האסטרונום שהרחיב את היקום

בשנת 2011 הוענק פרס נובל בפיזיקה לשלושה אסטרונומים מארצות הברית ומאוסטרליה, על הגילוי כי היקום מתפשט בקצב מואץ. אולם עצם הרעיון שהיקום מתפשט בכלל לא היה מובן מאליו לפני פחות ממאה שנה. אפילו העובדות הידועות כיום לכל ילד, שהיקום גדול הרבה יותר מהגלקסיה שלנו – שביל החלב – ושהיא רק אחת מתוך גלקסיות רבות מאוד, לא היו ברורות כלל עד תצפיותיו של מי שהוגדר "האסטרונום הגדול ביותר במאה ה-20", ונולד השבוע לפני 130 שנה.

למרות הפרסום, לא זנח את העבודה המדעית. האבל בטלקסופ בהר וילסון | מקור: Science Photo Library

ספורטאי ומשפטן

אֶדְוִוין פָּאוֶול הָאבְּל (Hubble) נולד ב-20 בנובמבר 1889 בעיירה זעירה במדינת מיזורי. מילדותו הצטיין בספורט, בעיקר בכדורסל ובאתלטיקה, אך גם שיחק פוטבול ואפילו התאגרף. במקביל הוא גילה עניין רב במדע, ובייחוד באסטרונומיה, בין השאר בזכות סבו שבנה עבורו טלסקופ ליום הולדתו השמיני. את בית הספר התיכון סיים באילינוי, לשם עברה המשפחה.

כשביקש ללמוד מדעים באוניברסיטה, התעקש אביו שילמד משפטים כדי שתהיה לו הכנסה בטוחה. האבל נעתר, אבל לצד לימודי המשפטים באוניברסיטת שיקגו לקח גם קורסים בפיזיקה ובאסטרונומיה. כדי להשלים הכנסה במהלך התואר הראשון לימד האבל שיעורים פרטיים, וכן שימש עוזר במעבדתו של הפיזיקאי רוברט מיליקן (Millikan), שקיבל לימים פרס נובל בפיזיקה על גילוי המטען של האלקטרון ועל אישוש האפקט הפוטואלקטרי.

בעזרת המלצתו של מיליקן קיבל האבל ב-1910 מלגה יוקרתית ללימודים באוקספורד שבבריטניה. הוא המשיך שם בלימודי המשפטים, בעקבות הבטחתו לאביו הגוסס, ולמד גם לתואר שני בספרדית. לימודיו נקטעו עם מות האב ב-1913, והוא שב לארצות הברית. המשפחה עברה בינתיים לקנטקי, והאבל עסק שם תקופה קצרה מאוד במשפטים. אחר כך לימד מתמטיקה, פיזיקה וספרדית בתיכון, כדי לסייע בפרנסת אמו ואחיו, ואימן את קבוצת הכדורסל של בית הספר.

כעבור שנה, כשמצבה הכלכלי של המשפחה התייצב, פנה האבל להגשים סוף סוף את חלומו, והשלים תואר שני ודוקטורט באסטרונומיה באוניברסיטת שיקגו. בעבודת הדוקטורט הוא חקר וסיווג את הערפיליות – גופים שנראים ככתם מטושטש ומעורפל בשמי הלילה, בשונה מהכוכבים הבוהקים.

לקראת סיום הדוקטורט הוזמן להצטרף לסגל מצפה הכוכבים בהר וילסון שבקליפורניה, שהיה המשוכלל והמתקדם בזמנו. אבל בדיוק אז הצטרפה ארצות הברית למלחמת העולם הראשונה, והאבל התנדב לצבא. הוא עשה קורס קצינים, ובפנאי המועט שנותר לו השלים את חובותיו לדוקטורט. הוא נשלח לצרפת כקצין בגדוד חיל רגלים (לימים יתקדם עד לדרגה המקבילה לסגן אלוף). יחידתו הגיעה אחרי תום הקרבות, ולא הספיקה להשתתף בלחימה. האבל נשאר עוד שנה באוניברסיטת קיימברידג' בבריטניה, וכששב לארצות הברית ב-1919 התייצב בהר וילסון והתחיל – בגיל 30 – את עבודתו המחקרית העצמאית.

