Neznámý vesmír – Shapley versus Hubble

rubrika: Populárně naučný koutek


Předchozí část seriálu o neznámém vesmíru byla zakončena myšlenkou, kterou nastínil již v roce 1700 anglický astronom, matematik, zahradní architekt atd. Thomas Wright. Mezi astronomy začala klíčit představa, že některé z mlhavých obláčků, jež pozorují ve svých dalekohledech, nemusí být jenom jakýmsi shlukem plynu či prachu, ale též hvězdnou soustavou – galaxií podobnou naší Mléčné dráze. Zajímavé je, že po několikasetletém poměrně vyváženém soupeření plynných mlhovin s hvězdnými ostrovy došlo krátce před vítězstvím hvězdných ostrovů k dočasnému vítězství plynných mlhovin. Tenhle efekt se v přírodě objevuje dost často. Kupříkladu krátce před příchodem teplé fronty (teplého vzduchu) dochází na zadním okraji studené fronty (studeného vzduchu) k ještě většímu poklesu teplot, a vice versa, načež pak dojde ke skokové změně. (Něčeho podobného jsme právě svědky.)

Posledně jsem naznačil, že se ke kapitole Kvetoucí zahrada již nebudu vracet. Druhá část této kapitoly je však prošpikovaná zajímavými postřehy ze života dvou hlavních aktérů, Shapleye a Hubbleho, že jsem se donutil své unáhlené rozhodnutí odvolat. Závěrečné a nejúdernější části tohoto seriálu se tedy opět odkládají dále do budoucnosti.

 

Lucifer


Na přelomu 19. a 20. století se začala většina astronomů přiklánět k myšlence, že pozorované spirální mlhoviny představují rotující plyn, který se stahuje do sebe vlivem gravitace a postupně se stává planetárním systémem podobným tomu našemu. Zdálo se, že to dává větší smysl než hypotéza o obrovských hvězdných ostrovech. Ke zjištění, který z obou přístupů má pravdu, bylo zapotřebí najít nějaký způsob, kterak změřit vzdálenost těchto spirálních mlhovin. To se nedařilo až do dvacátých let 20. století. Tento zlom nastal díky rivalitě mezi dvěma astronomy, Harlowem Shapleym a Edwinem Hubblem. Výsledkem vítězství hvězdných ostrovů byl mimo jiné vznik hypotézy o „temné hmotě“ (viz Neznámý vesmír – Opravdoví bastardi).

 

Harlow Shapley se stal astronomem náhodou. Bylo to v roce 1907. Když zjistil, že Missourská univerzita ještě nezavedla studijní program pro novináře, otevřel si nabídku předmětů s rozhodnutím, že bude studovat první, na co narazí. Protože nevěděl, jak správně vyslovit slovo „archeologie“, zvolil předmět hned o řádku níže – astronomii. (Jelikož byl Shapley znám tím, že si dost vymýšlel, bude na jeho historce asi tolik pravdy jako na té o Newtonově jablku.)

 

Zakrátko začal na přednáškách vynikat, protože do sebe rychle vstřebával informace a uměl je používat, ale také proto, že „mu to pálilo“. Když graduoval, dostal nabídku práce na observatoři na Mt. Wilsonu v Kalifornii, což v roce 1920 znamenalo totéž jako dnes pracovat pro NASA. K dispozici zde měl v té době největší teleskop světa s průměrem zrcadla 1.5 metru.

 

Shapley se soustředil na měření vzdálenosti ke hvězdám. Jedinou přímou metodou se jevilo stanovení paralaxy. Princip je jednoduchý. Změří se poloha hvězdy na obloze v rozmezí šesti měsíců a pozice se porovnají. U většiny hvězd musí vzniknout odchylka, protože Země se po šesti měsících nachází na opačné straně oběžné dráhy a změnil se úhel našeho pohledu. Velikost změny udává úhel, ze kterého pomocí trigonometrie vypočítáme vzdálenost hvězdy. Čím bližší hvězda, tím větší úhel. Ukázalo se však, že i pro teleskop na Mt. Wilsonu byly hvězdy příliš daleko na to, aby se jejich paralaxa dala určit. Naštěstí to vyřešila jedna z matematiček na Harvardu.

