اگر می توانستیم به 101 سال قبل برگردیم، با زمانی مواجه می شدیم که دانشمندان هنوز فکر می کردند کهکشان راه شیری کل جهان ماست. اما اگر در عوض به 100 سال پیش برگردیم، متوجه می شویم که اکثر دانشمندان موافق هستند که این درست نیست. جایی در وسط، مردم متوجه شدند که جهان بسیار بزرگتر از کهکشان راه شیری ماست – که سحابی های مارپیچی که از طریق تلسکوپ قابل مشاهده هستند در واقع کهکشان های دیگری هستند. مقیاس کیهان تقریباً یک شبه به طرز چشمگیری افزایش یافته بود.
طبق سوابق تاریخی، ما باید از یک نفر تشکر کنیم: ادوین هابل. این قطعا تا حدی حقیقت است، اما او نمی توانست بدون نبوغ اطرافیانش که راه را برای کشف او هموار کردند، این کار را انجام دهد.
رمانتیک کردن هابل و کشف او از جهان فراتر آسان است کهکشان راه شیریجف ریچ، ستاره شناس رصدخانه علمی کارنگی، در یک کنفرانس مطبوعاتی در دویست و چهل و پنجمین نشست انجمن نجوم آمریکا در مریلند گفت: اما کار او واقعاً بر دوش تعدادی از مردم بود.
این که Rich داستان ادوین هابل را در نشست ژانویه 2025 AAS ارائه کرد، نمادین بود زیرا در سی و سومین نشست AAS، یک قرن پیش در 1 ژانویه 1925 بود. در واشنگتن دی سی، کار هابل برای اولین بار به طور رسمی ارائه شد.
ریچ کشف جهان فراتر از کهکشان راه شیری را به عنوان یک مکاشفه قرن ها در حال ساخت توصیف می کند و در مورد چگونگی ادغام درک ما از مکان ما در کیهان به تدریج در طول زمان با اکتشافات جدید بحث می کند. با این حال، دو نفری که هابل بیش از همه روی شانه‌هایشان ایستاده بود، بودند هنریتا سوان لیویت و هارلو شیپلی.
مهم ترین ستاره های کیهان
لویت در رصدخانه کالج هاروارد به عنوان یک “کامپیوتر” کار می کرد که صفحات عکاسی ساخته شده توسط تلسکوپ های هاروارد را تجزیه و تحلیل می کرد. به طور خاص، لیویت تصاویر Small و را به دقت بررسی خواهد کرد ابرهای بزرگ ماژلانیو 1800 ستاره متغیر را در آنها شناسایی کرد. در دو مقاله نوشته شده توسط لویت در سال‌های 1908 و 1912، او توانست تعیین کند که بسیاری از این ستارگان متغیر دارای رابطه دوره-درخشندگی متمایز هستند. به عبارت دیگر، او متوجه شد که مدت زمانی که طول می‌کشد تا ستارگان به طور منظم تپش داشته باشند و با انقباض و انبساط، درخشان‌تر و کم‌نورتر به نظر برسند، به میزان نورانی آنها بستگی دارد.
این یک کشف حیاتی بود. فرض کنید یکی از این متغیرها را پیدا کرده اید که متعاقباً نامیده می شود متغیرهای Cepheid. شاید ندانید که چقدر دور بوده است، اما بر اساس دوره تغییرات قیفاووسی، می‌توانید محاسبه کنید که قفاعید چقدر نورانی بوده است. سپس تنها کاری که باید انجام دهید برای تعیین فاصله ستاره این است که درخشندگی واقعی آن را با میزان کم نور آن در آسمان شب مقایسه کنید. حتی امروزه، نسبت دوره به درخشندگی لیویت یک مفهوم کلیدی است که دانشمندان هنگام اندازه‌گیری فواصل در فضا از آن استفاده می‌کنند.
در همین حال، با توجه به نقش اصلی آن در تاریخ هابل، طعنه آمیز است که هارلو شپلی معتقد نبود چیزی فراتر از کهکشان راه شیری وجود داشته باشد. در اوایل قرن بیستم، تلسکوپ ها به اندازه کافی برای شناسایی ستاره های منفرد در کهکشان های دیگر قدرتمند نبودند، بنابراین کهکشان های مارپیچی بیشتر شبیه حباب های مارپیچی بودند و سحابی های مارپیچی نامیده می شدند. شپلی مشکوک بود که سحابی های مارپیچی صرفاً ستاره هایی هستند که در لبه کهکشان راه شیری شکل می گیرند.
