1. Januar 1925: Der Tag, an dem wir das Universum entdeckten

Der Andromeda-Nebel, fotografiert um 1900 am Yerkes-Observatorium. Für uns ist dies eine offensichtliche Galaxie. Dann wurde es als "Masse von Leuchtgas" unbekannter Herkunft beschrieben.

Und was ist das Besondere an diesem Datum? Das neue Jahr ist nur ein gelegentliches Umdrehen des Kalenders, kann aber auch als Moment der Erhebung, Aktualisierung und Überarbeitung von Ideen dienen. Dies geschah mit einem der ungewöhnlichsten Daten in der Geschichte der Wissenschaft, dem 1. Januar 1925. Wir können sagen, dass damals nichts Bemerkenswertes passiert ist, nur ein gewöhnlicher Bericht auf einer wissenschaftlichen Konferenz. Oder es kann als Geburtstag der modernen Kosmologie gefeiert werden, als die Menschheit das Universum so entdeckte, wie es ist.

Zuvor hatten Astronomen eine kurzsichtige und eingeschränkte Sicht auf die Realität. Wie so oft, selbst mit den genialsten Köpfen, sahen sie, aber verstanden nicht, was sie sahen. Aber die entscheidende Tatsache war direkt vor ihren Augen. Überall am Himmel waren interessante Spiralnebel verstreut, Lichtstrudel, die Spitzen ähnelten. Der berühmteste von ihnen, der Andromeda-Nebel, war so hell, dass man ihn nachts leicht sehen konnte. Die Bedeutung dieser allgegenwärtigen Objekte blieb jedoch ein Rätsel.

Einige glaubten, Spiralnebel seien riesige und entfernte Sternensysteme, „Inseluniversen“, vergleichbar mit unserer Milchstraßengalaxie. Viele andere waren überzeugt, dass dies nur kleine, eng beieinander liegende Gaswolken waren. Aus ihrer Sicht waren andere Galaxien, falls sie existierten, nicht sichtbar und befanden sich weit in den Tiefen des Weltraums. Oder vielleicht gab es keine anderen Galaxien, aber es gab nur eine Milchstraße - ein System, das das Universum bestimmte. Die Streitigkeiten zwischen den beiden Seiten waren so hitzig, dass sie zu dem berühmten Großen Streit von 1920 führten, der mit einem unbefriedigenden Unentschieden endete.

Die richtige Vorstellung von unserem Platz im Universum erschien nur wenige Jahre später in der Arbeit eines der berühmtesten Astronomen: Edwin Powell Hubble. Seit 1919 ist Hubble einer der geduldigsten und gewissenhaftesten Beobachter am Mount Wilson Observatory in Kalifornien. Und das Observatorium selbst wurde zur wichtigsten Avantgarde der astronomischen Forschung, der Heimat des kürzlich geschaffenen 100-Zoll-Hooker-Teleskops - damals war es das größte Teleskop der Welt. Es war die perfekte Kombination des richtigen Beobachters zur richtigen Zeit am richtigen Ort.

Hubble wurde durch eine frühere Studie von Vesto Melvin Slifer sehr unterstütztvom Lowell Observatory, einem der unbesungenen Helden der modernen Kosmologie. Slipher entdeckte, dass sich viele der Spiralnebel mit enormer Geschwindigkeit bewegen, schneller als jeder der bekannten Sterne, und dass sie sich hauptsächlich von uns bewegen. Für Slifer war diese Entdeckung ein überzeugender Beweis für die Unabhängigkeit dieser Systeme, die von unbekannten Mechanismen außerhalb der Milchstraße gezogen wurden. Aber Slifer fehlten die notwendigen Ressourcen, um seine Interpretation zu beweisen. Er brauchte ein riesiges Teleskop, wie es der Hubble auf dem Mount Wilson montiert hatte. Hier schaltet unsere Geschichte auf Hochtouren.


Edwin Hubble fährt ein 100-Zoll-Teleskop am Mount Wilson, circa 1922

Hubble war immer vorsichtig mit Theorien und Interpretationen. Er konzentrierte seine wissenschaftliche Aufmerksamkeit auf Spiralnebel, ohne die Notwendigkeit zu betonen, die Theorie der "Inseluniversen" zu beweisen. Er zog es vor zu warten, bis er eine eindeutige Bestätigung oder Widerlegung dieser Theorie vorlegen konnte - je nachdem, was die Beweise anzeigen.

1922 erschien ein weiteres wichtiges Puzzleteil. In diesem Jahr sah der schwedische Astronom Knut Emil Lundmark in den Armen des Spiralnebels M33, was er als separate Sterne betrachtete. Kurz darauf entdeckte John Duncan vom Mount Wilson Observatory Lichtpunkte, die im selben Nebel verblassten und aufflammten. Könnten es variable Sterne sein, ähnlich wie in der Milchstraße, aber aufgrund der großen Entfernung zu ihnen viel dunkler?

