Einmal im Monat, Pflicht fordert Geschichtsinteressierte heraus, ein aktuelles Thema anhand eines Vergleichs mit einem historischen Ereignis oder einer historischen Figur zu entschlüsseln.
Im Jahr 1924 bestimmte der amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953) die Entfernung des „großen Nebels“ von Andromeda und platzierte ihn damit eindeutig außerhalb der Grenzen unserer Milchstraße. Plötzlich hatte sich das beobachtbare Universum um mindestens eine Million Mal erweitert.
An den schönen Spätsommer- und Herbstabenden können Sie im Sternbild Andromeda etwas beobachten, das durch ein Fernglas als kleines diffuses Objekt erscheint. Von einem Ort ohne Lichtverschmutzung aus können Sie dieses seltsame Objekt sogar mit bloßem Auge erkennen.
Die Alten hatten dies bemerkt. In seiner Pracht Buch der Fixsterne 964 veröffentlicht, identifizierte der persische Astronom Abd al-Rahman al-Sūfī (903-986) aus Isfahan (Iran) sie als die Kleine Wolke. Im Jahr 1612 beobachtete der deutsche Mathematiker Simon Marius als erster den „Nebel“ mit einem Teleskop; er beschreibt es als „das Licht einer Kerze durch ein Horn“. Die Kleine Wolke ist heute allgemein bekannt, sie ist die Andromeda-Galaxie.
Der französische Astronom Charles Messier (1730–1817) war ein Kometenjäger. Er hatte die Kleine Wolke in seinem Katalog mit der Nummer 31 aufgeführt und warnte davor, dass wir Messier 31 nicht mit einem Kometen verwechseln sollten, wenn wir nach neuen Kometen suchten.
Mit 2,5 Millionen Lichtjahren ist es das am weitesten entfernte Objekt, das mit bloßem Auge gesehen werden kann. Das Licht, das heute unsere Augen erreicht, wurde von den Sternen der Andromeda-Galaxie ausgestrahlt, als unser Hominin-Vorfahre Ein geschickter Mann durchstreifte die Savannen Südafrikas.
Gordischer Knoten
Wie hat Edwin Hubble die Entfernung zur Andromedagalaxie gemessen? Es stammt aus der Erkennung und Beobachtung von Riesensternen unterschiedlicher Leuchtkraft vom Typ der Cepheiden – diese entwickelten Sterne sind im Durchschnitt 100.000-mal leuchtender als die Sonne und daher aus großer Entfernung sichtbar.
Im Jahr 1912 stellte Henrietta Leavitt (1868-1921) vom Harvard University Observatory einen engen Zusammenhang zwischen der Helligkeit und der Variabilitätsperiode der Cepheiden fest: Je leuchtender der Stern, desto länger seine Periode, die zwischen einigen Tagen und 50 liegt .
Diese charakteristische Variabilität macht Cepheiden zu einer zuverlässigen Standardkerze; Wir können sie mit Beispielen in der Nähe vergleichen, für die wir die Entfernung direkt ermittelt haben.
In den Jahren 1923–1924 gelang es Hubble, mit dem großen 2,5-m-Teleskop am Mount Wilson Observatory in Kalifornien mehrere Andromeda-Cepheiden zu fotografieren. Nachdem Hubble ihre Perioden gemessen hatte, leitete er ihre Leuchtstärken ab; Durch die einfache Dreierregel leitete er die Messier-Distanz von 31 ab.
23. November 1924, New York Times gab eine kurze Stellungnahme zu der Entdeckung ab. Die offizielle Ankündigung erfolgte Ende Dezember in Washington auf der Jahrestagung der American Astronomical Union. Überraschenderweise abwesend, berichtete Hubble Anfang 1925 in zwei sehr kurzen Artikeln über seine Ergebnisse: Er platzierte Messier 31.930.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt, also deutlich außerhalb der Milchstraße.
Vorläufer
Bereits 1917 hatten die amerikanischen Astronomen George Ritchey (1864-1945) und Heber Curtis (1872-1942) Sterne vom Typ „Nova“ in einigen „Nebeln“ entdeckt, darunter Messier 31. Novae wurden seit Jahrhunderten beobachtet.
