天文学の歴史は、後退する地平線の歴史である。
Edwin Powell Hubbleはアメリカの天文学者でした。彼は銀河外天文学と観測宇宙論の分野を確立する上で極めて重要な役割を果たしました。
Hubbleは、以前は塵とガスの雲と考えられており、「星雲」として分類されていた多くの天体が、実は天の川銀河を超えた銀河であることを証明しました。彼は、1908年にHenrietta Swan Leavittによって発見された古典的なケフェイド変光星の光度と脈動周期の間の強い直接的な関係を使用して、銀河および銀河外の距離をスケーリングしました。
Hubbleは、銀河の後退速度が地球からの距離に伴って増加することの証拠を提供し、この特性は現在「Hubbleの法則」として知られています。ただし、これはGeorges Lemaîtreによって2年前にすでに提案され、観測的に実証されていました。Hubble–Lemaître法則は、宇宙が膨張していることを示唆しています。それより10年前に、アメリカの天文学者Vesto Slipherは、これらの多くの星雲からの光が強い赤方偏移を示していることの最初の証拠を提供しました。これは高い後退速度を示唆しています。
Hubbleの名前は、彼の名誉にちなんで名付けられたHubble Space Telescopeで最も広く認識されており、彼の故郷であるMissouri州Marshfieldには、その模型が目立つように展示されています。
初期生活と教育
Edwin Hubbleは、Missouri州Marshfieldで、Virginia Lee Hubble（旧姓James）1864–1934とは保険会社の経営者であるJohn Powell Hubbleの息子として生まれ、1900年にIllinois州Wheatonに移りました。若い頃、彼は知的能力よりも運動神経で知られていましたが、綴りを除くすべての科目で優れた成績を収めていました。Edwinは才能のある運動選手で、高校と大学の両方で野球、アメリカンフットボール、陸上競技をしていました。彼はバスケットボール場でセンターからシューティングガードまでさまざまなポジションをプレイしました。実際、Hubbleはシカゴ大学のバスケットボールチームを1907年の最初のカンファレンスタイトルに導きました。彼は1906年の高校陸上競技会で7つの1位と3位を獲得しました。
学部課程
シカゴ大学でのHubbleの研究は法律に集中しており、1910年までに理学士号を取得しました。Hubbleはまた、Kappa Sigma Fraternityのメンバーになりました。彼は学士号を取得した後、大学の最初のRhodes Scholarsの1人として、Oxford大学のQueen's Collegeで3年間を過ごし、当初は亡くなる父への約束として法律学ではなく科学を勉強しており、後に文学とスペイン語を追加し、最終的に修士号を取得しました。
1909年、Hubbleの父は家族をChicagoからKentucky州Shelbyvilleに移し、家族が小さな町に住むことができるようにしました。最終的にはその近くのLouisvilleに定住しました。彼の父は1913年の冬に亡くなり、その時Edwinはまだイギリスにいました。翌夏、Edwinは母、2人の姉妹、弟、そして兄のWilliamの世話をするために家に戻りました。家族はEdwinとWilliamに対応するために、Louisville's Highlands近所のEverett Avenueに再び移りました。
Hubbleはまた、孝行な息子であり、幼い頃から天文学に強い関心を持っていたにもかかわらず、まずシカゴ大学で、その後Oxford大学で法律を勉強するという彼の父の要求に従いました。この期間中、彼はいくつかの数学と科学のコースも取りました。1913年の彼の父の死後、Edwinはオックスフォードからミッドウェストに戻りましたが、法律を実践する動機がありませんでした。代わりに、彼はIndiana州New AlbanyのNew Albany High Schoolでスペイン語、物理学、数学を教え、また少年バスケットボールチームのコーチもしました。高校教育を1年した後、シカゴ大学の元教授の助けを借りて大学院に入学し、大学のYerkes Observatoryで天文学を勉強し、1917年にPh.D.を取得しました。彼の論文は「Photographic Investigations of Faint Nebulae」というタイトルでした。Yerkesでは、彼は当時世界で最も強力なテレスコープの1つにアクセスでき、それは革新的な24インチ61 cm反射鏡を備えていました。
博士課程