Hubble fühlte, dass die Antwort nahe war, und verdoppelte seine Bemühungen. Er verbrachte Nächte in seinem Lieblingsholzstuhl und steuerte ein auf Stahl montiertes Hooker-Teleskop, um die Auswirkungen der Erdrotation zu eliminieren. Der Versuch war in Form detaillierter Verschlusszeitbilder des Andromeda-Nebels erfolgreich. Das gefleckte Licht des Nebels begann sich in viele helle Punkte zu verwandeln, die nicht wie Gas aussahen, sondern wie ein riesiger Schwarm von Sternen.

Der endgültige Beweis erschien im Oktober 1923, als Hubble in einem der Andromeda-Arme ein charakteristisches Flackern eines separaten variablen Sterns aus der Cepheid-Klasse bemerkte. Die scheinbare Helligkeit eines solchen Sterns variiert vorhersehbar und periodisch, und seine eigene Helligkeit hängt von der Schwingungsperiode ab. Nur durch Messung des 31-tägigen Sternflimmerzyklus konnte Hubble die Entfernung dazu berechnen. Nach seinen Berechnungen waren es 930.000 Lichtjahre - weniger als die Hälfte der heutigen Schätzung, aber für seine Zeit ist es immer noch eine schockierende Zahl. In dieser Entfernung befand sich Andromeda, einer der hellsten und möglicherweise am nächsten gelegenen Spiralnebel, weit hinter der Milchstraße.

Im Prinzip wurde dann die große Debatte gelöst. Spiralnebel waren andere Galaxien, und unsere Milchstraße war nur einer der Außenposten eines atemberaubend großen Universums. Aber die Geschichte endete überhaupt nicht dort.

Mit seiner üblichen Vorsicht begann Hubble nach weiteren Beweisen zu suchen. Im folgenden Februar entdeckte er vielleicht eine andere Cepheid in Andromeda, mehrere Cepheiden in M33 und möglicherweise in drei anderen Nebeln. Und als es keinen Zweifel gab, schrieb er über diese Nachricht an seinen langjährigen Rivalen Harlow Shapley, einen führenden Befürworter der Idee kleiner und nahegelegener Spiralnebel, um ihn zu ärgern. "Sie werden interessiert sein zu wissen, dass ich Cepheid im Andromeda-Nebel gefunden habe", begann der Brief.

Shapley musste nicht weiter lesen, um die Wichtigkeit von Hubbles Worten zu verstehen. "Dieser Brief hat mein Universum zerstört", sagte Cecilia Payne-Gaposchkin, Shapley Cecilia wütend, zu Cecilia Payne-Gaposchkin, einer Ärztin in Harvard, die sich zum Zeitpunkt der Ankunft der Nachricht aus Hubble im Labor befand. Payne-Gaposhkina war eine weitere Schlüsselfigur für die moderne Astrophysik. Durch überraschenden Zufall wurde ihre Pionierarbeit über das Sternenspektrum am 1. Januar 1925 abgeschlossen!

Trotz der offensichtlich freudigen Aufregung über die Entdeckungen von Andromeda zögerte Hubble immer noch mit der Veröffentlichung der Ergebnisse. Trotz seines protzigen Vertrauens war er furchtbar besorgt über die laute und vorzeitige Ankündigung der Entdeckung. Jedes Mal, als Hubble von dem Treffen zu einem formellen Abendessen um 17 Uhr zum Kloster, dem Wohnviertel von Mount Wilson, ging, traf er sich mit seinen Astronomen. Nicht alle von ihnen akzeptierten die Existenz anderer Galaxien. Als eingebildeter Wissenschaftler, der seinen Ruf sorgfältig überwachte, hatte Hubble Angst, wie ein Idiot auszusehen.

Adrian van Maanen, ein fröhlicher und gutaussehender niederländischer Astronom am Mount Wilson, argumentierte energisch das Gegenteil. Er war überzeugt, dass er die Rotation einiger Spiralnebel beobachtete, was nur möglich war, wenn sie klein genug waren und sich nahe genug befanden. Hubble war besorgt über die Anwesenheit eines zweifelnden Wissenschaftlers in seinen Reihen und hielt fest, bis er absolutes Vertrauen in die Ergebnisse gewann. Van Maanen verstand nicht, wo er falsch lag, und weigerte sich, den Fehler zuzugeben. Hubble überarbeitete schließlich die Fotoplatten seines Kollegen und kündigte an, dass "die zuvor gefundenen Rotationen das Ergebnis latenter systematischer Fehler waren und nicht auf die Bewegung realer oder offensichtlicher Nebel hinwiesen". Aus akademischer Sicht war dies eine sehr scharfe Zurechtweisung.


