داستان ادوین هابل و انبساط عالم؛ روزی که درک ما از کیهان متحول شد
ادوین هابل یکی از بزرگ‌ترین رصدگران تاریخ بود که تلسکوپ فضایی هابل نیز به افتخار او نام‌گذاری شد. هابل با رصدهای دقیقش به یافته‌های بسیار مهمی دست یافت که انبساط عالم یکی از آن‌هاست. هابل با کشف انبساط عالم درک بشر از کیهان را تغییر داد و مسئله‌ای را وارد علم کیهان‌شناسی کرد که کماکان از بحث‌های مهم و تاثیرگذار است.
هابل در رصدخانه‌ی مونت ویلسون (Mount Wilson Observatory) در لس آنجلس مشغول به کار بود. در آن زمان تلسکوپ ۲/۵ متری این رصدخانه پیشرفته‌ترین تلسکوپ دنیا بود. این تلسکوپ که در سال ۱۹۱۷ میلادی ساخته شده بود تا سال ۱۹۴۹ کماکان بزرگ‌ترین تلسکوپ جهان بود.
راه شیری تنها کهکشان عالم نیست
تصویری تلسکوپی از کهکشان آندرومدا.
Credit: Miguel Claro
هابل با کمک این تلسکوپ به نتیجه‌ای خیره‌کننده دست یافت که درک ما از عالم را کاملا دگرگون کرد. در آن زمان تصور بر این بود که کهکشان ما، راه شیری، تنها کهکشان عالم است و تمام ستاره‌ها در آن قرار دارند. تمام کهکشان‌هایی که امروز آن‌ها را می‌شناسیم در آن زمان به عنوان سحابی‌هایی که درون کهکشان راه شیری قرار دارند شناخته می‌شدند. تا این که هابل جریان بازی را عوض کرد.
او موفق شد با تلسکوپ قدرتمندی که در اختیار داشت چند ستاره را در سحابی آندرومدا (آن‌طور که در آن زمان نام داشت) شناسایی کند. از شانس او این ستاره‌ها از دسته‌ی متغیرهای قیفاووسی بودند. ستاره‌هایی که نورشان در بازه‌ی زمانی مشخصی تغییر می‌کند. پیش از این اخترشناسان توانسته بودند رابطه‌ای میان نحوه‌ی تغییر نور این ستاره‌ها و فاصله‌شان برقرار کنند. بنابراین با رصد متغیرهای قیفاووسی می‌شد به راحتی فاصله‌ی آن‌ها از زمین را محاسبه کرد.
متغیرهای قیفاووسی ستاره‌هایی هستند که نورشان در بازه‌ی زمانی مشخصی تغییر می‌کند
هابل نیز از این روش بهره برد و به نتیجه‌ای خیره‌کننده دست یافت: طبق محاسبات او آندرومدا چیزی در حدود ۸۶۰ هزار سال نوری از زمین فاصله داشت. فاصله‌ای بسیار بیشتر از دورترین ستاره‌های کهکشان راه شیری. و این‌گونه بود که بشر فهمید کهکشانی که در آن زندگی می‌کند تنها کهکشان عالم نیست. هرچند که محاسبات ادوین هابل چندان دقیق نبود و اکنون می‌دانیم فاصله‌ی کهکشان آندرومدا از ما حدود ۲/۵ میلیون سال نوری است.
سخت می‌توان باور کرد که تا همین صد سال پیش بشر بر این باور بوده که راه شیری تنها کهکشان عالم است. و مرور دستاوردهای علم کیهان‌شناسی در این صد سال رشد شدید علم در قرن گذشته را نشان می‌دهد.
انبساط عالم
هابل پس از این کشف مهم کماکان به کار خود ادامه داد و کهکشان‌های بیشتری را زیر نظر گرفت. او در مرحله‌ی بعد از نتایج پژوهش‌های اخترشناس دیگری به نام وستو ملوین اسلیفر (Vesto Melvin Slipher) استفاده و تلاش کرد تا سرعت دور و نزدیک شدن کهکشان‌ها را محاسبه کند.
