Hubbles Gesetz • James Trefil, Enzyklopädie "Zweihundert Gesetze des Universums"

Hubble-Gesetz

Edwin Hubble, der aus dem Ersten Weltkrieg zurückkehrte, bekam eine Anstellung am Mount Wilson Hochgebirgastronomischen Observatorium in Südkalifornien, das in diesen Jahren in Bezug auf Ausrüstung das beste der Welt war. Mit ihrem neuesten Spiegelteleskop mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 2,5 m führte er eine Reihe kurioser Messungen durch, die unsere Vorstellungen über das Universum für immer veränderten.

Tatsächlich beabsichtigte Hubble, ein abgestandenes astronomisches Problem zu untersuchen – die Natur von Nebeln. Diese mysteriösen Objekte, die aus dem 18. Jahrhundert stammen, haben Wissenschaftler mit dem Geheimnis ihrer Entstehung begeistert. Im 20. Jahrhundert erschienen einige dieser Nebel als Sterne und lösten sich auf, aber die meisten Wolken blieben neblig – und insbesondere von Natur aus. Hier haben sich Wissenschaftler die Frage gestellt: Wo liegen diese Nebelformationen – in unserer Galaxis? oder einige von ihnen sind andere "Inseln des Universums", wenn sie in der hochentwickelten Sprache dieser Ära ausgedrückt werden? Vor der Inbetriebnahme des Teleskops auf dem Mount Wilson im Jahr 1917 war diese Frage rein theoretisch, da es keine technischen Mittel gab, um die Entfernungen zu diesen Nebeln zu messen.

Hubble begann seine Forschung mit dem vielleicht von alters her bekannten Andromedanebel. Bis 1923 konnte er sehen, dass die Ränder dieses Nebels Cluster einzelner Sterne sind, von denen einige zur Klasse gehören Cepheiden-Variablen (nach astronomischer Klassifikation). Bei der Beobachtung des variablen Cepheides messen die Astronomen die Zeit der Veränderung ihrer Leuchtkraft und bestimmen dann die Menge des von ihr emittierten Lichts entsprechend der Abhängigkeit der Perioden-Leuchtkraft.

Um besser zu verstehen, was der nächste Schritt ist, hier ist eine Analogie. Stellen Sie sich vor, Sie stehen in einer hoffnungslos dunklen Nacht, und hier in der Ferne schaltet jemand eine elektrische Lampe ein. Da man außer der fernen Glühbirne nichts um sich herum sehen kann, ist es fast unmöglich, die Entfernung zu bestimmen. Vielleicht ist es sehr hell und leuchtet weit, und vielleicht dämmert und leuchtet in der Nähe. Wie definiert man es? Stellen Sie sich nun vor, dass Sie es irgendwie geschafft haben, die Leistung der Lampe herauszufinden – etwa 60, 100 oder 150 Watt. Die Aufgabe wird sofort vereinfacht, da Sie aus der scheinbaren Leuchtkraft die geometrische Entfernung zu ihr schon annähernd schätzen können.Also: Wenn man die Dauer der Änderung der Leuchtkraft von Cepheiden misst, ist der Astronom ungefähr in der gleichen Situation wie du und berechnet die Entfernung zur entfernten Lampe, wobei er seine Leuchtkraft (Strahlungsleistung) kennt.

Das erste, was Hubble tat, war, die Entfernung zu Cepheiden am Rande des Andromeda-Nebels und damit zum Nebel selbst zu berechnen: 900.000 Lichtjahre (die Entfernung zur Andromeda-Galaxie, wie sie jetzt genannt wird, beträgt jetzt genau 2,3 ​​Millionen Lichtjahre – Hinweis der Autor) – das heißt, der Nebel ist weit jenseits der Milchstraße – unserer Galaxie. Nachdem er diesen und andere Nebel beobachtet hatte, kam Hubble zu einer grundlegenden Schlussfolgerung über die Struktur des Universums: Es besteht aus einer Menge riesiger Sternhaufen – Galaxien. Sie erscheinen uns am Himmel als ferne Nebelwolken, weil wir einzelne Sterne nicht in so großer Entfernung betrachten können. Diese Entdeckung allein würde Hubble tatsächlich ausreichen, um seine Verdienste vor der Wissenschaft weltweit zu erkennen.