ספורטאי מצטיין. האבל כמאמן קבוצת הכדורסל של תיכון בקנטקי ב-1914 | מקור: Science Photo Library

הוויכוח הגדול

בראשית המאה ה-20, ולמעשה עוד קודם לכן, נחלקו האסטרונומים בשאלת טבען של הערפיליות. קבוצה אחת סברה שאלה גופים קטנים יחסית המצויים בתחומי שביל החלב – אולי בשוליו – ושאין כמעט כוכבים מחוץ לשביל החלב – שהיה לפי תפיסתם הגלקסיה היחידה ביקום. הקבוצה היריבה סברה שהיקום רחב הרבה יותר, והערפיליות הן גלקסיות רחוקות. כדי ליישב את המחלוקת זומנו נציגי שני הצדדים ב-1920 ל"ויכוח הגדול" – עימות פומבי בוושינגטון הבירה. שני הצדדים הציגו את עמדותיהם ואת הראיות המדעיות התומכות בהן, אך העימות לא הוכרע והמחלוקת נותרה בעינה.

האבל, שביקש להשיג ראיות מוצקות ליישוב המחלוקת, המשיך בתצפיות מדוקדקות על הערפיליות, וב-1923 זיהה בערפילית אנדרומדה (או בשמה המדעי M31), כוכב קפאידי (Cepheid) – כוכב שעוצמת אורו מתבהרת ומתעמעמת באופן מחזורי. בזכות פריצת דרך שהשיגה כמה שנים קודם לכן האסטרונומית הנרייטה ליוויט (Leavitt) אפשר היה להשתמש בקפאידים משתנים כאלה כסמני מרחק קוסמולוגיים.

האבל חישב ומצא שהכוכב שגילה – ולכן גם ערפילית אנדרומדה כולה – מרוחקים כ-900 אלף שנות אור מכדור הארץ. אסטרונומים העריכו אז כי קוטרו של שביל החלב הוא בין 100 אלף ל-300 אלף שנות אור, כך שלא היה ספק שאנדרומדה הרבה יותר רחוקה, ואינה יכולה להיות אלא גלקסייה נפרדת. כיום האומדן המקובל לקוטרו של שביל החלב הוא כ-100 אלף שנות אור, והמרחק של אנדרומדה מוערך ב-2.5 מיליון שנות אור.

תוך זמן קצר איתר האבל עוד קפאידים בערפילית אנדרומדה ובערפיליות נוספות. מדידת המרחק הניבה בכל המקרים תוצאות דומות: מדובר בגופים רחוקים הרבה יותר מהגבולות המשוערים של שביל החלב. בתחילת 1925 הוא דיווח על ממצאיו בכנס אסטרונומים בוושינגטון, זמן קצר לאחר שהעניין התפרסם אפילו ב"ניו יורק טיימס". "הערפיליות הסלילוניות, שנראות בשמיים כעננים מתערבלים, הן במציאות מערכות כוכבים רחוקות או 'איי יקומים', כפי שאישר מחקרו של ד"ר אדווין האבל מהר וילסון", דיווח העיתון, ולא שכח לטעות באיות של שם האסטרונום. לוח הצילום שעליו ציין בכתב ידו את הכוכב הקפאידי המשתנה (VAR!), שמור עד היום במכון קרנגי, המפעיל את המצפה בהר וילסון.

הגילוי של האבל יישב אחת ולתמיד את הוויכוח הגדול והממושך, והמחיש שהגלקסיה שלנו אינה היקום כולו, אלא רק אחת מגלקסיות רבות במרחבי היקום העצומים.

כוכב משתנה ששינה את התמונה. האבל עם צילום של גלקסיית אנדרומדה | מקור: Science Photo Library

היקום המתרחב

במקביל לעבודתו של האבל, הגיע אסטרונום אחר, וֶסְטוֹ סליפר (Slipher) לפריצת דרך מרשימה משלו. הוא מדד את מהירותן של הערפיליות באמצעות ספקטרוסקופ – מכשיר שמנתח את הרכב האור של כוכבים וגרמי שמיים אחרים ומאפשר למדוד את מהירותם וכיוונם בעזרת אפקט דופלר. על פי האפקט הזה, גלים המתקרבים אלינו (או אנו אליהם) ייראו לנו צפופים יותר, בעלי תדירות גבוהה מתדירותם ה"אמיתית", ואילו גלים שמתרחקים מאיתנו יגיעו בצפיפות נמוכה יותר.

