Harlow Shapley nie tylko patrzył w gwiazdy. Nakreślił mapę pustki pomiędzy nimi. Urodzony w 1885 roku w Nashville w stanie Missouri, ten amerykański astronom ostatecznie zmienił nasze rozumienie naszego miejsca w kosmosie. Jego praca nie tylko poprawiała liczby. Odsunęło całe centrum Drogi Mlecznej od Ziemi.
Przed Shapleyem ludzkość wolała myśleć o sobie jako o centrum. Byliśmy osią. Słońce znajdowało się w centrum galaktyki. Logika wydawała się bezbłędna, gdy patrzyliśmy na nocne niebo tylko z naszego konkretnego punktu obserwacyjnego. Shapley udowodnił, że to nieprawda. Doszedł do wniosku, że Słońce leży w pobliżu centralnej płaszczyzny Galaktyki Drogi Mlecznej, ale jest daleko od jej centrum. Znajduje się około 30 000 lat świetlnych od centrum. To bardzo daleko od imprezy.
To nie był ani jeden moment eureki. To była ciężka praca obliczeniowa. Wszystko zaczęło się w 1911 roku. Shapley ściśle współpracował z Henrym Norrisem Russellem, aby rozszyfrować kod rozmiaru gwiazdy. Skoncentrowali się na systemach dualnych. Są to pary gwiazd krążące wokół wspólnego środka masy. Kiedy się zaćmiewają, ich światło słabnie. To osłabienie jest mierzalne. To są dane.
Shapley wykorzystał te pomiary do określenia fizycznych rozmiarów gwiazd. Zamienił krzywe blasku w rzeczywistość fizyczną. Metoda ta stała się standardową procedurą od ponad 30 lat. Był to złoty standard pomiaru rozmiarów gwiazd. Jeśli chciałeś wiedzieć, jak duża jest gwiazda, przyglądałeś się jej zaćmieniom. Shapley zbudował linijkę.
Ale pojawił się problem. Niektóre gwiazdy zachowały się inaczej. Pulsowały. Były one znane jako gwiazdy zmienne cefeidy. Inni astronomowie uważali, że są to po prostu pary gwiazd zaćmiających się nawzajem. Shapley dostrzegł błąd. Pokazał, że cefeidy nie mogą być parami gwiazd, które się zaćmiewają. Matematyka się nie zgadza. Zmiany jasności były zbyt trudne. Zbyt rytmiczne.
Zajrzał więc głębiej. Jako pierwszy zaproponował, że są to gwiazdy pulsujące. „Oddychają”. Rozszerzają się i kurczą. Ta różnica miała znaczenie. Wyjaśniło to zamieszanie w tym obszarze. Umożliwiło to astronomom późniejsze wykorzystanie tych gwiazd jako „standardowych świec” – przyrządów do pomiaru ogromnych odległości w przestrzeni kosmicznej. Po prawidłowym określeniu ich natury Shapley zrobił coś więcej niż tylko sklasyfikowanie typu gwiazd. Dało to możliwość zmierzenia prawdziwego rozmiaru galaktyki.
Zmarł w Boulder w Kolorado 20 października 1972 roku. Słońce pozostało na swoim miejscu, wisząc na obrzeżach galaktyki. Nie przeprowadziliśmy się. Ale nasza mapa się zmieniła. Nauczyliśmy się, że nie jesteśmy w centrum niczego. Tylko niewielka część znacznie większego, obojętnego systemu.
Ponowne przemyślenie naszego miejsca we Wszechświecie
W 1914 roku Harlow Shapley został członkiem personelu Obserwatorium Mount Wilson w Pasadenie w Kalifornii. Nagrodą był 1,5-metrowy system teleskopowy typu refleksyjnego. Był to największy instrument na niebie, a Shapley użył go do sporządzenia mapy gromad kulistych Drogi Mlecznej. To nie były byle jakie gwiazdy. Były to gęste, kuliste gromady, liczące do miliona słońc każda.
W tym czasie astronomowie znali około 100 takich gromad. Shapley zauważył coś dziwnego. Jedna trzecia z nich znajdowała się w gwiazdozbiorze Strzelca. To nie był przypadek. Zastosował nową metodę szacowania odległości. Metoda ta została oparta na gwiazdach zmiennych typu RR Lyrae. Gwiazdy te pulsują z określoną częstotliwością. Ich okres jasności jest bezpośrednio powiązany z ich jasnością. Jeśli znasz okres pulsacji, znasz prawdziwą jasność. Gdybyś znał prawdziwą jasność i pozorną jasność, mógłbyś określić odległość.
