Ovatko oppikirjamme vääriä? Tähtitieteilijät törmäävät Hubblen perinnöstä

'Mitään tieteellistä löytöä ei ole nimetty sen löytäjän mukaan', Stigler/Merton.

Edwin Hubblen panos tähtitiedeen ansaitsi hänelle kunnian, että hänen nimensä annettiin kiistatta kuuluisimmalle avaruusteleskoopille ( Hubble-avaruusteleskooppi , HST). Hänen panoksensa usein katsotaan olevan ekstragalaktisen asteikon löytäminen (on olemassa lukemattomia muita galakseja Linnunrata ), laajeneva maailmankaikkeus (Hubble-vakio) ja galaksiluokitusjärjestelmä ( Hubblen virityshaarukka ). Tietyt tähtitieteilijät kuitenkin kyseenalaistavat Hubblen etusijalla näissä aiheissa, ja jos kaikki ansiot ovat oikeutettuja.

'[Yllä mainitut] löydöt … ovat hyvin tunnettuja … ja useimmat tähtitieteilijät yhdistäisivät ne vain Edwin Hubbleen; tämä on kuitenkin törkeää liiallista yksinkertaistamista. Tähtitieteilijät ja historioitsijat ovat alkaneet tarkistaa tätä standarditarinaa ja tuoda yleisön tietoisuuteen vivahteikkaamman version', sanoi NASAn tutkija Michael J. Way, joka juuri julkaisi uuden tutkimuksen nimeltä ' Hubblen perinnön purkaminen? '

Onko historia hämärtänyt näkemyksemme Hubblesta? Vai ovatko hänen panoksensa ratkaisevassa asemassa nykyisessä tähtitiedossa?

Tunnustuksen antaminen löydökselle ei ole aina yksinkertaista, ja Tie 2013 toteaa: 'Löydön ansioiden myöntäminen on usein monimutkainen ongelma, eikä sitä pidä yksinkertaistaa liikaa – kuitenkin näin tapahtuu kerta toisensa jälkeen. Toinen hyvin tunnettu esimerkki tällä alalla on kosmisen mikroaaltouunin taustan löytäminen. Todellakin, kiistaa ympäröi maailmankaikkeuden kiihtyneen laajenemisen löytäminen , joka vain tapahtui 1990-luvun lopulla . Sitä vastoin Hubblen ansioksi luetellut löydöt tapahtuivat ~1920-luvulla.

Hubble-avaruusteleskooppi (kuvan luotto: NASA, säätänyt D. Majaess).

Ennen tämän keskustelun aloittamista korostettiin, että Hubble ei voi puolustaa panoksensa, koska hän kuoli kauan sitten (1889-1953). Lisäksi voimme varmasti korostaa muiden henkilöiden ponnisteluja, joiden merkittävä panos jäi huomiotta Hubblen tarkoituksenmukaisuutta lieventämättä. Ensimmäinen täällä keskusteltu aihe on ekstragalaktisen asteikon löytäminen. Ennen 1920-lukua oli epäselvää, olivatko Linnunradan galaksi ja universumi synonyymejä. Toisin sanoen, oliko Linnunrata vain yksi lukemattomien muiden galaksien joukossa?

Tähtitieteilijät H. Shapley ja H. Curtis väittivät aiheesta kuuluisassa Saaren universumin keskustelu (1920). Curtis uskoi ekstragalaktiseen maailmankaikkeuteen, kun taas Shapley oli vastakkaisella kannalla (katso myös Trimble 1995 arvostelua varten). Tämän kirjoittajan mielestä Hubblen panokset auttoivat lopettamaan tämän keskustelun muutamaa vuotta myöhemmin ja muuttivat tähtitieteen kulkua, nimittäin koska hän esitti todisteita ekstragalaktisesta maailmankaikkeudesta käyttämällä etäisyysindikaattoria, joka tunnustettiin luotettavaksi. Hubble käytti tähtiä nimeltä Kefeidimuuttujat auttaakseen varmistamaan, että M31 ja NGC 6822 olivat kauempana kuin Linnunradan arvioitu koko, mikä yhdessä johdetun koonsa kanssa merkitsi niiden olevan galakseja. Muuten, Hubblen ja muiden etäisyydet eivät olleet niin luotettavia kuin uskottiin (esim. Fernie 1969 , Peacock 2013 ). Peacock 2013 tarjoaa mielenkiintoisen vertailun Hubblen ja Lundmarkin mainitsemien etäisyysestimaattien ja nykyarvojen välillä, mikä paljastaa, että molemmat kirjoittajat julkaisivat etäisyyksiä, jotka olivat jollakin tavalla virheellisiä. Tästä huolimatta tämän päivän arvioista kiistellään.

