אדווין האבל

חייו

האבל נולד בשנת 1889 למשפחה אמריקנית ממעמד הביניים, בעיירה מארשפילד שבמדינת מיזורי. בילדותו עברה משפחתו לעיירה ויטון שבאילינוי, בשל עסקיו של אביו, סוכן הביטוח ג'ון האבל.
כשהיה האבל בן 8 קנה לו סבו טלסקופ שעורר את התעניינותו בנעשה בחלל. כבר בתקופת התיכון כתב מאמר על כוכב הלכת מאדים ופרסם אותו בעיתון מקומי.
בצעירותו הצטיין במיוחד באתלטיקה, נוסף על יכולתו האינטלקטואלית. את לימודי התואר הראשון סיים בקולג' בוויטון, ובשל הצטיינותו קיבל מלגה ללימודים מתקדמים באוניברסיטת שיקגו. אביו של האבל סבר כי לימודי משפטים הם הדרך הנכונה לבנו, והאבל למד באוניברסיטת שיקגו משפטים, אך השתתף גם בקורסים בנושאים שעניינו אותו יותר, ובהם פיזיקה ואסטרונומיה. בשנת 1910 זכה האבל במלגת רודז היוקרתית, שאותה העניק ססיל רודז לאמריקנים מצטיינים בלימודיהם הרוצים ללמוד באוניברסיטת אוקספורד. באוקספורד המשיך האבל בלימודי המשפטים, וקיבל תואר שני בשפה הספרדית. הגינונים הבריטיים שרכש באוקספורד ליווהו במהלך שנות חייו. בשנת 1913 מת אביו, והאבל שב לארצות הברית כדי לתמוך במשפחתו.
לאחר שובו לארצות הברית לימד האבל בבית ספר תיכון, ושימש גם מאמן כדורסל בתיכון המקומי. במקביל המשיך להגשים את חלומו להיות אסטרונום, והתקבל ללימודי תואר שני במצפה הכוכבים ירקס, שפעל בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת שיקגו. שם השלים את לימודיו והגיש עבודת דוקטורט שעסקה בחקר הערפיליות, וכותרתה "חקירה צילומית של ערפיליות חיוורות". חקר הגלקסיות עתיד להיות אחת מתרומותיו הגדולות של האבל למדע, אך בעת שכתב את הדוקטורט שלו, לא היה ידוע טיבם המדויק של הגופים המכונים "ערפיליות", והקהילה המדעית הייתה מפולגת בהשערות שונות באשר להן. עם כניסת ארצות הברית למלחמת העולם הראשונה בשנת 1917, מיהר האבל להגיש את עבודת הדוקטורט שלו, והתגייס לצבא. שם התקדם עד לדרגת מייג'ור. לאחר שירותו הצבאי שהה זמן מה באנגליה בטרם שב לארצות הברית בשנת 1919, כדי לעבוד במצפה הר וילסון שליד לוס אנג'לס את המשרה הזאת הציע לו האסטרונום ג'ורג' אלרי הייל , מייסד המצפה.
במצפה וילסון, שבו הושלמה זמן קצר קודם לכן התקנתו של הטלסקופ בעל המראה המחזירה בקוטר 100 אינץ' (2.54 מטר) על שם הוקר (Hooker) , שהיה עד 1948 הטלסקופ הגדול בעולם, ערך האבל את תצפיותיו החשובות שהביאו לתגליות אסטרונומיות פורצות דרך, ובו עבד עד יום מותו. ב־1923 הצליח לראשונה לראות משתנים קפאידיים בגלקסיית אנדרומדה. גילוי זה חשף כי מדובר בגלקסיה נוספת לשביל החלב, ולא לערפילית בתוכו. בעקבות כך פרסם ב-1924 את תגליתו הגדולה הראשונה, כי הגלקסיות הן למעשה צבירי כוכבים ענקיים ורחוקים, ולא, כפי שסברו