アメリカ合衆国が1917年にドイツに宣戦布告した後、Hubbleは軍隊に参加するためにPh.D.論文を急いで完成させました。Hubbleはアメリカ陸軍に志願し、新しく作成された第86部隊に配属され、第2大隊第343歩兵連隊で勤務しました。彼はメジャー(少佐)の階級に昇進し、1918年7月9日に海外勤務に適格であると判断されましたが、第86部隊は戦闘を見ることはありませんでした。第一次世界大戦の終結後、Hubbleはケンブリッジ大学で1年を過ごし、天文学の研究を再開しました。
キャリア
1919年、Hubbleは、天文台の創設者兼所長であるGeorge Ellery Haleからカーネギー科学研究所のMount Wilson Observatoryでの職員職を申し出されました。Hubbleは1953年の死亡まで、Mount Wilsonで職員として留まりました。彼の死の直前に、Hubbleはカリフォルニア州San Diego近くのPalomar Observatoryで新しく完成した巨大な200インチ5.1 m反射鏡Hale Telescopeを使用する最初の天文学者になりました。
Hubbleはまた、第二次世界大戦中にMarylandのAberdeen Proving Groundで弾道研究所の外部弾道支部の長として米陸軍の民間人として働きました。彼は大量の外部弾道研究を指揮し、爆弾および発射体の有効な火力を増加させました。彼の仕事は、外部弾道で使用される測定機器のためのいくつかの機器の個人的な開発によって促進されました。最も優れた開発は、爆弾および低速発射体の飛行特性の研究を可能にした高速クロックカメラでした。彼の研究の結果は、爆弾およびロケットの設計、パフォーマンス、および軍事効果の大幅な改善で認識されました。彼はこの仕事に対してメリット勲章を受けました。
発見
宇宙は天の川銀河を超えて広がる
Edwin Hubbleの1919年のMount Wilson Observatory、Californiaへの到着は、当時世界最大の100インチ2.5 m Hooker Telescopeの完成とほぼ一致していました。当時、宇宙の一般的な見方は、宇宙が完全に天の川銀河で構成されているということでした。Mount WilsonのHooker Telescopeを使用して、Hubbleはケフェイド変光星（銀河からの距離を決定するための手段として使用される星）を含むいくつかの渦巻き星雲(Andromeda NebulaおよびTriangulumを含む)で識別しました。彼の1924年に行われた観測は、これらの星雲が天の川の一部であるには遠すぎることを決定的に証明し、実際には1755年にImmanuel Kantの『General History of Nature and Theory of the Heavens』が登場した時点で少なくとも研究者によって疑われていた、私たち自身の外の全銀河でした。このアイデアは、特にHarvard Universityを拠点とするHarlow Shapleyによって、当時の天文学体系の多くに反対されていました。反対にもかかわらず、当時35歳の科学者であったHubbleは、最初に1924年11月23日にThe New York Timesで彼の発見を発表し、1925年1月1日のアメリカ天文学会の会議で他の天文学者に提示しました。Andromeda についてのHubbleの結果は、1929年までピアレビュー付き科学雑誌に正式に発表されませんでした。
Hubbleの発見は、宇宙に関する科学的見方を根本的に変えました。支持者は、Hubbleの私たちの銀河の外の星雲の発見が将来の天文学者の道を開くのを助けたと述べています。彼のより有名な同僚の何人かは単に彼の結果を笑ったにもかかわらず、Hubbleは最終的に彼の星雲に関する発見を発表しました。この発表された作品は、アメリカ協会賞というタイトルの賞と委員会のメンバーBurton E. Livingstonから500ドルを獲得しました。
Hubbleはまた、銀河を分類するための最も一般的に使用されるシステムを考案し、それらを写真画像での外観に従ってグループ化しました。彼は銀河のさまざまなグループをHubble sequenceとして知られるようになったものに配置しました。
赤方偏移は距離に伴って増加する
Hubbleは、さまざまな方法を使用して、24の銀河外星雲までの距離を推定することに進みました。1929年にHubbleは、これらの距離とそれらの赤方偏移から決定される放射状速度との関係を調査しました。彼の推定距離は現在、約7倍の因子まで、すべてが小さすぎることが知られています。これは、ケフェイド変光星の2種類があるか、または明るいガス雲を明るい星と混同しているなどの要因が原因でした。ただし、彼の距離はより或いは少なく真の距離に比例していました。彼の距離をVesto SlipherおよびPh.D.の彼の助手Milton L. Humasonによる銀河の赤方偏移の測定と組み合わせ、彼は銀河の距離とそれらの太陽運動に対して補正された放射状速度との間のほぼ直線的な関係を発見しました。これは後にHubbleの法則として知られるようになりました。