Ihre plötzliche Helligkeit wird durch die nukleare Detonation von Material erzeugt, das von einem Roten Riesenstern ausgestoßen wird, der auf einen begleitenden Weißen Zwerg fällt. Während der Explosionsphase erscheint eine Nova am hellsten und verschwindet dann innerhalb weniger Wochen.
Das Muster ihrer Variabilität war jedoch zu unregelmäßig und unvorhersehbar, um sie zu guten Standardkerzen zu machen. Ritchey und Curtis konnten jedoch feststellen, dass sie weit darüber hinaus lagen, wenn sie tausendmal schwächer als die Novae in der Milchstraße erschienen.
Es waren auch Novae, nach denen Hubble Anfang der 1920er Jahre suchte. Seine Überraschung bestand darin, 1923 in Andromeda einen wiederkehrenden veränderlichen Stern zu beobachten, der also nicht nach einigen Wochen verschwand. Er hatte es zuerst als Nova bemerkt. Dann stellte er fest, dass es dem für Cepheidensterne charakteristischen Zyklus der Helligkeitsschwankung gehorchte.
Die Cepheiden von Andromeda wurden bereits 1917 von einigen Astronomen fotografiert. Es ist jedoch das Verdienst von Hubble, sie 1924 erkannt und ihre Entfernungen abgeleitet zu haben. Wie so oft in der Wissenschaft kann man etwas mehrmals sehen, bevor es entdeckt wird!
Hubble beendete damit eine jahrhundertealte Debatte – die zwischen den Verfechtern der lokalen Hypothese der „Nebel“, die behaupten, dass sie sich innerhalb einer Supermilchstraße befänden, und der der Befürworter der extragalaktischen Natur der Mehrheit der „Nebel“. Nebel“.
Der Grund für die Divergenz zwischen diesen beiden Lagern? Mehrere Jahrhunderte lang waren Astronomen nicht in der Lage, die Natur von „Nebeln“ aufzuklären. Waren es diffuse Wolken ätherischer Substanz oder unabhängige Sternensysteme wie die Milchstraße?
Eine genaue Bestimmung ihrer Entfernungen war ein notwendiger Schritt zur Lösung der Frage. Wir wissen jetzt, dass eine Minderheit, wie der Orionnebel, echte Gaswolken in der Milchstraße sind; Bei den meisten handelt es sich um riesige Sternsysteme, die unabhängig und außerhalb unserer Milchstraße liegen.
Hubble wurde durch den Ersten Weltkrieg in seinen Studien verzögert und erhielt 1921 seinen Doktortitel von der University of Chicago. Als er am Mount Wilson Observatory arbeitete, hatte Hubble Zugang zu seinen beiden großen Teleskopen. Überraschenderweise galt Hubble nicht als guter Beobachter; Seine Kollegen bemerkten beispielsweise, dass bei mehreren seiner Fotos die Fokussierung nicht optimal war. Er ging dennoch methodisch vor, wenn auch stolz und zurückhaltend gegenüber den Beiträgen anderer.
Erweiterung
Im Jahr 1924, ebenfalls vor 100 Jahren, untersuchte der junge russische Physiker Alexander Friedmann (1888-1925) Albert Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie erneut. Im Gegensatz zur stationären Lösung von Einstein zeigte Friedmann, dass die Raumzeit instabil ist; So wie man einen Bleistift nicht auf der Spitze stehen lassen kann, schrumpft der Raum entweder oder er dehnt sich aus.
Der junge belgische Kosmologe Georges Lemaître (1894-1966), der von seinem russischen Kollegen nichts wusste, fand die gleichen Lösungen, ging aber weiter als Friedmann. Im Jahr 1927 kam Lemaître auf der Grundlage vorläufiger Daten über die Entfernungen und Geschwindigkeiten einiger Dutzend Galaxien zu dem Schluss, dass sich das Universum ausdehnt. Dann habe er die Expansion umgekehrt, behauptete er in einer kurzen Veröffentlichung in der Zeitschrift Natur (1931), dass alles, was existiert, vor einigen Milliarden Jahren aus einem extrem kleinen und heißen Quantenkern entstand.