 

Henrietta Leavittová neúnavně studovala fotografické desky poměrně blízké soustavy hvězd nazývané Malý Magellanův oblak. Zatřídila téměř 2 000 proměnných hvězd, které zpozorovala, a z nich 16 oddělila jakožto odlišné. Cyklus, během něhož se jasnost proměnné hvězdy zvyšuje a pak opět snižuje, se nazývá světelná křivka. U zmíněných 16 hvězd měla stejný tvar. Po rychlém zjasnění hvězdy poklidně slábly. Tomuto druhu proměnných hvězd se začalo říkat cefeidy, podle první z nich, jež byla objevena a nesla jméno Delta Cephei.

 

Mistrovským kouskem Leavittové bylo, když si povšimla, že čím silnější je maximum jasnosti, tím delší je cyklus. Když to otočila, napadlo ji, že ze změřené doby cyklu by se dala vypočítat skutečná jasnost. Ta by se pak porovnala s tím, jak jasná se hvězda jeví na obloze, a z rozdílu by se dalo spočíst, jak daleko se hvězda nachází. A z této metody vycházel Shapley, když hledal proměnné hvězdy typu cefeid v kulových hvězdokupách. Těmito kompaktními soustavami hvězd je poseta noční obloha a Shapley usuzoval, že určují hranice Mléčné dráhy.

 

Podle tehdejšího poznání měla naše Galaxie na délku 30 000 světelných let, avšak Shapleyovo pozorování a následné výpočty naznačovaly, že půjde spíše o 300 000 světelných let. Shapley z toho vyvozoval, že něco tak obrovského nutně musí ve vesmíru hrát dominantní roli. Usoudil, že spirální mlhoviny musejí být oblaky plynu, v nichž se formují nové hvězdné systémy. Dnes víme, že Shapleyovy výpočtu měly několik slabin (například Mléčná dráha má průměr 100 000 světelných let), nicméně jeho logika byla bezvadná. Samozřejmě až na to, že se zuby nehty držel představy spirálních mlhovin v podobě oblaků plynů. Kdyby Shapley zůstal v observatoři na Mt. Wilsonu, nejspíš by se ke změně svého názoru dokopal. Jenže se objevila skvělá nabídka, které nedokázal odolat, a tak observatoř na Mt. Wilsonu opustil.

 

V roce 1919 zemřel ředitel Harvardské observatoře a Shapley se hlásil na jeho místo. Jeho šéf, George Ellery Hale Shapleye nejen nepodpořil, ale ještě ho pokáral za to, že se vůbec hlásí, neboť takové funkce se přece přidělují, nesoutěží se o ně. Shapley se však nevzdával, ačkoli nejžhavějším kandidátem na uvolněné místo byl jakýsi Henry Norris Russel. Shodou okolností byl na zasedání Národní vědecké akademie koncem roku 1919 předložen návrh uspořádat veřejnou debatu na toto téma. Hale navrhl dvě možná témata – teorii relativity a podstatu spirálních mlhovin. Tajemníkovi Národní vědecké akademie se více líbilo téma o podstatě spirálních mlhovin, z teorie relativity měl totiž takovou hrůzu, že se modlil, aby ji vědecký pokrok přesunul do nějaké oblasti prostoru za čtvrtým rozměrem.

 

Shapley tudíž neváhal, do veřejné debaty se přihlásil, aby se mohl lépe zviditelnit v zájmu soutěže o místo ředitele Harvardské observatoře. Jeho oponentem byl Heber Curtis, úspěšný astronom a veřejný řečník z Lickovy observatoře v San José v Kalifornii. Shapley hájil spirální mlhoviny v podobě oblaků plynů, Curtis hvězdné ostrovy. Curtis jednoznačně vyhrál a z Harvardu se ozvali, že Shapley je sice talentovaný, avšak ještě nezralý pro tak vysokou funkci. Nabídli ji raději Russelovi a Shapley měl působit jako jeho zástupce. Russel však z jakýchsi důvodů ředitelskou funkci v Harvardu odmítl, přičemž Shapley zcela nezávisle nepřijal nabídku dělat mu zástupce. Zachránil jej jeho nadřízený Hale, který náhle změnil názor a doporučil Harvardu, aby mladého muže vzali na zkoušku. A tak se Shapley s konečnou platností přesunul z Mt. Wilsonu na Harvard. Observatoř jako observatoř.