اصل ماجرا چندان پیچیده نیست. با دور یا نزدیک شدن منبع موج به ناظر تغییراتی در طول موج آن اتفاق می‌افتد که به آن اثر دوپلر می‌گویند. درست همان اتفاقی که در تغییر صدای آژیر آمبولاس در زمان دور و نزدیک شدنش به شنونده پدید می‌آید. با این تفاوت که این جا به جای صوت با نور سر و کار داریم.
پس از کشف انبساط عالم بود که اخترشناسان این ایده را مطرح کردند که احتمالا جهان با یک انفجار آغاز شده و چیزی شبیه به موج انفجار در حال دور کردن کهکشان‌ها از یک‌دیگر است.
اثر دوپلر در نور را می‌توان در تغییر طول موج منبع نور مشاهده کرد. با دور شدن منبع نور از ما طیف آن به سمت قرمز متمایل می‌شود که به آن انتقال به سرخ می‌گویند. در صورت نزدیک شدن منبع نور نیز شاهد انتقال به آبی خواهیم بود.
هابل و همکارانش با اطلاعاتی که در اختیار داشتند و رصدهایی که انجام دادند به این نتیجه رسیدند که کهکشان‌ها در حال دور شدن از یک‌دیگرند. یا به عبارتی دیگر عالم در حال انبساط است. انگار که کهکشان‌ها همچون نقاطی روی یک بادکنک پراکنده شده‌اند و با باد شدن بادکنک از یک‌دیگر دور می‌شوند.
طرحی ساده از انبساط عالم و دور شدن کهکشان‌ها از یک‌دیگر.
Credit: Eugenio Bianchi, Carlo Rovelli & Rocky Kolb.
این یافته خلاف تصورات پیشین بود. چرا که پیش از این دانشمندان گمان می‌کردند با وجود نیروی گرانشی که کهکشان‌ها به یک‌دیگر وارد می‌کنند اجرام عالم به یک‌دیگر نزدیک شوند. پس از کشف انبساط عالم بود که اخترشناسان این ایده را مطرح کردند که احتمالا جهان با یک انفجار آغاز شده و چیزی شبیه به موج انفجار در حال دور کردن کهکشان‌ها از یک‌دیگر است.
یکی دیگر از یافته‌های هابل این بود که با افزایش فاصله سرعت دور شدن کهکشان‌ها از یک‌دیگر بیشتر می‌شود. او با رصدها و محاسباتی که انجام داد متوجه شد نسبت سرعت دور شدن به فاصله‌ی کهکشان‌ها تقریبا عددی ثابت است و از آن جا مفهومی بسیار مهم در کیهان‌شناسی با نام ثابت هابل شکل گرفت. از آن زمان تا کنون تلاش‌های زیادی برای افزایش دقت اندازه‌گیری ثابت هابل صورت گرفته است. ردپای ثابت هابل در بسیاری از مسائل علم کیهان‌شناسی دیده می‌شود و از این جهت اندازه‌گیری دقیق آن اهمیت بسیار زیادی دارد.
در دهه‌های اخیر و با کشف انرژی تاریک و ماده‌ی تاریک ماجرای انبساط عالم پیچیده‌تر از قبل شده است.
یافته‌های هابل درباره‌ی انبساط عالم محاسبه‌ی سن عالم را نیز ممکن ساخت و در حال حاضر می‌دانیم عالم عمری در حدود ۱۳/۷ میلیارد سال دارد.
اکنون نود سال از کشف انبساط عالم می‌گذرد و دانشمندان کماکان در تلاش هستند تا فرآیند انبساط عالم را بهتر درک کنند.
تصویر کاور: طرحی گرافیکی از روند تکامل و انبساط عالم.
عالی بود.