Dies war die Hypothese des „primitiven Atoms“, die heute zur Urknalltheorie geworden ist. In weniger als einem Jahrzehnt haben wir uns von einem festen und ewigen Universum zu einem fantastisch großen Universum entwickelt, in dem die Hauptbestandteile des Kosmos in einer systematischen Flugbewegung davongetragen werden.
Hubble wird oft die Entdeckung der Expansion des Universums durch die Zusammenarbeit mit seinem akribischen Kollegen und unvergleichlichen Beobachter Milton Humason (1891-1972) zugeschrieben. Bis zu seinem Tod im Jahr 1953 hatte Hubble jedoch Zweifel an dieser Interpretation des Zusammenhangs zwischen der scheinbaren Rezessionsgeschwindigkeit und der Entfernung von Galaxien. Allan Sandage (1926-2010), jahrelang Hubbles Kollege, äußerte sich kategorisch: Hubble habe nie an die Realität der Expansion geglaubt.
In den 1950er Jahren identifizierte der in den USA tätige deutsche Astronom Walter Baade (1893-1960) zwei Arten von Cepheiden mit unterschiedlicher Helligkeit. Hubble hatte die leuchtendsten beobachtet, bezog sich jedoch auf die am wenigsten leuchtenden.
Baades Entdeckung führte zu einer fast dreifachen Vergrößerung der ursprünglich von Hubble ermittelten Entfernungen. Heute wird die Entfernung der Andromedagalaxie durch eine Reihe von Indikatoren bestimmt, darunter die Cepheiden. Unser großer Begleiter aus mehreren hundert Milliarden Sternen ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt und hat einen Durchmesser von mehr als 100.000 Lichtjahren.
Jugendliche Erinnerung
1961 besuchte ich die klassische Hochschule. Ich hatte in einem amerikanischen Astronomiemagazin gelesen, dass der Astronom Allan Sandage gerade einen großartigen Atlas mit Abbildungen der Galaxien veröffentlicht hatte. In einem Prozess, den ich nie aufgeklärt habe, hatte meine Mutter angeordnet Der Hubble-Atlas der Galaxien an der Carnegie Institution for Science in Washington; Der Atlas hatte 10 Dollar gekostet. Ich verbrachte Stunden damit, das Buch mit meinem stotternden Englisch zu studieren. Meine Fantasie versuchte, diese kolossalen Sternansammlungen zu erfassen; Ich war fasziniert von ihren vielfältigen Formen und eleganten Silhouetten.
Die Fotos, die mit den größten Teleskopen der damaligen Zeit aufgenommen wurden, waren großartig und ich finde sie immer noch faszinierend und voller Rätsel. Von Zeit zu Zeit blättere ich in diesem Atlas, der für mich ein kostbarer Besitz ist. Später widmete ich mehrere Jahrzehnte meiner Karriere der Erforschung von Galaxien.
In einem Jahrhundert hat sich das Volumen des beobachtbaren Universums um eine Million Milliarden Mal vervielfacht. Während die Expansion des Universums im großen Maßstab Galaxien wie schwimmendes Eis mitreißt, dominiert bei Entfernungen von einigen Millionen Lichtjahren oder weniger weiterhin die Anziehungskraft durch die Schwerkraft.
So können sich Galaxien in kleinen Gruppen zusammenschließen oder Cluster von mehreren tausend Galaxien bilden. Sie können auch übereinander fallen und verschmelzen. Das wird mit der Milchstraße und der Andromedagalaxie in 4 oder 5 Milliarden Jahren passieren; Unsere beiden Spiralen werden kollidieren und eine große elliptische Galaxie bilden.
Bis dahin können wir sagen, dass wir vor 100 Jahren die exzessive und seltsame Dynamik des Universums entdeckt haben – ein überraschend neuer Fortschritt. Meine Großeltern zum Beispiel, die nur wenige Jahre vor Hubble geboren wurden, waren seine Zeitgenossen.
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