האפקט הזה בגלי קול מסביר למשל את השינוי בצליל הסירנה של אמבולנס כשהוא מתקרב אלינו או מתרחק מאיתנו. אפשר למדוד אותו גם בגלי אור – במהירויות גבוהות הרבה יותר. בגופים שמתקרבים אלינו, ספקטרום הצבעים ינוע לכיוון אורכי הגל הקצרים, וייראה כחול יותר. לעומת זאת, גופים מתרחקים נמצאים בטווח הגלים הארוכים יותר של האור הנראה, ולכן נראים אדומים יותר. סליפר גילה כי ערפיליות רבות – כעת אנו יודעים שהעצמים שהוא ערך עליהם את המדידות שלו היו גלקסיות (כיום יש למונח ערפילית משמעות שונה באסטרופיזיקה) – מתרחקות מאיתנו במהירות עצומה, שמגיעה לעיתים לאלפי קילומטרים בשנייה.

מדענים, שסברו עד אז שהיקום פחות או יותר סטטי, התחילו לפתח תיאוריות פרועות בניסיון להסביר את תנועת הגלקסיות. האבל – שכבר היה אסטרונום בעל שם עולמי – הרגיש מחויב לנסות לפתור את הבעיה בעזרת הטלסקופ המשוכלל בהר וילסון.

איינשטיין השתכנע

לאחר שאימת את התצפיות של סליפר התחיל האבל לחפש קשר בין מהירות הגלקסיות למרחקן מאיתנו. סייע לו בכך בין השאר עמיתו מילטון יוּמֵסוֹן (Humason), שהתחיל את דרכו כמוביל פרדות כשמצפה הכוכבים בהר וילסון נבנה, המשיך כשרת ואיש תחזוקה והחל להשתתף בהדרגה בעבודת המחקר, עד שצורף לסגל המכון ואף קיבל בסופו של דבר תואר דוקטור באסטרונומיה בלי שסיים אפילו תיכון.

התצפיות של האבל, יוּמֵסוֹן ועמיתיהם הניבו עד מהרה קשר ברור בין מהירות הגלקסיות למרחקן מאיתנו, שזכה לשם "חוק האבל": ככל שגלקסיה רחוקה יותר, כך מהירותה גבוהה יותר. לגילוי הזה, שפורסם ב-1929, היו שתי השלכות מדעיות שטלטלו את עולם האסטרונומיה ואת תפיסתנו את היקום כולו. ראשית, אם הגלקסיות ממשיכות להתרחק במהירות זו מזו, פירוש הדבר שהיקום אינו סטטי, אלא מתרחב והולך – כמו בלון מתנפח. שנית, אם יש קשר כה הדוק בין המהירות למרחק, אפשר להסיק מכך כי בנקודה מסוימת בזמן נמצאו כל הגלקסיות באותו מקום. האבל חישב שהמצב הזה שרר לפי 1.8 מיליארד שנים, והניח בכך את היסודות הראשונים לתיאוריית המפץ הגדול. כיום מקובל לחשוב שהמפץ אירע לפני 13.8 מיליארד שנים.

האבל לא היה הראשון שהעלה את רעיון היקום המתרחב, או שהיקום התחיל בזמן מסוים. מדענים קודמים, שלא זכו להכרה רבה בימי חייהם, ובהם ז'ורז' למטר (Lemaitre) מבלגיה או אלכסנדר פרידמן (Friedmann) מרוסיה, צפו כי אפשר שהיקום מתרחב ושהוא התחיל מנקודה אחת.

מדען מפורסם הרבה יותר, אלברט איינשטיין, שפרסם ב-1916 את היחסות הכללית, הבין שהמשוואות שלו חוזות קריסה של היקום לתוך עצמו בשל הכבידה של מרכיביו. מכיוון שהיה משוכנע שהיקום סטטי, הוסיף איינשטיין לנוסחאות את הקבוע הקוסמולוגי, המבטא כוח דחייה וסותר את קריסת היקום. ב-1931, בביקור בהר וילסון, הכריז איינשטיין כי השתכנע מהתצפיות של האבל (וכי פרידמן ולמטר צדקו בתחזיותיהם). הוא מחק מהמשוואות את הקבוע הקוסמולוגי, ולימים כינה אותו "הטעות הגסה ביותר שעשיתי בחיי". רעיון המפץ הגדול המשיך לצבור חיזוקים מדעיים, עד שאושר סופית במדידות של קרינת הרקע הקוסמית בתחילת שנות ה-90.

