných hvězd zvaných cefeidy (viz Poznámka 2). Na základě svého pozorování zjistil, že Mléčná dráha má kruhový tvar a že Slunce neleží v jejím středu, ale poblíž okraje. Tak se stalo, že čtyři sta let po Mikuláši Koperníkovi přišlo Slunce o své výsadní postavení. Stejně jako většina tehdejších astronomů se ovšem Shapley domníval, že hvězdy v Mléčné dráze tvoří celý vesmír. Útvary mimo Mléčnou dráhu považoval za oblaka hořících plynů. Není bez zajímavosti, že domněnku, kterou v roce 1775 vyslovil německý filozof Immanuel Kant (1724-1804), že mlhoviny jsou galaxie plné hvězd, většina astronomů na počátku 20. století nebrala vážně. Všeobecně se totiž soudilo, že tyto mlhoviny (nebuly) jsou drobné satelity na okraji Mléčné dráhy.

Hubble dokázal, že Kant měl pravdu. Z pozorování a trpělivého měření v roce 1923 zjistil, že i mlhovina v Andromedě má svoje cefeidy. Že tedy nejde o pouhý plynný oblak, ale o samostatný hvězdný systém, který je daleko vzdálenější, než se dosud předpokládalo. Hubble jako první rozpoznal, že jde o galaxii, jež leží daleko za hranicemi Mléčné dráhy. Dnes víme, že tato galaxie v Andromedě (označovaná M31), nejvzdálenější útvar viditelný i pouhým okem, je od nás vzdálena 2,5 milionu světelných let a tvoří ji asi 300 tisíc hvězd. Jde o spirální galaxii, ne nepodobnou naší Mléčné dráze (viz Poznámka 3).

Hubbleovo pozorování bylo záhy potvrzeno. Byl to první z jeho zásadních objevů. Událost, která doslova ze dne na den změnila astronomii. Vesmír byl náhle mnohem rozlehlejší a Mléční dráha se stala pouze jeho drobnou součástí, jednou z nespočtu galaxií. Co nám dnes připadá jako samozřejmé, vyvolalo tehdy mezi vědci šok. Hubble, jehož závěry z pozorování se záhy ukázaly jako nesporné, vytvořil i klasifikaci galaxií, když je rozdělil do tří hlavních typů – spirální, eliptické a nepravidelné. Nadto publikoval změření vzdálenosti několika různých galaxií (dnešní dalekohledy zachytí světlo stamiliard galaxií, z nichž každá obsahuje stamiliardy hvězd).

S objevem galaxií souvisela další důležitá věc. Astronomové si totiž všimli, že červených posunů na spektrech vzdálených objektů, které naznačovaly, že se zdroj světla od pozorovatele vzdaluje obrovskou rychlostí (obdoba tzv. Dopplerova jevu). V té době se soudilo, že pohyb galaxií je náhodný. Že se ve spektrech najdou jak červené, tak modré posuny. Není se co divit, neboť právě světlo z galaxie v Andromedě vykazovalo ve spektru opačný posun, směrem k modré oblasti. (Teprve později bylo vysvětleno, že tento jev je způsobený lokálním pohybem v naší místní skupině galaxií.) Edwin Hubble a jeho asistent Milton Humason (1891-1972) se tedy začali zabývat měřením vzdáleností mezi galaxiemi a zjistili zajímavou skutečnost: zmíněné červené posuvy spirálních galaxií jsou přímo úměrné vzdálenosti objektů od nás. Hubble z grafu vytvořeném na základě této úměrnosti odvodil pozoruhodnou závislost, že čím je galaxie od Země vzdálenější, tím rychleji se pohybuje. Dnes se tento jev, o němž Hubble referoval v odborném tisku v roce 1929, označuje jako Hubbleův zákon (viz též Hubbleova konstanta: http://csep1.phy.ornl.gov/guidry/violence/hubble_constant.html). Byl to nejen nesporný důkaz existence galaxií, ale i objev dalšího nesmírně důležitého projevu vesmíru. Americký astronom si všiml, že tento jev se vztahuje k celému pozorovatelnému vesmíru. Z toho plynulo zásadní zjištění: vesmír se rozpíná!

Hubbleův druhý zásadní objev, objev expanze vesmíru, označil Stephen Hawking v knize Stručná historie času za „jeden z nejvýznamnějších myšlenkových přelomů v historii vědy“. Newtonův statický vesmír se teprve po tomto zjištění stal odbytou záležitostí, s níž už nelze počítat. Připomeňme, že dokonce i Albert Einstein si v roce 1915 při formulaci své obecné teorie relativity byl neměnností a statičností vesmíru téměř jistý – z toho důvodu do svých rovnic, aby odpovídaly modelu statického vesmíru, začlenil kosmologickou konstantu. Jeho matematický model vesmíru měl totiž onu znepokojivou vlastnost, že se v něm vesmírné objekty buď rozlétaly od sebe, anebo padaly k sobě. Protože takový obraz nesouhlasil s tehdejší představou vesmíru, musel Einstein přidat k rovnicím opravný člen, zmíněnou kosmologickou konstantu, jež reprezentovala sílu podobnou antigravitaci. Později, když se seznámil s výsledky Hubbleova pozorování, se vyjádřil, že šlo o „největší omyl jeho života“. Problém s kosmologickou konstantou tím ale neskončil (viz Poznámka 4).

