Červený posun alebo ako Edwin Hubble dokázal, že vesmír sa rozpína

V roku 1919 nastúpil Edwin Hubble do práce v observatóriu Mount Wilson v Kalifornii, ktoré sa stalo jeho doživotným pracoviskom. V tom období bola najdiskutovanejšia otázka pôvodu hmlistých fľakov na oblohe nazývaných hmloviny. Väčšina astronómov bola toho názoru, že vesmír končí za hranicami Mliečnej cesty. Hubblovi kolegovia v observatóriu aj z tohto dôvodu predpokladali, že pozorované hmloviny sa nachádzali v našej Galaxii. Hubble však tušil, že to tak nie je. Prostredníctvom nového 100-palcového teleskopu sa začal venovať pozorovaniam, ktoré jeho domnienku čím ďalej tým viac potvrdzovali. Objavoval, sledoval a popisoval nové a nové galaxie podobné tej našej a tým sa mu podarilo „zväčšiť“ vesmír až stokrát. Ale to ho ani zďaleka neuspokojilo, vyčerpávajúco bádal ďalej. Zhotovoval množstvo snímok tých istých objektov, aby mohol pozorovať zmeny, ktoré nastali časom.

V roku 1929, desať rokov po príchode do observatória Mount Wilson, uverejnil Hubble dokument, v ktorom popísal výsledky svojej dlhoročnej práce. Počas výskumu, ktorý napokon publikoval, dospel k prelomovému tvrdeniu – vesmír sa neustále rozpína. Táto nová teória nebola len bezduchým predpokladom, bola ja vedecky podložená. To, čo ju neoblomne potvrdzovalo bolo výskumníkom známe už dekádu dozadu, ale Hubblovi sa to podarilo jednoznačne dokázať na mnohých konkrétnych prípadoch. Bol to červený posun.

Červený a modrý posun

Hubblovým spolupracovníkom a asistentom sa stal Milton Humason. Pozorovanie galaxií uskutočňovali spoločne. Hubble vedel, čo chce početnými pozorovaniami dokázať a za svojim cieľom si šiel. Bol si vedomý, že pred desiatimi rokmi astronóm Vestor Slipher zaznamenal u niekoľkých galaxií Dopplerov jav. U galaxií približujúcich sa k Zemi bol zmeraný modrý posun a galaxie od Zeme sa vzďaľujúce boli charakteristické červeným posunom. Červený posun predstavuje posun spektrálnych čiar galaxií k červenej farbe spektra. Ľudské oko je schopné vnímať elektromagnetické žiarenie o vlnovej dĺžke 400 – 800 nm. Toto rozmedzie v elektromagnetickom spektre predstavuje viditeľné svetlo. Pri krátkovlnnej hranici rozmedzia pozorujeme modrú, na dlhovlnnej červenú farbu. Vlnová dĺžka svetla prichádzajúceho zo vzdialených galaxií sa s narastajúcou vzdialenosťou zväčšuje, čo znamená, že je posunutá k červenej farbe spektra. Modrý posun predstavuje opak k červenému, Hubble sa mu však bližšie nevenoval. Rozborom posunu vlnových dĺžok sa zaoberal po prvýkrát už v roku 1842 Rakúšan Christian Ludwig Doppler, preto sú tieto procesy zaraďované k Dopplerovým javom.

Rýchlosť pohybu galaxií

Hubble chcel presadiť teóriu neustále sa rozpínajúceho vesmíru a tak sa spolu s Humasonom snažili zmerať červený posun u čo najväčšieho množstva galaxií, ako to len bolo možné. Na základe analýzy svetla dopadajúceho z galaxií tiež dospel k revolučnému objavu. Zostrojil diagram znázorňujúci závislosť rýchlosti vzďaľovania galaxie od jej vzdialenosti od Zeme. Výsledok bol jednoznačný – čím ďalej sa galaxia nachádza, tým rýchlejšie sa od nás vzďaľuje. To znamená, čím je rýchlosť vzďaľovania galaxie od Zeme väčšia, tým je červený posun výraznejší.

Na základe týchto zistení sformuloval v roku 1929 Edwin Hubble zákon všeobecnej expanzie vesmíru, známy ako Hubblov zákon. Jeho matematickým vyjadrením je Hubblov vzťah (Hubblova rovnica).

Hubble prišiel na to, že vzdialenejšie galaxie sa vzďaľujú rýchlejšie podľa rovnice: z=v/c, kde z = posun spektrálnej čiary v = rýchlosť vzďaľovania sa galaxie c = rýchlosť svetla

Následne dal Hubble do súvislosti vzdialenosť galaxie s rýchlosťou pohybu galaxie a tým vytvoril vzťah, ktorý dnes poznáme ako Hubblova rovnica: v=H.d, kde: v = rýchlosť pohybu galaxie vzhľadom k Zemi d = vzdialenosť galaxie od Zeme H = Hubblova konštanta

Hodnota Hubblovej konštanty bola počas života astronóma, ktorého meno nesie, známa len veľmi približne. Konštanta však predstavuje kľúčový prvok k odhaleniu veku a veľkosti vesmíru. Preto sa v súčasnosti vedci usilujú určiť jej hodnotu s čo najväčšou presnosťou. Najnovšie údaje zaznamenávajú neistotu len 3%, no pre vyriešenie otázky vzniku a osudu vesmíru je potrebné zmerať Hubblovu konštantu s presnosťou 1%. Za týmto účelom bol v roku 1990 na obežnú dráhu vypustený Hubblov vesmírny teleskop. Pôvodná hodnota konštanty, ktorú Edwin Hubble zaviedol v roku 1929 bola až 500 km/s na milión parsekov, no odstupom času sa stále znižuje. Podľa posledných meraní vykonaných sondou Planck v roku 2013 dosahuje hodnotu 67.15 ± 1.2 km/s na Mpc. (Viac v článku Hubblova konštanta)

Rozličné typy galaxií

Hubble mal pri tomto rozsiahlom výskume možnosť sledovať množstvo rozličných galaxií, čo dospelo k ďalšiemu jeho prínosu pre astronómiu. V priebehu pozorovaní si všimol, že všetky galaxie nevyzerajú rovnako, ale dali by sa rozdeliť do niekoľkých skupín na základe charakteristického vzhľadu. V roku 1925 ho to podnietilo k vypracovaniu prvej klasifikácie galaxií, ktorá je využívaná ešte aj dnes. Rozdelil ich na špirálovité, eliptické, šošovkovité a nepravidelné. V roku 1926 tiež ako prvý rozlíšil jednotlivé hviezdy v galaxiách a dokázal, že sú hviezdnymi sústavami. (Viac v článku Galaxie)