Der Wissenschaftler hörte jedoch nicht damit auf und bemerkte einen anderen wichtigen Aspekt in den erhaltenen Daten, den die Astronomen vorher beobachtet hatten, der aber schwierig zu interpretieren war.Nämlich: Die beobachtete Länge der spektralen Lichtwellen, die von den Atomen entfernter Galaxien emittiert werden, ist geringfügig niedriger als die Länge der spektralen Wellen, die von den gleichen Atomen unter den Bedingungen terrestrischer Laboratorien emittiert werden. Das heißt, im Emissionsspektrum benachbarter Galaxien ist ein Lichtquantum, das von einem Atom emittiert wird, wenn ein Elektron von Orbit zu Orbit springt, in der Frequenz des roten Teils des Spektrums verschoben, verglichen mit einem ähnlichen Atom, das von demselben Atom emittiert wird. Hubble gab sich die Freiheit, diese Beobachtung als eine Manifestation des Doppler-Effekts zu interpretieren, was bedeutet, dass alle beobachteten Nachbargalaxien beobachtet wurden sind gelöscht von der Erde, da praktisch alle galaktischen Objekte außerhalb der Milchstraße genau haben rot spektrale Verschiebung proportional zur Geschwindigkeit ihrer Entfernung.

Am wichtigsten ist, dass Hubble die Ergebnisse seiner Messungen von Entfernungen zu benachbarten Galaxien (gemäß Beobachtungen von Cepheiden-Variablen) mit Messungen ihrer Entfernungsraten (Rotverschiebung) vergleichen konnte. Und Hubble fand heraus, dass je weiter die Galaxie von uns entfernt ist, desto schneller geht es. Dies ist das Phänomen der zentripetalen "Streuung" des sichtbaren Universums mit zunehmender GeschwindigkeitAbstand vom lokalen Beobachtungspunkt und erhielt den Namen des Hubble-Gesetzes. Mathematisch ist es sehr einfach formuliert:

v = Hr

wo v – die Geschwindigkeit der Entfernung der Galaxie von uns, r – Entfernung zu ihm, und H – das sogenannte Hubble-Konstante. Letzteres wird experimentell bestimmt und wird heute auf ungefähr 70 km / (s · Mpc) geschätzt (Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec; 1 Mpc entspricht ungefähr 3,3 Millionen Lichtjahren). Und das bedeutet, dass die Galaxie, die 10 Megaparsek von uns entfernt ist, mit einer Geschwindigkeit von 700 km / s wegfliegt, eine Galaxie, die 100 Mpc entfernt ist, mit einer Geschwindigkeit von 7000 km / s usw. Und, obwohl anfangs Zu diesem Gesetz kamen wir, indem wir nur wenige Galaxien beobachteten, die uns am nächsten standen, keine der vielen, die seitdem offen sind, neue, mehr und mehr von der Milchstraße entfernte Galaxien des sichtbaren Universums fallen außerhalb der Reichweite dieses Gesetzes.

Also, die Hauptsache und – wie es scheint – eine unglaubliche Konsequenz des Hubble-Gesetzes: Das Universum expandiert! Dieses Bild erscheint mir am deutlichsten wie folgt: Galaxien sind Rosinen im schnell wachsenden Hefeteig. Stellen Sie sich eine mikroskopische Kreatur auf einer der Rosinen vor,Der Teig dafür scheint durchsichtig: und was wirst du sehen? Wenn der Teig aufgeht, werden alle anderen Rosinen von dir entfernt, und je weiter die Rosinen entfernt sind, desto schneller werden sie von dir entfernt (weil sich zwischen dir und entfernten Rosinen mehr expandierende Teige als zwischen dir und den nächsten Rosinen befinden). Gleichzeitig wird dir präsentiert, dass du es bist, der im Mittelpunkt des sich ausweitenden Universaltests steht, und darin ist nichts Seltsames – wenn du auf einer anderen Rosine wärst, würde dir alles genau so vorkommen. Also streuen die Galaxien aus einem einfachen Grund: Das Gewebe des Weltraums selbst dehnt sich aus. Alle Beobachter (und wir sind keine Ausnahme) betrachten sich selbst als im Zentrum des Universums. Der Denker Nikolai Kuzansky aus dem 15. Jahrhundert formulierte dies am besten: "Jeder Punkt ist das Zentrum eines unendlichen Universums".