Edwin Hubble, nejvýznamnější astronom 20. století, na vavřínech neusnul. Spolupracoval na vývoji Haleova teleskopu umístěném na Mt. Palomar, který se na čtyřicet let stal největším pozemským teleskopem vůbec (http://www.astro.caltech.edu/observatories/palomar). Práce na Haleově teleskopu, čtyřikrát silnějším než Hookerův, s nímž Hubble pracoval, se ale kvůli 2. světové válce zpozdily. Byl dokončen až v roce 1949, kdy měl Hubble za sebou těžký infarkt. Zemřel o čtyři roky později. Ačkoli se Nobelovy ceny nedočkal, uznání se mu dostalo, když byl jeho jménem nazván obrovský teleskop umístěný na oběžné dráze Země. Že Hubbleův kosmický teleskop (http://hubble.nasa.gov), znamenal obrovský posun v dalším poznávání vesmíru, není jistě třeba zdůrazňovat.

Více informací:
Edwin Huble
http://www.edwinhubble.com

Poznámky:
1. Časopis Time zařadil E. Hubblea mezi 100 nejvýznamnějších vědců 20. století:
viz http://www.time.com/time/time100/scientist/profile/hubble.html

2. Vztah mezi zářivým výkonem cefeid a délkou periody pulzace si poprvé uvědomila v roce 1912 americký astronomka Henrietta Leavittová (1868-1921). Tyto periody se pohybují od několika dnů po desítky dnů, což lze z opakovaného pozorování zjistit. U blízkých cefeid se vzdálenost určí trigonometricky. Tak lze získat kalibrační hodnoty absolutních zářivých výkonů cefeid, které se následně porovnávají s pozorovatelnou jasností, čímž lze odvodit fotometricky určenou vzdálenost. Tato metoda má omezení: lze ji použít jen pro bližší galaxie, do vzdálenosti přibližně 25 milionů světelných let.

3. Velká galaxie v Andromedě, označovaná donedávna jako dvojče Mléčné dráhy, se od naší Galaxie podle nejnovějších výzkumů v lecčems zřejmě liší. Podle Toma Browna z Vědeckého ústavu kosmického teleskopu (Space Telescope Science Institute, http://www.stsci.edu) se obě galaxie liší stářím hvězd v galaktickém halu. Třetina hvězd v galaxii Andromedy se zformovala teprve před 6-8 miliardami let, zatímco hvězdy v halu naší Galaxie jsou staré 11-13 miliard let. Důvod, proč se stáří hvězd dvou blízkých galaxií liší, se hledá ve srážkách M31 s jinými galaxiemi, které mohly poničit její disk (viz http://hubblesite.org/newscenter/archive/2003/15/text).

4. V současné době je „kosmologická konstanta“ znovu ve hře. Jedná se ovšem o zapeklitější historii. Krátce po formulaci Einsteinovy obecné teorie relativity publikoval holandský matematik a astronom Willem de Sitter (1872-1934) speciální řešení Einsteinových rovnic (tzv. de Sitterův časoprostor), které podle de Sittera při zachování kosmologické konstanty vykazují poněkud absurdní závěry: de Sitterův vesmír by byl prázdný, neobsahoval by žádnou hmotu a zůstal by statický. Pokud se ovšem v modelu počítá s hmotnými objekty, začnou se tyto objekty rozlétávat od sebe. Na začátku 20. let řešil s úspěchem Einsteinovy rovnice ruský matematik Alexander Friedmann (1888-1925). Když z nich vypustil kosmologickou konstantu, formuloval tři základní řešení, z nichž všechna odpovídala rozpínajícímu se vesmíru. To vše se zdálo po roce 1929, kdy Hubble zveřejnil důkaz expanze vesmíru, být v naprostém pořádku. Již v 30. a 40. letech se ale začala formovat „teorie velkého třesku“, která na počátku 80. let vyústila v ambiciózní „teorii inflace“, kde s kosmologickou konstantou musíme znovu počítat! Dnes na základě pozorování vzdálených supernov víme, že rozpínání vesmíru se zrychluje, a to obdobně jako v de Sitterově vesmíru v pozdních fázích. Tento model si vyžaduje zahrnout tzv. „malou kosmologickou konstantu“, která je ekvivalentní návrhu kvantového vakuového stavu s kladnou hustotou energie a záporným tlakem (tzv. inflační vakuový stav). Z tohoto důvodu Richard Gott v knize Cestování v čase v Einsteinově vesmíru píše: „Ten starý lišák (rozuměj: Einstein) by měl nakonec pravdu – avšak z odlišných důvodů.“

autor Jan Kapoun