Меняется в течение некоторого регулярного периода . В 1908 году безвестный и в то время

Недооцененный будущий астроном Генриетта Свон Ливитт работала
“ компьютером ” в обсерватории Гарвардского колледжа. (“ Компьютеры ” были
привлечены женщинами для каталогизации яркости звезд, записанных на
фотопластинках обсерватории; в то время женщинам не разрешалось пользоваться
телескопами обсерватории.) Дочь конгрегационного священника
и потомка Пилигримов, Ливитт сделала поразительное открытие,
которое она еще больше осветила в 1912 году: она заметила, что существует регулярное
связь между яркостью звезд Цефеиды и периодом их
изменения. Следовательно, если бы можно было определить расстояние до одной Цефеиды
известного периода (впоследствии это было определено в 1913 году), то измерение
яркости других Цефеид того же периода позволило бы
определить расстояние до этих других звезд!

Поскольку наблюдаемая яркость звезды падает обратно пропорционально
квадрату расстояния до звезды (свет распространяется равномерно по
сфере, чья площадь возрастает пропорционально квадрату расстояния, и, таким образом, поскольку
свет распространяется по большей области, интенсивность света наблюдалась в
любой точке уменьшается обратно пропорционально площади сферы), которые определяют
расстояния до далеких звезд всегда было серьезной проблемой в астрономии.
Открытие Ливитта произвело революцию в этой области. (Сам Хаббл, который был
Отвергнутый Нобелевской премией, часто говорил, что работа Ливитта заслуживает премии,
хотя он был достаточно эгоистичен, чтобы предложить ее
только потому, что он был бы естественным претендентом на то, чтобы разделить с
ней премию за свою более позднюю работу.) В 1924 году в Королевской шведской
академии наук началась работа по выдвижению Ливитт на Нобелевскую премию, когда стало известно
, что три года назад она умерла от рака. Благодаря своей силе
личности, умению саморекламы и мастерству наблюдателя, Хаббл
имя стало бы нарицательным, в то время как Ливитт, увы, известен только
поклонникам этой области.

Хаббл смог использовать свои измерения Цефеид и
соотношение периода светимости Ливитта, чтобы окончательно доказать, что Цефеиды в
Андромеде и некоторых других туманностях были слишком далеки, чтобы находиться внутри
Млечного Пути. Было обнаружено, что Андромеда - это еще одна островная вселенная,
другая спиральная галактика, почти идентичная нашей, и одна из более чем
100 миллиардов других галактик, которые, как мы теперь знаем, существуют в нашей наблюдаемой
вселенной. Результат Хаббла был достаточно однозначен, чтобы
астрономическое сообщество — в том числе и Шепли, который, кстати, к этому
времени уже стал директором обсерватории Гарвардского колледжа, где

Ливитт проделала свою новаторскую работу — быстро смирилась с тем, что
Млечный Путь - это еще не все, что нас окружает. Внезапно размер известной
вселенной увеличился за один скачок на большую величину, чем это было за
столетия! Его характер тоже изменился, как и почти все остальное.

После этого впечатляющего открытия Хаббл мог бы почивать на лаврах,
но он охотился за более крупными рыбами или, в данном случае, за более крупными галактиками. Измеряя
все более слабые цефеиды во все более отдаленных галактиках, он смог составить карту
Вселенной во все больших масштабах. Но когда он это сделал, то обнаружил
нечто еще более удивительное: вселенная расширяется!

Хаббл добился своего результата, сравнив расстояния
между измеренными им галактиками с другим набором измерений другого американского
астронома Весто Слайфера, который измерял спектры света, исходящего
от этих галактик. Понимание существования и природы таких спектров
требует, чтобы я вернул вас к самому началу современной астрономии.

Одним из самых важных открытий в астрономии было то, что звездное вещество и
вещество Земли в значительной степени одинаковы. Все началось, как и многое в современной
науке, с Исаака Ньютона. В 1665 году Ньютон, тогда еще молодой ученый,
пропустил через призму тонкий луч солнечного света, полученный затемнением его комнаты, за исключением
небольшого отверстия, которое он проделал в ставне окна, и увидел
, как солнечный свет рассеивается в знакомые цвета радуги. Он рассудил, что
белый свет от солнца содержит все эти цвета, и он был прав.