Das Hubble-Gesetz sagt uns jedoch etwas anderes über die Natur des Universums – und dieses "Etwas" ist einfach eine außergewöhnliche Sache. Das Universum hatte einen Anfang in der Zeit. Und dies ist eine sehr einfache Schlussfolgerung: Es ist genug, um das konditionale Filmbild der Expansion des Universums, das wir beobachten, zu nehmen und mental zurückzusummen – und wir werden den Punkt erreichenals die gesamte Materie des Universums zu einem dichten Protomatenklumpen komprimiert wurde, der in einem sehr kleinen Volumen im Vergleich zu den gegenwärtigen Skalen des Universums eingeschlossen war. Das Konzept des Universums, das aus einem superdichten Haufen überhitzter Materie geboren wurde und sich seitdem ausdehnt und abkühlt, wurde als Urknalltheorie bezeichnet, und es gibt kein erfolgreicheres kosmologisches Modell des Ursprungs und der Entwicklung des Universums. Das Hubble-Gesetz hilft übrigens auch, das Alter des Universums abzuschätzen (natürlich sehr simpel und ungefähr). Angenommen, alle Galaxien würden sich von Anfang an mit derselben Geschwindigkeit von uns entfernen vwas wir heute sehen. Lass es t – die seit Beginn ihrer Expansion verstrichene Zeit. Dies wird das Zeitalter des Universums sein, und es wird durch die Beziehungen bestimmt:

v x t = r, oder t = r/V

Aber das Hubble-Gesetz impliziert dies

r/v = 1/H

wo H – Hubble-Konstante. Also, die Geschwindigkeit der Entfernung von externen Galaxien messen und experimentell bestimmen Hwir erhalten dadurch auch eine Schätzung der Zeit, während der die Galaxien streuen. Dies ist die geschätzte Zeit der Existenz des Universums. Versuchen Sie sich daran zu erinnern: Das Alter unseres Universums beträgt nach neuesten Schätzungen etwa 15 Milliarden Jahre, plus oder minus ein paar Milliarden Jahre.(Zum Vergleich: Das Alter der Erde wird auf 4,5 Milliarden Jahre geschätzt, und das Leben auf der Erde entstand vor etwa 4 Milliarden Jahren.)

Siehe auch:
80er Jahre
Frühes Universum
Edwin Powell HUBBL
Edwin Powell Hubble, 1889-1953

Amerikanischer Astronom. Geboren in Marshfield (Missouri, USA), aufgewachsen in Wheaton (Illinois) – damals war es keine Universität, sondern ein Industrievorort von Chicago. Er schloss mit Auszeichnung an der Universität von Chicago ab (wo er sich auch durch sportliche Erfolge auszeichnete). Noch während seines Studiums arbeitete er als Assistent im Labor des Nobelpreisträgers Robert Milliken (siehe Milliken's Experience) und während der Sommerferien als Vermesser im Eisenbahnbau. Später erinnerte Hubble sich gern daran, wie sie zusammen mit einem anderen Arbeiter hinter dem letzten Zug zurückgeblieben waren, der ihre geodätische Brigade wieder zu den Wohltaten der Zivilisation gebracht hatte. Sie verbrachten drei Tage in den Wäldern, bevor sie ein dicht besiedeltes Gebiet erreichten. Sie hatten keine Verpflegung bei sich, aber laut Hubble selbst: "Es war natürlich möglich, einen Igel oder einen Vogel zu töten, aber warum? Hauptsache, es war genug Wasser da. "

Nach seinem Bachelor-Abschluss 1910 ging Hubble dank des erhaltenen Rhodes-Stipendiums nach Oxford.Dort begann er, römisches und britisches Recht zu studieren, aber nach seinen eigenen Worten "vertauschte er die Rechtswissenschaften für Astronomie" und kehrte nach Chicago zurück, wo er begann, sich auf die Verteidigung seiner These vorzubereiten. Die meisten Beobachtungen, die der Wissenschaftler an der Basis des nördlich von Chicago gelegenen Yerkes-Observatoriums durchführte. Dort wurde er von George Ellery Hale (George Ellery Hale, 1868-1938) bemerkt und lud 1917 einen jungen Mann zum neuen Mount Wilson Observatorium ein.