Hubblen todisteet auttoivatvakuuttaajopa tietyt ekstragalaktisen tulkinnan uskolliset vastustajat, kuten Shapley, joka saatuaan uutisia Hubblesta uusista löydöstään huomautti (1924), 'Tässä on kirje, joka on tuhonnut universumini.' Tie 2013 toteaa myös, että 'kysymys [koskee ekstragalaktista mittakaavaa] ratkaistiin käytännössä kahdella Hubblen paperilla vuonna 1925, joissa hän johti etäisyydet M31:stä ja M33:sta (Hubble 1925a) löydetyistä kefeidimuuttujista 930 000 valovuotta ja NGC 682:ta. 1925c) 700 000 valovuotta.'

Hubble 1925 käytti kefeidejä määrittääkseen etäisyyden M31:een, kuten yllä (kuvan luotto: Noel Carboni ja Greg Parker ).

Kuitenkin, kuten taulukko 1 alkaen Tie 2013 osoittaa (näkyy alla), monet tähtitieteilijät julkaisivat etäisyydet, jotka viittasivat galaksien olemassaoloon Linnunradan ulkopuolella. Tähtitieteilijä Ian Steer , joka auttaa ylläpitämään NASA/IPAC Extragalaktinen punasiirtymästä riippumattomien etäisyyksien tietokanta (NED-D) , on myös koonnut luettelon Ennen vuotta 1930 julkaistu 290 etäisyyttä galakseihin . Tie 2013 lisäsi, että 'Monet tärkeät panokset tähän tarinaan on unohdettu, ja useimmat tämän päivän tähtitieteen oppikirjat, jos ne ylipäätään käsittelevät 'saaren universumin' vahvistusta, antavat 100 % kunniasta Hubblelle kiinnittäen vain vähän huomiota aiemmiin havaintoihin, jotka selvästi tukivat. hänen mittansa.'

Hubble ei siis löytänyt ekstragalaktista mittakaavaa, mutta hänen työnsä auttoi vakuuttamaan laajan joukon tähtitieteilijöitä universumin valtavuudesta. Nykyisiin arvioihin verrattuna Hubblen etäisyydet ovat kuitenkin liian lyhyitä, mikä johtuu osittain hänen käyttämänsä kefeidikalibroinnista ( Fernie 1969 , Peacock 2013 toteaa myös, että Hubblen etäisyydet olivat virheellisiä muista syistä). Tämä poikkeama tunkeutui tiettyihin maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden (Hubble-vakio) määrityksiin, mikä teki arviosta lähes suuruusluokan liian suuren ja universumin oletetun iän liian pienen.

Tie 2013 toteaa: 'Taulukko 1 luettelee kaikki tärkeimmät etäisyysarviot spiraalisumuista (tämän kirjoittajan tuntemat) 1800-luvun lopulta vuoteen 1930, jolloin vakiokynttilöitä alettiin löytää kierresumuista [galakseista].' (kuvan luotto: Tapa 2013/arXiv ).

Hubblen tunnustus laajenevan maailmankaikkeuden löytäjäksi (Hubble-vakio) on herättänyt paljon keskustelua, joka lopulta liittyy galaksin nopeuden ja sen etäisyyden välisen suhteen löytämiseen. Esiin nousi jopa syytös siitä, että Hubble saattoi sensuroida toisen tiedemiehen julkaisun säilyttääkseen etuoikeutensa. Syytös on ollut sittemmin kiistänyt , mutta antaa lukijalle viitteen keskustelun sävystä (ks Livio 2012 ( Luonto ) ja siinä olevat viittaukset).

Hubble julkaisi havaintonsa nopeus-etäisyys -suhteesta vuonna 1929 , yksiselitteisellä otsikolla 'Suhde etäisyyden ja radiaalinopeuden välillä ekstra-galaktisten sumujen välillä'. Hubble 1929 toteaa aluksi, että muut tutkimukset ovat etsineet 'korrelaatiota näennäisten radiaalisten nopeuksien ja etäisyyksien välillä, mutta toistaiseksi tuloksia ei ole saatuvakuuttava.” Avainsana onvakuuttava, selvästi subjektiivinen termi, mutta Hubble uskoo sen olevan hänen uusien ponnistelujensa pääasiallinen sysäys. Sisään Lundmark 1924 , jossa galakseille on piirretty nopeus vs. etäisyys -kaavio (katso alla), tämä kirjoittaja huomauttaa, että 'Kuvattaessa radiaaliset nopeudet näitä suhteellisia etäisyyksiä vastaan, havaitsemme, että näiden kahden suuren välillä voi olla suhde,vaikka ei kovinkaan yksiselitteinen.” Kuitenkin, Hubble 1929 viittaa myös tutkimukseen Lundmark 1925 , jossa Lundmark korostaa, että 'Aika selvä korrelaationäkyy näennäisten mittojen ja säteittäisen nopeuden välillä siinä mielessä, että pienemmillä ja oletettavasti kauempana olevilla spiraaleilla on suurempi avaruusnopeus.'