Сто пятьдесят лет спустя другой ученый исследовал рассеянный свет
более тщательно, обнаружил темные полосы среди цветов и пришел к выводу, что
они были вызваны существованием материалов во внешней атмосфере
Солнца, которые поглощали свет определенных определенных цветов или длин волн.
Эти “ линии поглощения ”, как их стали называть, можно было идентифицировать с
длинами волн света, которые, по измерениям, поглощаются известными
на Земле материалами, включая водород, кислород, железо, натрий и кальций.

В 1868 году другой ученый обнаружил две новые линии поглощения в
желтой части солнечного спектра, которые не соответствовали ни одному известному
элементу на Земле. Он решил, что это, должно быть, связано с каким - то новым элементом, который
он назвал гелием. Поколение спустя гелий был открыт на Земле.

Изучение спектра излучения, приходящего от других звезд, является
важным научным инструментом для понимания их состава, температуры
и эволюции. Начиная с 1912 года, Слайфер наблюдал спектры света
, исходящего от различных спиральных туманностей, и обнаружил, что спектры были похожи

к соседним звездам — за исключением того, что все линии поглощения были сдвинуты
на одну и ту же длину волны.

К тому времени это явление было понято как следствие известного
“ эффекта Доплера ”, названного в честь австрийского физика Кристиана Доплера, который
объяснил в 1842 году, что волны, идущие на вас от движущегося источника, будут
растянуты, если источник движется от вас, и сжаты, если он
движется к вам. Это проявление явления, с которым мы все
знакомы, и которое обычно напоминает
мне мультфильм Сидни Харриса, где два ковбоя сидят на своих лошадях на равнине.
глядя на далекий поезд, один говорит другому: “ Мне нравится слышать этот
одинокий вой паровозного свиста, когда величина частоты
меняется из - за эффекта Доплера! ” Действительно, свисток поезда или
сирена скорой помощи звучит выше, если поезд или скорая помощь двигаются к вам, и
ниже, если они удаляются от вас.

Оказывается, для световых волн происходит то же самое явление
, что и для звуковых, хотя и по несколько иным причинам. Волны света от источника,
движущегося от вас, либо из - за своего локального движения в пространстве или из - за
вмешательства расширения пространства, будет растянут, и поэтому появляются
краснее, чем они могли бы быть, поскольку красный цвет длинноволновом конце
видимого спектра, а волны от источника, движущегося к вам будут
сжиматься и синеватый.

Слайфер наблюдал в 1912 году, что линии поглощения света
, исходящего от всех спиральных туманностей, почти все систематически смещались
в сторону более длинных волн (хотя некоторые, такие как Андромеда, были смещены в сторону
более коротких волн). Он правильно сделал вывод, что большинство этих объектов
, следовательно, удаляются от нас со значительными скоростями.

Хаббл смог сравнить свои наблюдения расстояния до этих
спиральных галактик (как они были теперь известны) с
измерениями Слайфера скоростей, с которыми они удалялись. В 1929 году
с помощью сотрудника Маунт - Уилсона Милтона Хьюмасона (чей
технический талант был таков, что он получил работу в Маунт - Уилсоне,
даже не имея диплома средней школы) он объявил об открытии
замечательной эмпирической связи, теперь называемой законом Хаббла:
линейная зависимость между скоростью рецессии и расстоянием до галактики.
А именно, все более удаленные галактики удаляются от нас с
более высокими скоростями!

Когда мы впервые сталкиваемся с этим замечательным фактом — что почти все галактики
удаляются от нас, и те, что в два раза дальше, движутся
в два раза быстрее, те, что в три раза дальше, в три раза быстрее и т. Д. —
Кажется очевидным, что это означает: мы - центр Вселенной!

Как говорят некоторые друзья, мне нужно ежедневно напоминать, что это
не так. Скорее, это соответствовало именно той связи, которую
предсказывал Леметр. Наша вселенная действительно расширяется.

Я пробовал различные способы объяснить это, и я, честно говоря, не думаю, что есть
хороший способ сделать это, если вы не думаете вне коробки — в данном случае вне
универсальной коробки. Чтобы увидеть, что подразумевает закон Хаббла, вам нужно удалиться
от близорукой точки зрения нашей галактики и посмотреть на нашу
вселенную со стороны. Хотя трудно стоять вне
трехмерной вселенной, легко стоять вне двумерной. На
следующей странице я нарисовал одну такую расширяющуюся вселенную в двух разных точках.
раз. Как вы можете видеть, во второй раз галактики находятся дальше друг от друга.