Der einzige variable Stern, den Hubble im Andromeda-Nebel sieht, hat unser gesamtes Verständnis der Größe des Raums verändert. Links ist das Bild, das zur Entdeckung beigetragen hat. Rechts ist die Sternhelligkeitskurve.

Informationen über die Entdeckung von Hubble gingen unweigerlich an die Presse. Infolgedessen war die erste öffentliche Ankündigung eines astronomischen Durchbruchs eine kleine Notiz, die am 23. November 1924 in der New York Times stattfand. Die wichtigste Entdeckung der letzten drei Jahrhunderte im Zusammenhang mit dem Weltraum ist eine Neuigkeit aus einer ganzen Reihe!

Und doch hielt sich Hubble vom formellen Publizieren zurück. Der prominente Astronom Henry Norris Russell überredete ihn, seine Entdeckungen bei einem Treffen in der Hauptstadt der American Association of Scientific Achievements vorzustellen, bei dem ein Preisgeld von 1.000 US-Dollar für die beste Arbeit vergeben wurde. Als Hubble seinen Job nie anbot, grunzte Russell: "Nun, er ist ein Esel. Leichte tausend Dollar gehen in seine Hände, und er weigert sich, sie zu nehmen. “ Und dann öffnete Russell die Post und stellte fest, dass die Arbeit von Hubble gerade eingetroffen war.

Und erst jetzt nähern wir uns einer atemberaubenden öffentlichen Ankündigung. Am 1. Januar 1925 wurde Hubble auf dem Mount Wilson isoliert, und Russell las seine revolutionäre Arbeit über die Existenz anderer Galaxien vor einer begeisterten Menge. Hubble gewann einen Teil des Preises für die beste Arbeit. Sie beendete die große Debatte und mehr. Sie vergrößerte das berühmte Universum dramatisch um das 100.000-fache. Sie bereitete die Bühne für die Öffnung eines expandierenden Universums und infolgedessen für den ursprünglichen Urknall (der bereits durch die von Slifer aufgezeichneten Geschwindigkeiten angedeutet wurde). Wenn es möglich ist, ein Datum als Geburtstag der modernen Kosmologie festzulegen, dann ist dies sie.

Seltsamerweise war es Shapley und nicht Hubble, der vorschlug, dass Astronomen ihre Nomenklatur an eine neue Realität anpassen und externe Sternensysteme "Galaxien" nennen. Hubble benutzte immer noch konservative Ansichten der Welt, die er widerlegte. Er zog es natürlich auch vor, mit den Ideen seines Rivalen Shapley nicht einverstanden zu sein. Daher hörte Edwin Hubble, ein Mann, der bewies, dass die Milchstraße nur eine von unzähligen Galaxien ist, nicht auf, diese Objekte "extra-galaktische Nebel" zu nennen.

Hubble beobachtete die zyklischen Helligkeitsschwankungen der Cepheiden in Andromeda und erweiterte die Möglichkeiten des menschlichen Geistes auf eine weitere Weise. Er befreite uns von der Sorge, dass sich die Sterne, die extrem weit von uns entfernt sind, anders verhalten könnten als die in unserer Nachbarschaft. Jetzt, da Wissenschaftler Sterne in anderen Galaxien erforschen konnten, konnten sie die Konstanz des Universums in Raum und Zeit bestimmen.

Nach modernen Schätzungen ist die Andromeda-Galaxie 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt, dh das Licht, das wir sehen, begann vor 2,5 Millionen Jahren. Es stellt sich heraus, dass wir die Sterne dieser Galaxie nicht nur 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt sehen, sondern auch in 2,5 Millionen Jahren in der Vergangenheit leben. Sie sehen jedoch aus wie die Sterne, die uns am nächsten sind. Und als Edwin Hubble und andere Astronomen noch weiter blickten, fügten sie immer mehr Beweise für räumliche und zeitliche Einheitlichkeit hinzu. Im gesamten Raum und zu allen Zeiten scheinen Atome dasselbe Licht zu emittieren, und variable Sterne gehorchen denselben physikalischen Gesetzen.

Diese Beständigkeit der Natur hat die Suche nach einem Regelwerk im gesamten Kosmos überzeugt. Oder, wie Albert Einstein sagen würde, es zeigte, dass Gott die Regeln des Kosmos nicht ändert. Es war ein verdammt gutes Geburtstagsgeschenk für den menschlichen Verstand.

Source: https://habr.com/ru/post/de401019/