Hubble 1929 tarjoaa nopeus-etäisyyskaavion (esitetty alla) ja huomauttaa myös, että 'tiedot osoittavat lineaarisen korrelaation etäisyyksien ja nopeuksien välillä'. Kuitenkin, Hubble 1929 varoitti nimenomaisesti, että 'Lähitulevaisuudessa odotettavissa olevat uudet tiedot voivat muuttaa nykyisen tutkimuksen merkitystä tai, jos se vahvistaa, johtaa moninkertaisesti painavaan ratkaisuun. Tästä syystä on ennenaikaista keskustella yksityiskohtaisesti nykyisten tulosten ilmeisistä seurauksista… tässä keskustelussa löydetty lineaarinen suhde on ensimmäinen approksimaatio, joka edustaa rajoitettua etäisyyden vaihteluväliä. Hubble viittasi siihen, että lisäponnisteluja vaadittiin havainnointitietojen saamiseksi ja suhteen asettamiseen lujalle (vakuuttavalle) pohjalle, mikä ilmenisi Hubble ja Humason 1931 . Ehkä tämä saattaa osittain selittää, yhdessä useimpien ihmisten luonnollisen taipumuksen kanssa haluta tunnustusta ja mainetta, miksi Hubble yritti myöhemmin pitää kunnian nopeus-etäisyys -suhteen muodostamisessa.

Hubble 1929 ilmaisi olevansa tietoinen aikaisemmista (mutta ei vakuuttavia hänelle) nopeus-etäisyys -suhteen aihetta koskevista tutkimuksista. Sen vahvistaa edelleen van den Bergh 2011 , joka lainaa seuraavan asiaankuuluvan lainauksen, jonka Hubblen avustaja (Humason) kertoi suullisen historian projektissa: 'Nopeus-etäisyys-suhde alkoi yhden IAU:n kokouksen jälkeen, luulisin sen tapahtuneen Hollannissa [1928]. Ja tohtori Hubble tuli kotiin melko innoissaan siitä tosiasiasta, että kaksi tai kolme siellä olevaa tiedemiestä, tähtitieteilijää, olivat ehdottaneet, että mitä himmeämpiä sumut olivat, sitä kauempana ne ovat ja sitä suurempia punasiirtymiä olisivat. Ja hän puhui minulle ja kysyi, yrittäisinkö tarkistaa asian.'

Galaksien nopeudet on piirretty niiden etäisyyden funktiona Lundmark 1924 (vasemmalla) ja Hubble 1929 (oikealla). Huomaa erilliset asteikot x-akselilla. Peacock 2013 osoittaa, että molempien kirjoittajien mainitsemat etäisyydet olivat lopulta virheellisiä ja ongelmia (tosin vähemmän akuutteja) esiintyy myös nykyaikaisissa etäisyyksissä (kuvan luotto: Lundmark/MNRAS/Hubble/PNAS, kokoanut D. Majaess).

Hubble 1929 tarkensi, että 'Erinomainen piirre on kuitenkin mahdollisuus, että nopeus-etäisyyssuhde voi edustaa de Sitter-ilmiötä, ja näin ollen numeerista dataa voidaan ottaa mukaan keskusteluun avaruuden yleisestä kaarevuudesta.' de Sitter oli ehdottanut universumille mallia, jossa valo punasiirtyy, kun se kulkee kauemmaksi säteilevästä lähteestä. Hubble kuitenkin epäili, että hänen havainnot saattavat edustaa de Sitter-ilmiötä, Tie 2013 toteaa, että 'toistaiseksi historioitsijat eivät ole löytäneet todisteita siitä, että Hubble olisi etsinyt johtolankoja laajenevaan universumiin julkaisessaan vuoden 1929 artikkelinsa (Hubble 1929b).' Itse asiassa lähes kaksi vuosikymmentä vuoden 1929 julkaisun jälkeen Hubble 1947 huomauttaa, että paremmat tiedot voivat viitata siihen, että 'punasiirtymät eivät ehkä johdu laajenevasta universumista, ja suuri osa tämänhetkisistä universumin rakennetta koskevista spekulaatioista saattaa vaatia uudelleentarkastelua'. On siis jokseenkin paradoksi, että yhdessä muiden hahmoteltujen syiden kanssa Hubble on ansioitunut havaitsemaan, että universumi laajenee.