אחד הזוגות החזקים והמפורסמים. אדווין האבל ורעייתו גרייס (ברק) | צילום: San Marino Tribune

כוכב בשמי הוליווד

במקביל לעבודתו המדעית נהנה האבל מחיי חברה ססגוניים וזוהרים. ב-1924 נשא לאישה את גרייס ברק (Burke) בתו של בנקאי קליפורני עשיר כקורח. מעמדה הכלכלי והצלחתו המדעית הפכו אותם לאחד הזוגות הידועים בהוליווד (שהר וילסון קרוב אליה מאוד). הם התרועעו עם שחקנים וידוענים אחרים, והזמינו אורחים מפורסמים רבים למצפה הכוכבים. ב-1937 היה האבל אורח הכבוד בטקס האוסקר, הוצג לקהל וזכה לתשואות ממיטב כוכבי הוליווד.

על אף פרסומו, האבל לא זנח לרגע את עבודתו האסטרונומית. הוא המשיך לחקור גלקסיות רחוקות אבל גם גילה אסטרואיד בתוך מערכת השמש שלנו. במסגרת עבודתו האסטרונומית הוא גם פרסם גם שני ספרים חשובים: "ממלכת הערפיליות", ו"הגישה התצפיתית לקוסמולגיה".

רק במהלך מלחמת העולם השנייה הוא התנתק זמנית מהקוסמולוגיה, עבר מקליפורניה למעבדות הצבא במרילנד והתגייס – כאזרח – למחקרים בליסטיים עבור הצבא. על תרומתו למאמץ המלחמתי הוענק לו אות לגיון ההצטיינות.

ב-1949 לקה האבל בהתקף לב, אך עד מהרה שב לעבודתו. ארבע שנים לאחר מכן מת במפתיע מקריש דם במוחו, ב-28 בספטמבר 1953, שבועות אחדים לפני היום הולדתו ה-64. לבקשתו לא נערכה לו הלוויה, והוא נטמן בקבר לא מסומן, שמקומו היה ידוע רק לרעייתו. "קשה לאמוד את גודל האובדן לאסטרונומיה", נכתב בהספד עליו בכתב העת האסטרונומי The Observatory.

כוכב עולה גם בין כוכבי הקולנוע. טקס האוסקר של שנת 1937 | מקור: Oscars.org

חותם עמוק

במשך שנים ארוכות נאבק האבל נגד ועדת פרס נובל לפיזיקה, שסירבה להכיר באסטרונומיה כתחום של הפיזיקה ועל כן גם להכיר בזכותם של האסטרונומים לפרס היוקרתי. זמן קצר לפני מותו קיבלה הוועדה לבסוף את עמדתו, וב-1953 הוא אף היה מועמד לפרס. אבל ההחלטה התקבלה מאוחר מדי עבורו: הוא לא הספיק לשמוע עליה, וגם אם הוועדה הייתה בוחרת בו הוא לא היה מקבל את הפרס, שאינו מוענק אחרי המוות.

האבל זכה בחייו בפרסים רבים אחרים, והותיר חותם עמוק בשמי הקוסמולוגיה. לא רק חוק האבל קרוי על שמו, אלא גם קבוע האבל, שמאפשר לחשב את קצב ההתפשטות של היקום, ולכן את מועד ראשיתו. גודל הקבוע אומנם השתנה עם השנים, בזכות שיפור באיכות המדידות, אבל העיקרון עצמו עדיין תקף. כמו כן קרוי על שמו סיווג האבל – השיטה שהמציא למיון ערפיליות לפי צורתן. על שמו נקראו גם מכתש על הירח ואסטרואיד. דיוקנו הופיע על בול דואר בארצות הברית, ונכתבו עליו כמה ביוגרפיות.

תרומה אדירה לחקר היקום. מעבורת החלל "דיסקאברי" מציבה את טלסקופ האבל במסלולו | הדמיה: NASA

בסוף המאה שעברה זכה האבל להנצחה המשמעותית ביותר, האחראית כנראה לכך ששמו מוכר כיום בכל העולם. טלסקופ החלל הכביר שהוצב במסלול סביב כדור הארץ ב-1990 נושא את שמו. למרות בעיות ותקלות רבות, טלסקופ האבל ניצב בחזית האסטרונומיה והאסטרופיזיקה כבר קרוב לשלושה עשורים, ותרם תרומה אדירה לחקר היקום. נראה שאין הנצחה ראויה מזו לאחד מגדולי האסטרונומים, שפענח בעצמו אחדים מהסודות הגדולים ביותר של היקום.

הטסלסקופ ששינה את האסטרונומיה - סרט של "דיסקאברי" על טלסקופ החלל האבל (באנגלית):