רבים עד אז, גופים קטנים המצויים בתוך שביל החלב. תגלית זו נעשתה באמצעות מדידת המרחק אל גלקסיית אנדרומדה, אותו העריך ב-900,000 שנות אור. בשנת 1929 פרסם את תגליתו הגדולה השנייה, כי הגלקסיות מתרחקות זו מזו במהירות עצומה, וכי יש יחס קבוע בין המרחק שבין הגלקסיות ובין המהירות שבה הן מתרחקות זו מזו. תגלית זו הייתה אישוש אמפירי להשערות שהועלו בתקופה זו, שהביאו בסופו של דבר לביסוס התאוריה המקובלת כיום בדבר התהוות היקום, תאוריה הקרויה "המפץ הגדול".
ב-26 בפברואר 1924 התחתן האבל עם גרייס ברק.
ב-1926 קבע את הסיווג המורפולוגי של הגלקסיות המוכר כסיווג האבל. ב-30 באוגוסט 1935 גילה את האסטרואיד 1373 Cincinnati .
תגליותיו של האבל זיכו אותו במעמד מוביל בקהילייה האסטרונומית בארצות הברית ובעולם. באותה תקופה האבל קנה לעצמו שם של מדען והפך לידוען. הוא בילה דרך קבע בחוגים החברתיים של הוליווד ואף אירח כוכבי קולנוע במצפה הר וילסון. האבל נהנה מאורח חיים זה. ב-1938 זכה במדליית ברוס, וב-1940 במדליית זהב מטעם האגודה האסטרונומית המלכותית. הוא המשיך בעבודתו המדעית ברציפות, פרט לתקופת מלחמת העולם השנייה, שבה שירת בבסיס הניסויים אברדין של צבא ארצות הברית, עסק בו בחקר הבליסטיקה, וזכה לעיטורים על מחקריו, ובהם אות לגיון ההצטיינות על תרומה יוצאת דופן במחקר בליסטי ב-1946.
ב-26 בינואר 1949 נחנך במצפה הר פאלומר טלסקופ הייל בקוטר 200 אינץ', והאבל התכבד לחנוך אותו ולבצע בו את התצפית הראשונה. טלסקופ זה שימש את האסטרונום הגרמני ולטר באדה לעדכון תצפיתו החלוצית של האבל משנת 1920, ולקביעה, בשנת 1952, כי המרחק אל גלקסיית אנדרומדה הוא יותר מפי שניים מכפי שקבע האבל. אף שתצפית מעודכנת זו לא סתרה את ההנחה הבסיסית של האבל כי הגלקסיות הן צבירי כוכבים רחוקים, אלא רק חיזקה אותה, חש האבל כי התגלית פגעה במוניטין שלו.
כל חייו נאבק האבל למען מתן פרס נובל לפיזיקה לאסטרונומים. ועדת פרס נובל סברה כי האסטרונומיה אינה עיסוק הכלול במסגרת הפיזיקה, והאבל נאבק לשינוי ההגדרה. מעט לפני מותו קיבלה ועדת הפרס את טענתו, ואף החליטה להעניק לו את הפרס, אלא שהוא מת בטרם הוכרז רשמית על זכייתו, ופרס נובל אינו מוענק לאחר המוות. אף שדיוני הוועדה חסויים, חשו חבריה אנריקו פרמי וסוברהמניאן צ'נדראסקאר צורך ליצור קשר עם אלמנתו, ולספר לה על החלטתם.
האבל מת משבץ מוחי בן 63 בסן מרינו שבקליפורניה. הוא נקבר על ידי אשתו, גרייס, אשר סירבה לחשוף את מקום קבורתו.
האבל חונך לנצרות, אך מאוחר יותר הפך לאגנוסטי.
תרומתו של האבל למחקר האסטרונומי מוערכת גם כיום, והוא נחשב לאחד מגדולי האסטרונומים בכל הדורות. על שמו קרויים האסטרואיד 2069 האבל, מכתש האבל על הירח וטלסקופ החלל האבל.