Termi punasiirtymä johtuu siitä, että kun tähtitieteilijät (esim. V. Slipher ) tutki tiettyjen galaksien spektrejä, mutta he huomasivat, että vaikka tietyn spektriviivan olisi pitänyt ilmestyä spektrin siniselle alueelle (laboratoriossa mitattuna): viiva oli itse asiassa siirtynyt punaiseksi. Hubble 1947 selitti, että 'kaukaisten sumujen [galaksien] valoaallot näyttävät pidentyvän suhteessa niiden kulkemaan matkaan. On kuin radiokellossasi olevat asemat olisivat kaikki siirtyneet pidempiä aallonpituuksia kohti suhteessa asemien etäisyyksiin . Nebulaarisissa [galaksi]-spektreissä asemat (tai viivat) ovat siirtyneet kohti punaista, ja nämä punasiirtymät vaihtelevat suoraan etäisyyden mukaan – suunnilleen lineaarinen suhde. Tämä tulkinta soveltuu suoraan laajenevan universumin teorioihin. Tulkinta ei ole yleisesti hyväksytty, mutta varovaisimmatkin meistä myöntävät, että punasiirtymät ovat todiste joko laajenevasta universumista.tai jostain toistaiseksi tuntemattomasta luonnon periaatteesta.'

Top, spektrit galakseille, jotka ovat punasiirtyneitä (kuvan hyvitys: JPL/Caltech/Planck ).

Kuten yllä todettiin, Hubble ei ollut ensimmäinen, joka päätteli galaksien nopeus-etäisyys -suhteen, ja Tie 2013 panee merkille, että 'Lundmark (1924b): ensimmäinen etäisyys vs. nopeuskäyrä spiraalisumuille [galakseille] …Georges Lemaitre (1927): johti ei-staattisen ratkaisun Einsteinin yhtälöihin ja yhdisti sen havaintoihin paljastaakseen lineaarisen etäisyyden vs. punasiirtymän suhde 670 tai 575 km/s/Mpc (riippuen siitä, miten tiedot on ryhmitelty) kaltevuuden kanssa…” Vaikka Hubble oli tietoinen Lundmarkin tutkimuksesta, hän ja monet muut tähtitieteilijät eivät todennäköisesti olleet tietoisia nyt kuuluisasta vuoden 1927 Lemaitren tutkimuksesta, joka oli julkaistu epäselvässä lehdessä (katso Livio 2012 ( Luonto ) ja keskustelu siinä). Ohjaus 2013 toteaa, että 'Lundmarkin [1924] etäisyysarviot olivat yhdenmukaisia ​​Hubble-vakion 75 km/s/Mpc kanssa [joka on lähellä viimeaikaisia ​​arvioita].' (katso myös tulkinta Peacock 2013 ). Tietyt Lundmarkin määrittämät etäisyydet näyttävät olevan lähellä nykyisiä määrityksiä (esim. M31, katso yllä oleva taulukko).

Joten miksi Hubblea pidettiin laajenevan maailmankaikkeuden löytäjänä? Tie 2013 ehdottaa, että 'Hubblen menestys hänen … lineaarisen etäisyyden ja nopeuden välisen suhteen saamisessa voi liittyä hänen saariuniversumin hypoteesin vahvistamiseen – jälkimmäisen jälkeen hänen asemansa merkittävänä tähtitieteen toimijana vahvistettiin. Kuten Merton (1968) huomautti, tunnustus samanaikaisista (tai lähes niin) löydöistä annetaan yleensä merkittäville tiedemiehille vähemmän tunnetuille. Steer kertoi Universe Todaylle, että 'Lundmark ei omin sanoin löytänyt selvää suhdetta punasiirtymän ja etäisyyden välillä, eikä hänen punasiirtymän-etäisyyskaaviossaan ole ylipiirretty lineaarista suhdetta. Kun Lundmark käytti yhtä todistamatonta etäisyysindikaattoria (galaksien halkaisijat), joka ristiintarkastettiin yhdellä todentamattomalla etäisyydellä Andromedan galaksiin, Hubble käytti useita indikaattoreita, mukaan lukien yksi yhä käytössä oleva (kirkkaimmat tähdet), ristiintarkastettu etäisyyksillä useisiin galaksiin perustuen Kefeidit muuttuvat tähdet.'