 

Mezitím začaly spirální mlhoviny budit zájem širší astronomické komunity. K vyřešení problému bylo zapotřebí průkazného změření vzdálenosti cefeid. Kdyby se jednoznačně ukázalo, že nějaká cefeida ve spirální mlhovině se nalézá dál než 300 000 světelných let, pak by ta mlhovina musela být samostatnou galaxií. Kdyby býval Shapley zůstal na Mt. Wilsonu, dnes by se nejslavnější teleskop světa jmenoval po něm. Osud tomu ovšem chtěl jinak, a tak je Hubbleův teleskop pojmenován po jednom z jeho velkých rivalů, Edwinu Hubbleovi.

 

Také Hubble se narodil v Missouri, o čtyři roky později než Shapley. Na své osmé narozeniny směl jít večer do postele později než obvykle. To samo o sobě bývalo vcelku běžnou radostí, kterou rodiče dětem k narozeninám dopřávali, jenže v tomto případě ji malý Edwin využil tak, že mu to změnilo celý pozdější život. Jeho dědeček té noci vytáhl dalekohled a chlapec se skrze něj směl podívat na noční oblohu, na hvězdy. Od té doby nechtěl být ničím jiným než astronomem. Otec však pro něj plánoval jinou kariéru, a tak Edwin nastoupil na univerzitu ke studiu práv. Ve volném čase se ale vzdělával v matematice, astronomii a v dalších přírodních vědách.

 

Byl velmi cílevědomý a v roce 1910 jej v Illinois vybrali za stipendistu roku. Za odměnu dostal tříleté placené stipendium na Oxfordské univerzitě v Londýně. Tam se opět nechal zapsat na práva a prošel podivuhodnou osobní proměnou. Vymanil se z amerických návyků a začal hovořit falešným anglickým přízvukem; naučil se nosit plášť a věčně toužil po šálku čaje. Jeho nová identita na každého nezapůsobila, ovšem studoval pilně a právnická kariéra se zdála nevyhnutelná. Jenže Oxford byl prodchnutý astronomií, vždyť tu žil a pracoval velký Edmond Halley. Navíc v roce, kdy Hubble do Oxfordu přijel, vrátila se Halleyova kometa s celou svou krásou a Hubble se začal tajně scházet s astronomy. V únoru roku 1913 přišla zlá zpráva. Hubbleův otec zemřel na onemocnění ledvin.

 

Hubble se v květnu po ukončení studií vrátil do Spojených států a místo, aby se věnoval právnické praxi, začal vyučovat fyziku a matematiku na střední škole v New Albany v Indianě. Pravda byla prostá. Bez otcovy ukotvující přítomnosti Hubbleovu pozornost neúprosně přitahoval vesmír. Na podzim roku1914 se nechal zaměstnat na Yerkesské observatoři Chicagské univerzity a pracoval na své disertační práci týkající se povahy spirálních mlhovin.

 

Když Amerika vstoupila do první světové války, pobyl Hubble krátce v armádě. Poté se přestěhoval do Mt. Wilsonu, kde byl jeho nadřízeným Hale. Na observatoři se Hubble setkal se Shapleyem – a kroužili kolem sebe jako kocouři. Hubble se po observatoři potuloval sám, ke kolegům se choval rezervovaně. Nosil výstřední pozorovací uniformu: jezdecké kalhoty, kožené ovinovačky na lýtkách a baret. Shapley na rozdíl od něho projevoval typický jižanský šarm, kterým Hubble pohrdal. A na rivalitu bylo založeno.

 

Jakmile Shapley odešel do Harvardu, Hubble se dral vpřed, a zatímco se Shapley v Harvardu snažil prokázat, jak dobrým dokáže být ředitelem, Hubble cílevědomě pokračoval ve studiu mlhovin. Přicházel večer co večer do observatoře a podle svého pečlivého plánu 4. října 1923 namířil dalekohled na Andromedu. Na jedné z fotografických desek zaznamenal, že mlžná spirála obsahuje tři samostatné hvězdy. Nejprve předpokládal, že se jedná o novy. Aby zkontroloval, zda si těchto podivných objektů nevšiml již někdo jiný, zašel do sbírky fotografických desek a začal je zkoumat.