תגליתו של האבל

עוד בשנת 1908 צפתה חלוצת האסטרונומיה האמריקנית הנרייטה ליוויט בכוכבים מסוג משתנים קפאידיים, ועסקה במדידת מחזור השתנות הבהירות שלהם. היא גילתה כי לגבי סוג זה של כוכבים, שאורם משתנה מבהיר יותר לעמום יותר ובחזרה במחזורים קבועים, קיים קשר בין זמן המחזור ובין הבהירות המוחלטת שלו, המשקפת את עוצמת פליטת האור של הכוכב. עבודה של מדענים נוספים הובילה ליכולת לחשב, לפי מידת הבהירות הנראית מכדור הארץ, את המרחק בין המשתנה הקפאידי ובין כדור הארץ. תגלית זו הפכה את המשתנים הקפאידיים ל"נר תקני". בראשית המאה ה-20 היו יכולים האסטרונומים לחשב לפי מחזור ההשתנות של הכוכב ובהירותו הנצפית את מרחקו מכדור הארץ.
ב-4 באוקטובר 1923 ערך האבל, באמצעות הטלסקופ במצפה הר וילסון ובעזרת עמיתו למחקר מילטון יומאסון, תצפית לעבר גלקסיית אנדרומדה, וגילה שם קפאיד משתנה. תגלית זו הובילה ליכולת לחשב את המרחק של גלקסיית אנדרומדה מכדור הארץ. חישובו של האבל הראה כי הגלקסיה רחוקה מעמנו מרחק של כ-900,000 שנות אור, הרבה מעבר לגודלו הנצפה של שביל החלב, ומכיוון שכך הוא, ברור כי היא חיצונית לו. בכך הכריע האבל את "הוויכוח הגדול". כיום, לאחר בדיקה בטכניקות שלא עמדו לרשותו של האבל, ידוע כי מרחקה של הגלקסיה גדול בהרבה, וכי הוא עומד על למעלה מ-2.5 מיליון שנות אור.
האבל ייחד זמן ומאמץ כדי לאמת את הממצא התצפיתי החשוב שגילה רק לאחר מספר חודשים, בפברואר 1924, פרסם את תוצאות המחקר במכתב לשפלי, האסטרונום שנקט בוויכוח הגדול את העמדה ההפוכה לזו שהתבקשה מתגליתו של האבל. תגליתו של האבל הוכרה מיד כתגלית חשובה. ההכרה בכך ששביל החלב הוא אך גלקסיה אחת מני רבות ביקום ענק הייתה לנחלת הכלל.

הסחה לאדום

רבים מייחסים להאבל את התגלית לגבי ההסחה לאדום של הגלקסיות, אך למעשה התגלית נחשפה עוד בשנת 1912 על ידי האסטרונום האמריקני וסטו סליפר. בתחילת המאה ה-20 החל השימוש בספקטרוסקופיה – הפרדת גלי האור הנראה מן הכוכב למרכיביהם וניתוח התוצאות – להיות למרכיב מרכזי באסטרונומיה. התוצאה אפשרה למדענים לעמוד על הרכבם של הכוכבים ולבחון מאילו חומרים הם עשויים. תוצאה נוספת היא שהיה ניתן לבדוק את ההסחה לאדום או לכחול של הגלקסיות, כלומר אם הן מתרחקות מאתנו או מתקרבות אלינו. ידע זה מבוסס על אפקט דופלר, ולפיו אורה של גלקסיה המתקרבת לכדור הארץ מוסט מעט לכיוון הצבע הכחול בקשת הצבעים (אורך הגל קָטֵן), ואילו אורה של גלקסיה מתרחקת מוסט לכיוון האדום. בהינתן העובדה כי יש באור הגלקסיות מרכיבים המשקפים הימצאות יסודות כימיים שפליטת האור שלהם ידועה, ניתן למדוד את מידת ההסחה ואת כיוונה. כיום ידוע שאין גלקסיות רחוקות בעלות הסחה לכחול.
סליפר, שעבד במצפה הכוכבים לוול על שם פרסיבל לוול, היה הראשון שגילה כי אורן של רוב "הערפיליות הספירליות" הנצפות מכדור הארץ מוסט לאדום, דהיינו הן מתרחקות והולכות מעמנו. הוא פרסם תגלית זו בביטאון מצפה הכוכבים של לוול, ולאחר שלוש שנים גם בירחון "Popular Astronomy". בירחון זה כתב כי מדד 15 ערפיליות ספירליות הפזורות באופן שווה פחות או יותר על פני המרחב הנצפה, וכולן, פרט לשלוש, נצפו כמתרחקות מכדור הארץ. את עבודתו של סליפר השלימו אסטרונומים נוספים, ג'יימס אדוארד קילר וויליאם וואלאס קמפבל. בתחילת שנות ה-20 הייתה הבנת "ההסחה לאדום" של ה"ערפיליות", שכיום ידוע שהן גלקסיות מחוץ לשביל החלב, אחת הבעיות הפתוחות החשובות בשדה האסטרונומיה.