Mitä tulee kunnian osoittamiseen maailmankaikkeuden laajenemisen löytämiselle, Tie 2013 päättelee, että 'Kaiken kaikkiaan olemme havainneet, että Lemaitre oli ensimmäinen, joka etsi ja löysi lineaarisen suhteen etäisyyden ja nopeuden välillä laajenevan maailmankaikkeuden kontekstissa, mutta monet muut toimijat (esim. Carl Wirtz, Ludwik Silberstein, Knut Lundmark, Edwin Hubble, Willem de Sitter) etsivät suhdetta, joka sopii de Sitterin [universumin] mallin B maailman kontekstiin sen harhaanjohtavilla radiaalisilla nopeuksilla [punasiirtymä]. Osittainen luettelo eri kirjoittajista, joita korosti van den Bergh 2011 on annettu alla.

'Universumin laajenemisen löytämisen historia voidaan tiivistää [yllä]', van den Bergh 2011 (kuvan luotto: van den Bergh / JRASC / arXiv ).

Way ja Nussbaumer 2011 väittävät, että 'Edelleen yleisesti uskotaan, että Edwin Hubble löysi laajenevan maailmankaikkeuden vuonna 1929… mikä on väärin. Tälle ei ole juurikaan syytä, koska löydön olosuhteista on olemassa riittävästi hyvin tuettua näyttöä.

Yhteenvetona, kirjoittajanhenkilökohtainenmielipide on, että Hubblen panos tähtitiedeen oli tärkeä. Hubble auttoi vakuuttamaan tähtitieteilijät ekstragalaktisen etäisyyden asteikosta ja siitä, että galaksin etäisyyden ja sen nopeuden välillä oli suhde, mikä vei kenttää ja tiedettä eteenpäin. Hänen ekstragalaktisia etäisyyksiään, vaikkakin virheellisiä, käytettiin myös tärkeiden johtopäätösten tekemiseen (esim. Lemaitre 1927). On kuitenkin myös selvää, että muut ihmiset ovat ansioituneita ja ansaitsevat paljon kiitosta. Näiden tutkijoiden panoksia tulisi korostaa samanaikaisesti Hubblen tutkimuksen kanssa, ja tähtitieteen oppikirjoja tulisi tarkistaa näiden saavutusten korostamiseksi. Täydellisemmin tulisi mainita lukuisten 1920-luvulla synergiatyöskennelleiden tähtitieteilijöiden ihailtavia saavutuksia.

Käsitellyistä aiheista on monenlaisia ​​mielipiteitä, ja lukijan tulee pysyä skeptisenä (tämän artikkelin ja muiden tulkintojen suhteen), varsinkin kun tieto aiheesta kehittyy ja lisää on vielä tulossa. Kaksi puhetta aiheesta Laajenevan maailmankaikkeuden alkuperä: 1912-1932 ” konferenssi on julkaistu alla (H. Nussbaumer ja M. Way), I. Steerin puheen lisäksi erillisestä tapahtumasta.

The Tie 2013 havainnot näkyvät Laajenevan maailmankaikkeuden alkuperä: 1912-1932 ', ja esipainos on saatavilla arXiv . Galaksiluokitusjärjestelmän löytämistä koskeva aihe (eli Hubble Tuning Fork -kaavio) jätettiin pois tästä keskustelusta, mutta siitä keskustellaan Tie 2013 . Kiinnostunut lukija, joka haluaa lisätietoa, löytää seuraavat teokset asiaankuuluvina, ja monet tärkeät tähtitieteilijät jäivät pois tästä keskustelusta (esim. A. Friedmann): Way ja Nussbaumer 2011 , van den Bergh 2011 , Livio 2012 , Ohjaus 2011 , Ohjaus 2012 , Peacock 2013 , Lundmark 1924 , Lundmark 1925 , Hubble 1925 , Hubble 1929 , Hubble ja Humason 1931 , Hubble 1947 ; keskusteluun kuuluisista Saaren universumin keskustelu Katso myös Trimble 1995 ; Steerin Ennen vuotta 1930 julkaistu 290 etäisyyttä galakseihin ovat saatavilla kautta NASA/IPAC Extragalaktinen punasiirtymästä riippumattomien etäisyyksien tietokanta (NED-D) ; Katso lisätietoja Hubblen syytöksistä Livio 2012 ( Luonto ); keskustelua kefeideistä ja ongelmista, jotka vaivasivat niiden käyttöä etäisyysindikaattoreina, katso Fernie 1969 ; lopuksi lukijaa rohkaistaan ​​tutustumaan Hubblen artikkeleihin, jotka ovat saatavilla osoitteessa NASA/ADS .