 

Dvě z hvězd se skutečně ukázaly být novami, kterých si dosud nikdo jiný nepovšiml. Třetí měla jistou zvláštnost, protože na některých z dřívějších obrázků vidět byla, na jiných nikoli. Jednalo se o proměnnou hvězdu. Napadlo ho, že by se mohlo jednat o cefeidu. Aby se dobral pravdy, začal Andromedu fotografovat každou noc. Počátkem roku 1924 si všiml, že hvězda začala prudce měnit jasnost. Protože měl Hubble v ruce již data za celé měsíce, mohl s velkou jistotou zkonstruovat světelnou křivku. S údivem zjistil, že světelná křivka roste strmě a pak pomalu klesá. Jednalo se o cefeidu. Ještě více ho šokovalo, když hvězdu porovnal s tabulkami, jež používal Shapley k měření vzdáleností kulových hvězdokup. Perioda trvající něco málo přes měsíc signalizovala, že tato cefeida musí být sedm tisíckrát jasnější než Slunce.

 

Hubble s použitím Shapleyovy metody vypočítal, že vzdálenost hvězdy činí jeden milion světelných let, což je třikrát více než Shapleyův již beztak obrovský průměr Mléčné dráhy. Nemohlo být pochyb. Mlhovina v Andromedě je vzdálená samostatná galaxie. Z toho ovšem plynulo, že stovky tisíc dalších spirálních mlhovin jsou taktéž galaxiemi. Hypotéza o hvězdných ostrovech měla pravdu. Hubble nemohl odolat. Ihned začal psát: „Milý Shapley…“ Když dopis, doplněný grafy a výpočty, dorazil, Shapley zrovna hovořil s jednou z astronomek. Ta později vzpomínala, že jí Shapley psaní podal se slovy: „Tohle je dopis, který zničil můj vesmír.“

 

Shapley měl nicméně poslední slovo, pokud jde o pojmenování spirálních mlhovin: Astronomové hned začali přicházet s nápady jako ostrovní vesmír, extragalaktická mlhovina, vnější anagalaktická mlhovina atp. Shapley všechny předkládané názvy zavrhl. Prohlásil, že tyto objekty naprosto zřetelně nejsou ani mlhovinami ani vesmíry, a proto by se jim mělo říkat galaxie. Dávalo mu to perfektní smysl. Toto slovo je odvozené z latinského slova galaxia, tedy mléko, a tak se přece jmenuje naše Mléčná dráha odnepaměti, kdy jsme termín „galaxie“ ještě neměli. Hubble naopak termín galaxie nikdy nepřijal a až do své smrti v roce 1965 těmto kosmickým objektům tvrdošíjně říkal extragalaktické mlhoviny. Zkrátka rivalita až za hrob.

 

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017


komentářů: 4         



Komentáře (4)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

4
Tahiti (neregistrovaný) 03.03.2018, 10:42:36

Přenádherná sbírka hvězdných informací. Pro mě, jako pro laika, je to jako pohádka. Koho by neokouzlovaly hvězdy? Já,jako pouhá paní Červíčková, vnímám hvězdy jako zázrak...a bojím se jich. To nekonečné množství záhad je až strašidelné. Naše Zeměkoule je jen zrníčko písku. Někde něco víc zafouká, a kde budeme?
Plačící

3 Laudacio
František byl z toho papež (neregistrovaný) 02.03.2018, 16:41:42
.
Brilantně sepsáno. Asi by bylo dobré sérii tvých článků dostat na papír, neb jsou čivé, Světlonoši.

Krásný úvod do astrofyziky!
.

Petr Kalandra & Blues Session ‎– Petr Kalandra & Blues Session 1993

https://youtu.be/YK_289k4tDU
.
Usmívající se

Stella
2
Stella 02.03.2018, 10:54:12
Lidi jsou lidi, tu i tam! Ale v závislosti na našich představách o výjimečnosti určitých
prostředí se nám pak zdá, že to, co se u herce celkem předpokládá, u vědce možné není. Jenže určitě je. Musí s nimi být velká legrace!

O té paní, která třídila hvězdy, byl televizní dokument. Mnoho žen tehdy k podobné práci nepouštěli.

Ták dlouhé, Světlonoši! Mrkající

1 První dojem z článečku:
Starý kocour (neregistrovaný) 02.03.2018, 00:51:27
Vzhledem k novým a novým teoriím jak v astrofyzice tak i v jiných oborech by bylo zajímavé vědět, jestli ono škorpení / kariérismus pokračuje i dnes.
Člověk, který se zabývá tak odtažitými věcmi jako jsou hvězdy a galaxie se současně jeví jako nesnášenlivý módeman.
V kumštu to tak je, u vědců si to nedokážu dost dobře představit - a kromě pánů Grygara a Čurdy-Lipovského jsem nikdy s žádným vědcem nemluvil.

«     1     »