Hier griffen jedoch historische Ereignisse ein. Die USA traten in den Ersten Weltkrieg ein, und Hubble brachte seine Dissertation über Nacht in einer Nacht zum Doktorgrad. D., am nächsten Morgen verteidigte er sie – und meldete sich sofort für die Armee. Sein Vorgesetzter, Hale, erhielt ein Telegramm von Hubble und sagte: "Ich bedauere die Ablehnung einer Einladung, Schutz zu feiern. In den Krieg gegangen. " In Frankreich kam die Freiwilligeneinheit am Ende des Krieges an und nahm nicht einmal an den Feindseligkeiten teil, schaffte es jedoch, eine Trümmerwunde vom Streugeschoss Hubble zu bekommen. Im Sommer 1919 demobilisiert, kehrte der Wissenschaftler sofort zum kalifornischen Observatorium des Mount Wilson zurück, wo er bald entdeckte, dass das Universum aus streuenden Galaxien besteht, das Hubble-Gesetz genannt wurde.

In den 1930er Jahren erforschte Hubble weiterhin aktiv die Welt außerhalb der Milchstraße, für die er bald Anerkennung fand, nicht nur in wissenschaftlichen Kreisen, sondern auch in der breiten Masse. Ruhm zu ihm kam, um zu schmecken, und in den Fotografien dieser Jahre des Wissenschaftlers kann oft gesehen werden, in der Gesellschaft von berühmten Filmstars dieser Ära zu posieren.

Hubbles populärwissenschaftliches Buch The Kingdom of Nebulae (Das Reich der Nebel), die das Licht im Jahr 1936 sah, trug noch zur Popularität des Wissenschaftlers bei. Fairerweise sollte angemerkt werden, dass der Wissenschaftler während des Zweiten Weltkrieges seine astrophysikalischen Studien verließ und sich ehrlich in der angewandten Ballistik als Geschäftsführer des Überschallwindkanal-Testgeländes in Aberdeen (Maryland) engagierte, wonach er bis zum Ende seiner Tage zur Astrophysik zurückkehrte diente als Vorsitzender des gemeinsamen akademischen Rates des Mount Wilson Observatory und des Palomar Observatory. Insbesondere besitzt er die treibende Idee und die technische Entwicklung des Grundentwurfs des berühmten zweieinhalb Meter großen Heil-Teleskops, das 1949 auf der Grundlage des Palomar-Observatoriums in Auftrag gegeben wurde.Dieses Teleskop bleibt bis zum heutigen Tag der Höhepunkt im Material der Astrometrie. Und es stimmt wahrscheinlich, dass Hubble der erste unter den modernen Astrophysikern war, der durch das Okular dieses wunderbaren Instruments in die Tiefen des Universums blickte.

Abgesehen von der Astronomie war Edwin Hubble ein Mann mit einzigartig breiten Interessen. So wurde er 1938 in das Board of Trustees der Southern California Huntington Library und der ihm angeschlossenen Art Gallery (Los Angeles, USA) gewählt. Der Wissenschaftler gab dieser Bibliothek seine einzigartige Sammlung von alten Büchern zur Wissenschaftsgeschichte. Hubbles beliebteste Freizeitbeschäftigung war das Angeln nach Spinning – hier erreichte er Spitzen, und sein Rekordrekord in den Gebirgsbächen der Rocky Mountains (USA) und Test River (England) gilt immer noch als unübertroffen … Edwin Hubble starb am 28. September 1953 Jahre wegen Blutungen im Gehirn.


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