Dane namalowały obraz. Gromady utworzyły kulę. Środek tej kuli wskazywał na Strzelca. Wydawało się logiczne, że gromady krążą wokół centrum galaktyki. Więc Shapley dokonał obliczeń. Umieścił Słońce w odległości około 50 000 lat świetlnych od jądra galaktyki. (Późniejsze prace dostosowały tę wartość do 30 000). To był szok. Przed Shapleyem wszyscy wierzyli, że Słońce znajduje się w pobliżu centrum Drogi Mlecznej. Po prostu zniszczył to założenie. Jego obliczenia dostarczyły pierwszego realistycznego oszacowania prawdziwego rozmiaru galaktyki. To na zawsze zmieniło astronomię galaktyczną.
Wielka Debata 1920 r
Podczas gdy Shapley poszerzał granice Drogi Mlecznej, astronomowie mieli inny problem. Czym były mgławice spiralne? Obiekty takie jak Mgławica Andromedy pojawiały się jako słabe rozmycia. Niektórzy myśleli, że to małe obłoki w naszej galaktyce. Inni wierzyli, że były to całe galaktyki.
To napięcie osiągnęło punkt kulminacyjny w otwartej konfrontacji 26 kwietnia 1920 r. Narodowa Akademia Nauk zebrała się w Waszyngtonie. Na podium stały dwie osoby. Po jednej stronie był Shapley. Z drugiej strony amerykański astronom Heber Curtis. Ich starcie stało się znane jako Wielki Spór. Nie było jasnego zwycięzcy, ale uwypukliło to, że stawka jest wysoka.
Curtis odrzucił zaproponowany przez Shapleya ogromny rozmiar Drogi Mlecznej. Argumentował, że jeśli galaktyka jest tak duża, to nie można w niej zlokalizować mgławic. Wierzył, że mgławice spiralne są niezależnymi „wszechświatami wyspowymi”. Shapley trzymał się skali Drogi Mlecznej. Twierdził jednak, że mgławice spiralne to po prostu obłoki gazu, przypominające gromady kuliste, rozproszone po całej naszej galaktyce.
Historia przyznała rację Curtisowi w kwestii mgławicy. To naprawdę były różne galaktyki. Ale Shapley miał rację co do wielkości naszej własnej galaktyki. Wszechświat okazał się znacznie większy, niż ktokolwiek mógł sobie wyobrazić. Dla obu zawodników było to burzliwe zwycięstwo.
Strefy starsze i nadające się do zamieszkania
Shapley nie zatrzymał się na Drodze Mlecznej. Badał pobliskie galaktyki, ze szczególnym uwzględnieniem Obłoków Magellana. Zauważył, że galaktyki nie unoszą się samotnie. Grupują się razem. Nazwał te gromady „metagalaktykami”. To określenie gromad galaktyk pomogło ukształtować nasze rozumienie struktury wielkoskalowej.
W 1953 roku Shapley zaproponował teorię, która nadal kieruje naszymi poszukiwaniami życia. Nazwał go „pasem ciekłej wody”. Pomysł był prosty, ale głęboki. Planeta musi znajdować się w pewnej odległości od swojej gwiazdy. Jeśli jest zbyt blisko, woda się zagotuje. Jeśli jest za daleko, zawiesza się. Tylko w tym pasie planeta może utrzymać atmosferę i wodę w stanie ciekłym. Obecnie nazywamy to strefą zamieszkiwalną. Pozostaje to podstawową koncepcją w astrobiologii.
Jego kariera przeniosła się z Mount Wilson na Uniwersytet Harvarda. Został tam profesorem. W 1921 roku został dyrektorem Obserwatorium Harvarda. Funkcję tę sprawował do 1952 r. Po rezygnacji zachował tytuły emerytowanego dyrektora i profesora astronomii Payne’a.
Pozostawił po sobie bogatą bibliografię. W 1930 roku ukazała się książka „Gwiezdne Gromady”. Jej następcą były „Loty z Chaosu”. Galaktyki opublikowano w 1943 r. Późniejsze prace to The Inner Metagalaxy (1957) i Of Stars and Men (1958). Ostatni z nich doczekał się ekranizacji w 1962 roku. Był także ojcem Lloyda Shapleya, zdobywcy Nagrody Nobla w dziedzinie ekonomii.
Człowiek, który zepchnął Słońce na krańce galaktyki, pomógł także ustalić, gdzie indziej może istnieć życie. Wszechświat stał się większy, ale poszukiwanie w nim sensu stało się bardziej precyzyjne. Nadal obserwujemy te gromady.
