Как американский астроном Эдвин Хаббл изменил представление людей о пространстве

20 ноября исполнилось 135 лет со дня рождения одного из крупнейших астрономов ХХ века — американца Эдвина Хаббла, основоположника внегалактической астрономии. Сейчас его имя больше ассоциируется с телескопом NASA, который работает на орбите уже более 30 лет и помог совершить много открытий. Но создатели телескопа, выбирая, чьим именем его назвать, неслучайно остановились на этом ученом.

Земляк Твена и Трумэна

Еще в начале XX века многие считали, что космос ограничивается лишь галактикой Млечного Пути. Эдвин Хаббл доказал, что Вселенная гораздо больше и включает множество других галактик. Теперь это знание и визуальные доказательства доступны каждому, в том числе благодаря данным с телескопа «Хаббл». А между тем Хаббл даже мог не стать астрономом.

Эдвин Хаббл родился 20 ноября 1889 года в городке Маршфилд (штат Миссури). Помимо него в семье страховщика Джона Хаббла и домохозяйки Вирджинии Ли было еще семь детей.

Миссури — тихий сельскохозяйственный штат на границе Среднего Запада и Юга страны. Он, с его бескрайними полями кукурузы, равнинами и озерами и с простым народом, который предпочитает традиционные ценности, считается одним из оплотов «старой Америки». Не случайно среди известных уроженцев штата — один из самых «народных» писателей США Марк Твен. Оттуда же единственный в XX веке президент США без высшего образования Гарри Трумэн. Он одно время держал галантерейную лавку, а возглавив страну, решил закончить Вторую мировую войну одним махом. Чтобы сберечь жизни своих солдат, Трумэн, как известно, приказал просто сбросить на врага парочку атомных бомб.

Но Хаббл не интересовался ни политикой, ни писательством, ни сельским хозяйством. В детстве он был успешен в спорте, и родители всерьез считали, что парень займется либо бейсболом, либо легкой атлетикой, либо американским футболом, либо боксом. Но у него была еще одна страсть — научно-популярные романы.

Эдвин Хаббл интересовался естественными науками, а отец подарил ему телескоп — равнинный штат Миссури прекрасно подходил для наблюдения за звездами.

В 1906 году молодой человек поступил в Университет Чикаго на факультет математики и астрономии и успешно окончил его со степенью бакалавра.

Однако отец Эдвина не верил в практическую применимость полученных сыном знаний. Он настоятельно советовал отпрыску бросить «детские забавы» с телескопами и заняться серьезным делом, например юриспруденцией. Эдвин не хотел расстраивать отца, который тогда к тому же был уже серьезно болен. И окончил юридический факультет Куинз-колледжа в Гарварде. Но сердце Эдвина по-прежнему принадлежало астрономии. И он продолжил изучать звездное небо уже в аспирантуре Чикагского университета, откуда и выпустился в 1914 году.

В Европе уже гремела Первая мировая война, а Эдвин трудился над диссертацией в Йеркской обсерватории при Чикагском университете и даже успел поработать в одной из лучших на тот момент обсерваторий страны и мира — в Маунт-Вилсон (штат Калифорния). Там находился телескоп Хукера с огромным по тем временам зеркалом в 2,5 метра в диаметре, что позволяло получать невиданно четкие для того времени изображения самых далеких объектов.

В 1917 году США объявили войну Германии, и Эдвин записался добровольцем в один из пехотных полков, которые готовились к отправке в Европу. К счастью для науки, когда полк Хаббла в июле 1918-го прибыл на место назначения, военные действия почти прекратились. И движимый патриотическими чувствами юный астроном так и не успел побывать в бою. Зато он примерно на год задержался в Европе, в Кембриджском университете,— обменивался опытами с британскими коллегами по изучению звездного неба и попутно освежал знания по астрономии.

Красные отступают и удаляются

Еще до войны Хаббл заинтересовался, пожалуй, самой острой на тот момент дискуссией в астрономии. Является ли наша галактика Млечный Путь всем космосом, как считали в начале XX века многие ученые? Какова протяженность Млечного Пути? Как с ним соотносится открытая еще в XVI–XVII веках туманность Андромеды, которую иногда можно видеть даже невооруженным глазом? И в 1919-м Хаббл смог полностью погрузиться в изучение звезд и в поиск ответов на эти вопросы.

Противники мнения, что Млечный Путь — и есть весь космос, указывали: у туманности Андромеды тоже есть все признаки галактики. И в 1923 году Эдвин Хаббл обнаружил в этой туманности несколько переменных/пульсирующих звезд (цефеиды). При помощи хукеровского телескопа он измерил расстояние до этих звезд, а следовательно, и до самой туманности. И оказалось, что она расположена в несколько раз дальше, чем объекты галактики Млечный Путь.

Эдвин Хаббл доказал, что туманность Андромеды тоже галактика, и, значит, наш Млечный Путь не может быть всем космосом, это лишь одна из множества галактик во Вселенной.