תגליותיו של האבל והמפץ הגדול

עוד בשנת 1922 התנגד המדען יהודי-רוסי אלכסנדר פרידמן ל"קבוע הקוסמולוגי" של איינשטיין, וטען כי אנו חיים ביקום דינמי ומתפשט, ולו ראשית, ואולי גם אחרית, בניגוד למודל הסטטי שחייב "הקבוע הקוסמולוגי". פרידמן טען כי אם היה מקור היקום בנקודה בודדת שהחלה להתפשט לאחר פיצוץ גדול, הרי שלהתפשטות היקום יש תנע, המסביר את התרחקות הגלקסיות זו מזו, על אף כוחות הכבידה האמורים לקרב ביניהן.
שילוב עבודתו של פרידמן עם עבודתם של נוספים ובהם ז'ורז' למטר וג'ורג' גאמוב, הפך את תגליותיו של האבל לאבן הבסיס בראייה הקוסמולוגית החדישה. המהלך המחשבתי אותו הוליכו פרידמן, גאמוב ולמטר הוא כי אם כיום הגלקסיות מתרחקות זו מזו, ומהירותן גדלה ככל שהן מתרחקות, כפי שהוכיחו תצפיותיו של האבל, הרי שאם נדמה לעצמנו את החזרת רצף הזמן לאחור, נראה מצב שבו הגלקסיות קרבות זו לזו, עד שהתחילו בנקודת מוצא אחת, היא אותה נקודה זערורית, שהייתה אז היקום כולו. על פי תאוריה זו, נקודה זו התרחבה עם הזמן וכיום היא מהווה את היקום המוכר לנו. כיום, חוק האבל, עם ממצאים נוספים, אינו אלא ביסוס ניסיוני לתאוריית המפץ הגדול.
האבל עצמו לא הביע מעולם תמיכה בפרשנות שממצאיו זכו לה. במכתב שכתב ב-1931 לדה-סיטר, כתב: "אנו משתמשים במונח 'מהירות נצפית' כדי להדגיש את הפן האמפירי של המתאם. את הפירוש, כך אנו מרגישים, יש להשאיר לך ולמתי מעט אחרים שיש בידם הסמכות המדעית לדון בנושא".

מבנה היקום

במהלך שנות ה-20 ושנות ה-30 השקיע האבל מאמץ רב בניסיון לקבוע את תפוצת הגלקסיות ביקום. הוא מדד את בהירותן הנראית של הגלקסיות וספר אותן. הבהירות הנראית יכולה לרמוז על מרחק הגלקסיה מאתנו, ולכן היה האבל יכול למצוא את צורת הפיזור של הגלקסיות ביקום. פיזור זה יכול להעיד על מבנה היקום, כלומר על הרכבו ועל צורתו. אם, למשל, תפוצת הגלקסיות הומוגנית, כלומר כמות הגלקסיות ליחידת נפח קבועה, הרי ניתן להסיק שצורת היקום "שטוחה", או במילים אחרות יש לו גאומטריה אוקלידית. במדידה זו יש לבצע תיקון לבהירות של הגלקסיות הרחוקות שאורן מוסט לאדום באופן משמעותי, משום שמדידת הבהירות התבצעה בתחום הנראה בעוד שההסטה לאדום גרמה למרבית האור להיות בתחום התת-אדום שנבלע באטמוספירת כדור הארץ.
האבל מצא כי באזור הקרוב אלינו תפוצת הגלקסיות אכן הומוגנית, אולם כדי לשמור על הומוגניות זו גם בטווחים גדולים יש לבצע את התיקון הדרוש בבהירותן של הגלקסיות הרחוקות. למרות התוצאות, התקשה האבל לקבל את המסקנה הנלווית לחוק הנושא את שמו ולפיה ההסחה לאדום נובעת מהתרחקות אמיתית של הגלקסיות, והוא "האמין שהממצא התצפיתי בדבר הסחה לאדום אינו מייצג התפשטות אמיתית של היקום, כי אם עיקרון של הטבע שאינו ברור עדיין".
אורן של הגלקסיות הרחוקות עזב אותן לפני מיליארדי שנה. כיום אנו יודעים כי בתצפיות אלו של האבל לא נלקחו בחשבון שינויים באורן של הגלקסיות לאורך הזמן, ושיטה זו לא מקובלת עתה למציאת צורת היקום, והגאומטריה (העקמומיות) שלו נמדדת בדרך אחרת. כיום משתמשים במדידות קרינת הרקע הקוסמית כדי לקבוע אם הגאומטריה אוקלידית או לאו. הממצאים העדכניים של לוויין המחקר WMAP מראים בוודאות גבוהה למדי שהיקום אכן שטוח.