هدف شپلی اندازه گیری اندازه کهکشان راه شیری – و در نتیجه جهان آنگونه که او می دید – با ایجاد اولین مقیاس رسمی فاصله کیهانی بود. متغیرهای قیفاووسی که او در کهکشان ما شناسایی کرد اولین قدم بود. آنها بعدی بودند ستاره های RR Lyraeکه نژاد دیگری از ستاره های متغیر با رابطه دوره-درخشندگی مشابه با قیفاووس ها هستند و می توان فاصله آنها را با مقایسه آنها با متغیرهای قیفاووسی کالیبره کرد. در نهایت، او از متغیرهای RR Lyrae برای کالیبره کردن فاصله تا حد معمولی استفاده کرد ستاره های عظیم و درخشان نزدیک به انتهای کهکشان راه شیری
شپلی تشخیص داد که کهکشان راه شیری 300000 سال نوری وسعت دارد و منظومه شمسی ما 50000 سال نوری از مرکز فاصله دارد. در حالی که امروزه مقادیر دقیق تر را به ترتیب 100000 سال نوری و 26000 سال نوری می دانیم، نتیجه Shapley نشان دهنده اولین استفاده از نردبان فاصله کیهانی است. شپلی حتی در “مناظره بزرگ” با ستاره شناس همکار هبر کورتیس در آکادمی ملی علوم در واشنگتن در آوریل 1920 شرکت کرد که در مورد ماهیت سحابی های مارپیچی بحث می کرد. کرتیس استدلال کرد که سحابی های مارپیچی به خودی خود کهکشان هایی هستند، اما گفت کهکشان راه شیری تنها 10000 سال نوری وسعت دارد. شیپلی برعکس استدلال می کند.
هابل وارد معرکه می شود
ادوین هابل در سال 1919، تنها دو سال پس از اینکه تلسکوپ هوکر رصدخانه، بزرگترین تلسکوپ جهان در آن زمان، اولین نور را مشاهده کرد، به تیم رصدخانه مونت ویلسون در کالیفرنیا پیوست.
“[Hubble’s] این پیشرفت توسط تلسکوپ 100 اینچی هوکر در کوه ویلسون ممکن شد. هابل توانست کشف خود را انجام دهد زیرا به این فناوری پیشرفته دسترسی داشت.
تلسکوپ هوکر زاییده فکر مدیر رصدخانه، جورج الری هیل بود و برای حل معمای سحابی مارپیچی، به لطف هدیه سخاوتمندانه 45000 دلاری جان هوکر، نیکوکار کالیفرنیایی، طراحی شد.
قبل از ادامه، باید به یک شخصیت مهم دیگر در این داستان اشاره کنیم: میلتون هوماسون. او در ابتدا به عنوان یک “قاطر کش” استخدام شد و در حالی که رصدخانه هنوز در حال ساخت بود، مواد و تجهیزات ساختمانی را با قاطر به کوه ویلسون حمل می کرد، پس از آن باربر رصدخانه و سپس دستیار اخترشناسانی که آن را اداره می کردند، شد. هوماسون و هابل در تلسکوپ تقریباً غیرقابل تفکیک شدند، در حالی که هوماسون علیرغم نداشتن مدرک دکترا، به تنهایی اکتشافات نجومی بسیاری انجام داد، و سزاوار است که بخش زیادی از اعتباری که هابل دریافت می کند، داشته باشد.
بنابراین، با تنظیم صحنه، هابل و هوماسون به رصد سحابی های مارپیچی با تلسکوپ هوکر پرداختند. در سال 1923 آنها موفق می شوند از آن عکس بگیرند مارپیچ آندرومدا سحابی، مسیه 31، و واقعا چیز بسیار خاصی را فاش کرد.
ریچ گفت: «هابل از این تصویر آنقدر هیجان زده بود که «VAR!» را روی صفحه شیشه ای سیاه و سفید نوشت کاری که توسط هنریتا لیویت و هارلو شپلی انجام شد، به این معنی بود که می‌توان فاصله تا یک سحابی مارپیچی را برای اولین بار اندازه‌گیری کرد.