Перефразируя известное японское стихотворение о крохотной улитке, ползущей по склону горы Фудзи,— метафору упорного продвижения по длинному и сложному пути познания, можно сказать, что Хаббл показал, насколько этот путь протяженнее, чем считалось ранее, подобно тому, насколько Эверест выше Фудзиямы.

Вскоре Хаббл совершил еще одно революционное открытие. Он применил к астрономии эффект Доплера (при движении источника звука высота этого звука меняется; таким образом при отдалении источника звука от наблюдателя звуковая волна становится длиннее, то есть наблюдатель слышит более низкий звук). Так в 1929 году ученый открыл закон «красного смещения»: если источник света удаляется от наблюдателя, световая волна от источника становится длиннее, входя в красный цветовой спектр, и наблюдатель видит движущуюся звезду в красном свете. Если же расстояние до источника сокращается, то возникает смещение в противоположный спектр, в фиолетовый. Эдвин Хаббл вместе с коллегой Милтоном Хьюмасоном измерил спектральные смещения в разных галактиках и выяснил, отдаляются они от нас или наоборот.

Бесконечность не предел

Это открытие позволило Хабблу серьезно скорректировать гипотезу самого Альберта Эйнштейна, выдвинутую им в 1917 году в работе «Вопросы космологии и общая теория относительности», которая продолжала выводы теории относительности, представленной Эйнштейном двумя годами ранее. В своей космологической работе Эйнштейн заявлял, что Вселенная статична. Однако расчеты Хаббла показывали обратное. Заочный спор ученых, в отличие от многих дискуссий политиков, закончился быстро и мирно. В 1931 году Эйнштейн приехал в обсерваторию к Хабблу и лично убедился в правоте его вычислений. После чего признал ошибочность своих предположений.

Открытия Хаббла о движении галактик подтвердили выводы бельгийского астрофизика, математика и священника Жоржа Леметра о расширении Вселенной, сделанные им чуть раньше — в 1927 году.

Впоследствии теорию Леметра об эволюции Вселенной назовут теорией Большого взрыва, а закон о «разбегании галактик» — законом Хаббла—Леметра. В соответствии с ним скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до нее. Следовательно, Вселенная не только расширяется, но и делает это с ускорением.

Также вычисления Хаббла и Хьюмасона позволили создать классификацию галактик, которая используется и сегодня. Выделяют эллиптические (галактики M49, M59, М60 в созвездии Девы, шаровая галактика NGС 5128 в созвездии Кентавра, галактика М110 в созвездии Андромеды, галактика NGC 7385 в созвездии Пегаса и другие); спиральные (Млечный Путь, галактика Андромеды, галактика Треугольника и другие) и неправильные (иррегулярные) (Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако, галактика NGC 1569 в созвездии Жирафа, галактика NGC 4449 в созвездии Гончие Псы и другие) галактики.

Предполагается, что неправильные галактики ранее были либо эллиптическими, либо спиральными, но впоследствии их форма изменилась под гравитационным воздействием других галактик. В 1936 году Хаббл добавил к этой классификации еще один вид — линзовидные (галактика Колесо Телеги в созвездии Скульптора; галактика NGC 3115 в созвездии Секстанта; галактика Веретено в созвездии Дракон и другие). В этот тип он включил галактики промежуточные между эллиптическими и спиральными. В том же 1936 году Хаббл окончательно сформировал свою морфологическую классификацию галактик. Впоследствии эту классификацию стали поэтично называть камертоном Хаббла — по форме схемы, описывающей эволюционное развитие галактик.

В отличие от многих ученых, опережавших свое время, Эдвин Хаббл получил заслуженное признание уже при жизни. Он стал обладателем многочисленных премий, наград и почетных званий.

В 1924 году Американская ассоциация содействия развитию наук вручила Хабблу премию Ньюкомба—Кливленда. В 1938 году ученый получил престижную Золотую медаль Кэтрин Вольф Брюс от Тихоокеанского астрономического общества, в 1940 году — Золотую медаль Королевского астрономического общества Великобритании.

Во время Второй мировой и второй для себя войны Хаббл потрудился на благо родины, но не на поле боя. Он проводил исследования в области баллистики для Абердинского испытательного полигона (штат Мэриленд). И в 1946 году его труд оценили — он получил американскую медаль «За заслуги».

Но в списке многочисленных наград Хаббла не было главной для любого ученого — Нобелевской премии. Астрономии не было в числе отмечаемых дисциплин. И как смежную с какой-либо ее тогда не рассматривали.

И в последние годы жизни Хаббл приложил много усилий к тому, чтобы астрономы могли претендовать на Нобелевскую премию. В сентябре 1953-го Хаббл, который в 1949 году уже перенес инфаркт, умер в возрасте 63 лет от кровоизлияния в мозг. Спустя несколько недель Нобелевский комитет постановил, что премии астрономам вручать будут, отнеся область их исследований к подразделу физики. Многие до сих пор говорят, что, безусловно, к этому решению привела смерть великого астронома, опровергнувшего гипотезу великого физика Эйнштейна. Так или иначе, Хабблу все-таки удалось добиться премии для коллег.