これは、2つの銀河間の距離が大きいほど、それらの相対分離速度が大きくなることを意味していました。このように解釈された場合、46個の銀河に対するHubbleの測定は、Hubble定数の値の500 km/s/Mpcをもたらします。これは、距離キャリブレーションのエラーによる宇宙距離はしごの方法の現在受け入れられている値74 km/s/Mpcまたはcmb方法の68 km/s/Mpcよりもはるかに高いです。
しかし、赤方偏移の理由は不明のままでした。ベルギーのカトリック司祭で物理学者であるGeorges Lemaîtreは、一般相対性理論のEinsteinの方程式に基づいた理論的根拠から赤方偏移距離関係を予測し、Hubbleの法則の発見の2年前にそれに対する観測的支持を発表しました。しかし、Hubble自身を含む多くの宇宙論者と天文学者は、Lemaîtreの仕事を認識していませんでした。Hubbleは彼の人生全体にわたってLemaîtreの解釈について疑わしいままでした。彼は彼の論文で「速度」という用語を使用し、導入では「見かけの放射状速度」を使用しましたが、後には彼はこれらを実際の速度として解釈することについて疑いを表明しました。1931年に、彼はオランダの宇宙論者Willem de Sitterに手紙を書き、赤方偏移距離関係の理論的解釈に彼の意見を表明しました。
Humasonと私は両方とも、星雲の速度と距離に関する論文のあなたの優雅な感謝に非常に敏感です。私たちは「見かけ」速度という用語を相関の経験的特性を強調するために使用します。解釈は、あなたと権限を持って問題を議論することができる非常に少数の他の人に任せるべきだと私たちは感じています。
今日、問題の「見かけの速度」は通常、宇宙の膨張により発生する適切な距離の増加と考えられます。拡大メトリクスを通過する光は、Hubble型の赤方偏移を経験します。これは、2つのメカニズムが近くの銀河の座標変換に関連する同等の説明になるDoppler効果とはやや異なるメカニズムです。
1930年代に、Hubbleは銀河の分布と空間曲率の決定に関与していました。これらのデータは、宇宙が平らで均質であることを示唆していましたが、大きな赤方偏移での平坦性からの逸脱がありました。Allan Sandageによると、
Hubbleは、赤方偏移補正が後退なしを仮定して行われた場合、彼のカウントデータがより合理的な結果を空間曲率について得たと信じていました。彼の執筆の最後まで、彼はこの立場を維持し、真の膨張が存在しないモデルに好むか、少なくとも開いていたため、赤方偏移は「自然の未知の原理を表しています」。
Hubbleの調査手法には、大きな赤方偏移での平坦性からの逸脱を示す方法論的な問題がありました。特に、この手法は銀河進化による銀河の光度の変化を考慮していませんでした。より早く、1917年に、Albert Einsteinは彼の新しく開発された一般相対性理論が、宇宙が膨張または縮小のいずれかでなければならないことを示唆していることに気づきました。彼自身の方程式が彼に言っていたことを信じることができず、Einsteinはこの「問題」を避けるために、宇宙定数（「fudge factor」）を方程式に導入しました。Einsteinはhubbleの赤方偏移について学んだとき、彼は一般相対性理論によって予測された膨張が実際に存在しなければならないことをすぐに認識し、後の人生では、彼は彼の方程式を変更することが「人生の最大の間違い」だったと言いました。実際、Einsteinは明らかに一度Hubbleを訪問し、宇宙が膨張していることを彼に確信させようとしました。
Hubbleはまた、1935年8月30日に小惑星1373 Cincinnattiを発見しました。1936年に彼は『The Observational Approach to Cosmology』と『The Realm of the Nebulae』を書き、銀河外天文学への彼のアプローチと主題の歴史に対する彼の見方を説明しました。
1941年12月、HubbleはMount Wilson telescopを使用した6年間の調査からの結果をアメリカ科学振興協会に報告しました。
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