و آن را اندازه گرفت. مسافت 930000 سال نوری را محاسبه می کند که کمتر از نصف فاصله واقعی 2.5 میلیون سال نوری است، اما علیرغم محدودیت های محاسبات ابتدایی هابل (نردبان فاصله کیهانی هنوز هم امروزه در حال اصلاح است)، به وضوح نشان می دهد که مارپیچ آندرومدا فراتر از حدود 300000 سال نوری است که شپلی برای کهکشان راه شیری اندازه گیری کرد. مسیه 31 یک سحابی مارپیچی نبود. یک بود کهکشان مارپیچی.
هابل به شپلی نامه نوشت و او را از کشف خود مطلع کرد. هنگامی که شپلی نامه خود را خواند، اظهار داشت: “اینجا نامه ای است که جهان من را نابود کرد.”
هابل در نوامبر 1924 خبر کشف خود را به نیویورک تایمز “نشت” کرد، بنابراین ارائه در AAS در ژانویه بعد، که در واقع توسط اخترشناس هنری نوریس راسل انجام شد، نه خود هابل، تنها افشاگری رسمی بود – غیر رسمی، اما افرادی که قبلاً در مورد آن می دانستند.
امروزه ما بدیهی می دانیم که جهان پر از کهکشان ها، برخی از مارپیچ ها مانند کهکشان راه شیری و آندرومدا، برخی از غول ها است. بیضویو کوتوله های کوچک دیگر در آخرین شمارش، اعتقاد بر این است که 2 تریلیون کهکشان در جهان مرئی وجود دارد. با این حال ریچ در مورد اینکه چگونه کشف برجسته هابل واقعاً نسبتاً جدید است، اظهار نظر می کند.
او گفت: «صد سال چندان دور نیست. در واقع، افراد زیادی در جهان حتی بزرگتر از آن هم وجود دارند که در زمانی متولد شده اند، قبل از اینکه ما بدانیم کهکشان های دیگر وجود دارند. “این واقعاً درسی است که چقدر چیزها تغییر کرده اند و چگونه اکتشافات می توانند به سرعت به ما برسند.”
امروز، پلاک عکاسی که متغیر قیفاووسی V1 را با خط خطی هابل “VAR!” در گوشه، یادگاری ارزشمند از اکتشاف وجود دارد، چیزی که دانشمند ایندیانا جونز ممکن است هزار سال دیگر به دنبال آن باشد. خوشبختانه، برای یافتن آن لازم نیست چنین سفر دشواری را آغاز کنید. این پلاک به طور معمول زیر قفل و کلید نگه داشته شده است و در حال حاضر برای چند ماه در نمایشگاه Mapping the Infinite: Cosmologies Across Cultures در موزه شهرستان لس آنجلس به نمایش گذاشته شده است.
در مورد هابل، به همین جا ختم نشد. نمودار چنگال تنظیم بعدی او از اشکال کهکشان ها همچنان یک ابزار آموزشی کلاسیک برای منجمان است، و اگرچه تکامل کهکشان‌هایی که چنگال تنظیم به تصویر می‌کشد پشت به جلو است، ستاره‌شناسان حرفه‌ای هنوز از نام‌گذاری چنگال تنظیم برای کهکشان‌های اولیه و دیررس استفاده می‌کنند.
سپس، در سال 1929، هابل نشان داد که تقریباً تمام کهکشان‌های دیگر در جهان در حال دور شدن از ما هستند، که تا حدی بر اساس انتقال به قرمز اندازه گیری ها توسط ستاره شناس همکار وستو اسلیفر و در راستای کار نظری فیزیکدان و کشیش بلژیکی ژرژ لماتر، که به آن چیزی که معروف شد قانون هابل-لومتر توصیفی انبساط کیهان.
در عرض پنج سال، از این که فکر می‌کردیم کهکشان راه شیری همه چیز است، به کشف یک جهان بی‌نهایت و در حال گسترش رسیدیم. این کاملاً یک تغییر پارادایم بود و از پشت سر خارج شد آلبرت اینشتیناست نسبیت عامدر سال 1915 منتشر شد و تقریباً در همان زمانی که بزرگترین فیزیکدانان جهان به رهبری نیلز بور در حال کشف قلمرو فیزیک کوانتومی بودند، این سنگ بنای یک عصر دگرگون کننده در علم بود که درک فعلی ما از کیهان را شکل داد. با رمز و رازهای جدید مانند ماده تاریک، انرژی تاریکجستجو برای a نظریه کوانتومی گرانشدر ولتاژ هابل و دلیل برای انفجار بزرگ همه فیزیکدانان گیج کننده، اکنون زمان بسیار خوبی برای دگرگونی دیگری در علم مشابه تحول یک قرن پیش خواهد بود.