Через бюрократические тернии к звездам

Если признание среди ученых Эдвин Хаббл получил еще при жизни, то всемирную известность среди людей, не очень активно интересующихся наукой, он обрел спустя несколько десятилетий после смерти. В 1990 году на орбиту Земли был запущен названный в честь Эдвина Хаббла космический телескоп.

Созданию телескопа предшествовали десятилетия бюрократических проволочек, отказов в финансировании, сдвигов дедлайнов и изменения проектов. План его строительства в NASA утвердили еще в 1968 году. Однако нефтяной кризис 1973 года и последовавший за этим экономический спад в США поставили многомиллионный проект под вопрос.

В 1974 году Конгресс отменил проект в рамках госпрограммы по сокращению расходов. Но ученые не сдавались — они организовали целую кампанию в его поддержку, привлекли СМИ и общественные организации. И даже пересмотрели проект, чтобы привлечь к нему Европейское космическое агентство, которое бы взяло на себя часть расходов. В итоге в 1978 году проект утвердили снова. Дата запуска была назначена на 1983 год, однако из-за сложности производства приборов, полировки линз и зеркал, запуск телескопа, который в начале 1980-х решили назвать в честь Эдвина Хаббла, отложили на 1986-й. Однако в январе 1986 года потерпел крушение шаттл «Челленджер» с семью астронавтами на борту, из-за чего NASA приостановило все полеты космических челноков. А ведь один из них должен был доставить телескоп на орбиту.

Телескоп «Хаббл», который уже был готов к отправке в космос, разобрали и во избежание засорения пылью отправили на склад — в специальное помещение с тщательно очищаемым воздухом. Хранение обходилось NASA в миллионы долларов, поэтому надолго откладывать запуск было нельзя. В 1988 году телескоп начали снова готовить к запуску на шаттле «Дискавери», который и случился еще лишь спустя два года.

Первоначально «Хаббл» был рассчитан всего на пять лет службы. Однако получаемые им результаты и в целом надежная работа позволяли раз от раза продлевать срок эксплуатации. NASA организовало несколько пилотируемых миссий для обслуживания телескопа, исправления орбиты, замены части узлов и модернизации ПО. Сначала агентство хотело прекратить эксплуатацию к 2014 году, потом — к 2018-му, потом — к 2021-му.

Телеканалы всего мира постоянно показывали репортажи о том или ином открытии, сделанном при помощи данных с «Хаббла».

Телескоп передал на Землю десятки тысяч снимков и других данных, позволивших сделать множество открытий не только о планетах Солнечной системы и Млечном Пути, но и о других галактиках

А еще — о «черных дырах», взрывах звезд, поверхности различных планет и их спутников.

Все это дало ученым всего мира неоценимую информацию не только об окружающем пространстве, но и о том, как развивалась наша Галактика и Вселенная задолго до образования Солнечной системы и Земли. За время нахождения «Хаббла» на орбите собранные им данные стали основой примерно для 15 тыс. научных публикаций по астрономии, астрофизике и астробиологии.

«Хаббл» продолжал работать, пока его сменщик (более совершенный телескоп, а по сути настоящая космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» — его назвали в честь директора NASA в 1961–1968 годах, при котором агентство совершило программу «Аполлон») готовился к запуску. С не меньшими проблемами, чем в свое время сам «Хаббл».

Проект «Джеймс Уэбб» начали разрабатывать еще во второй половине 1990-х. Но сначала запуску, запланированному на начало 2000-х, помешал рост военных расходов из-за войны США в Ираке и Афганистане в 2001–2003 годах. Потом разразился мировой финансовый кризис 2008–2010 годов. Затем случились новые отсрочки из-за технических проблем и пандемии COVID-19.

Лишь в декабре 2021 года «Джеймс Уэбб» отправился в космос и по идее должен был завершить миссию предшественника. Однако в 2021 году NASA продлило срок эксплуатации «Хаббла» до 2026 года, а недавно заявило, что до середины 2030-х телескоп может поддерживать безопасную орбиту. В связи с этим даже возникли предположения, что «Хаббл» оставят в космосе еще на десять лет. Или даже спустят на Землю в целости и сохранности в 2030-х кораблями SpaceX Илона Маска либо с помощью других частных космических компаний, чтобы поместить его в Музей NASA.

Спустя десятки лет после смерти Эдвина Хаббла миссия «Хаббла» подтвердила слова, сказанные великим астрономом еще в середине прошлого века: «При помощи пяти органов чувств, а также телескопов, микроскопов, спектрометров, сейсмографов, магнитометров, ускорителей частиц и электромагнитных датчиков мы изучаем Вселенную вокруг нас. И называем это приключение наукой».

Евгений Хвостик