Den Store Debat er en diskussion i astronomiens historie , der fandt sted i 1920. Den store debat handlede om parametrene for vores galakse og arten af "spiraltåger", nu kendt som spiralgalakser . Det indeholdt Harlow Shapley og Geber Curtis .
Der var mange uoverensstemmelser mellem Shapley og Curtis, billederne af det generelle syn på universet i modellerne af Shapley og Curtis var forskellige. I Shapleys model havde vores galakse en stor størrelse, Solen blev fjernet fra dens centrum, og spiraltågerne var inde i den og var kun gasskyer, mens Shapley ikke udelukkede, at andre galakser kunne eksistere uden for synlighed af moderne instrumenter. I Curtis' model var Solen i centrum af en relativt lille galakse, og spiraltågerne var stjernesystemer ligesom vores galakse.
Begge deltagere i den store strid viste sig at have delvis ret. Så i spørgsmål om størrelsen af galaksen og solsystemets position i den viste Shapley sig at være tættere på sandheden, og i spørgsmål relateret til spiraltåger havde Curtis ret. Efterfølgende, mere nøjagtige målinger af vores galakse viste, at dens diameter er 30 kiloparsecs, og Solen er i en afstand af 8 kiloparsecs fra dens centrum. Spiraltåger viste sig at være fjerne stjernesystemer, der ligner vores galakse.
I begyndelsen af det 20. århundrede var den almindelige misforståelse, at Solen befandt sig i eller nær midten af Mælkevejen . Forskellige astronomer, begyndende med William Herschel , brugte metoden til stjernetælling og modtog et sådant resultat på grund af interstellar absorption af lys , som skabte illusionen om den største koncentration af stjerner nær Solen. Størrelsen af galaksen, for eksempel, ifølge resultaterne af 1910 af Karl Schwarzschild , var 10 kiloparsecs . I 1917 bestemte Harlow Shapley , der målte afstandene til kugleformede stjernehobe og undersøgte deres udbredelse på himlen, galaksens størrelse som 100 kiloparsecs, og afstanden fra Solen til dens centrum som 13 kiloparsecs. Selvom begge disse værdier viste sig at være overvurderet, var Shapley den første til at vise, at Solen er langt fra centrum af vores galakse [1] [2] , men denne idé blev ikke umiddelbart accepteret [3] . Efterfølgende forfinede Shapley sit skøn [4] .
Derudover vidste man på det tidspunkt endnu ikke, om "spiraltågerne", nu kendt som spiralgalakser , var objekter i vores galakse , eller om de var fjerne stjernesystemer. Hypotesen om, at nogle tåger er fjerne stjernesystemer, dukkede op allerede i det 18. århundrede, og astronomernes generelle mening om dette spørgsmål har ændret sig mange gange: der var praktisk talt ingen data om afstanden til tåger [3] [5] .
I 1919 besluttede George Ellery Hale at organisere en diskussion om universets størrelse. Det fandt sted den 26. april 1920 ved US National Academy of Sciences i Washington . Talerne ved det var astronomerne Harlow Shapley fra Mount Wilson Observatory og Geber Curtis fra Lick Observatory : hver af dem holdt et foredrag, hvor han udtrykte sit synspunkt om universets størrelse og parametrene for vores galakse. Diskussionen blev kaldt The Scale of the Universe , men senere blev den tildelt navnet Great Debate [ 4 ] [ 6] [7] .
Shapley og Curtis var uenige om mange separate spørgsmål relateret til størrelsen af vores galakse og positionen af solsystemet i den , såvel som om " spiraltåger " tilhører vores galakse eller er separate objekter. Som et resultat afveg billederne af universets generelle udseende i modellerne af Shapley og Curtis markant. I Shapley-modellen havde vores Galaxy en ret stor størrelse - mindst 60 kiloparsecs, og Solen var 20 kiloparsecs væk fra sin centrum. Spiraltåger var placeret inde i vores galakse og var kun gasskyer, mens Shapley ikke udelukkede, at andre galakser kunne eksistere uden for synlighed af moderne instrumenter [8] . I Curtis' model var Solen i centrum af en relativt lille 10 kiloparsec galakse, og spiraltågerne var stjernesystemer, der ligner vores galakse [4] [9] .
For at måle afstanden til kugleformede stjernehobe brugte Shapley afhængighedsperioden - lysstyrke for cepheider , fundet fra observationer af stjerner af denne type i de magellanske skyer . Nulpunktet for denne afhængighed Shapley bestemt af Cepheiderne i Mælkevejens skive, den afstand, som han målte ved hjælp af årlige parallakser . Han observerede også, at "cepeiderne af kuglehobe", nu kendt som RR Lyrae -variabler, ikke burde bruges til nulpunktskalibrering. Curtis mente, at periodens afhængighed og lysstyrke for Cepheiderne i vores galakse i det mindste ikke var bevist, da der var blevet indsamlet for få data [4] .
Shapley viste sig at have ret i, at cepheider er gode indikatorer for afstand generelt, og periode-lysstyrke-forholdet for dem i Mælkevejen viste sig senere. Nulpunktet blev dog valgt forkert med en fejl på omkring en størrelsesorden, hvilket førte til en tredobbelt overvurdering af Galaxys størrelse [1] . Curtis havde ret med hensyn til manglen på data [4] .
Stjerner i kuglehobeShapley mente, at stjernerne af spektraltyperne F , G og K , som han observerede i kugleformede stjernehobe, ligner kæmpestjerner observeret i nærheden af Solen, og den absolutte størrelse af de klareste stjerner i hobe er i gennemsnit fra -1,5 til − 2 m . _ Disse størrelser var i overensstemmelse med typiske klyngeafstande på 10-30 kiloparsek . Shapley gav flere argumenter: sådanne stjerner kan sammenlignes med stjerner i spektralklasse B i lysstyrke og følgelig i lysstyrke - den absolutte størrelse af sidstnævnte var kendt og tæt på 0 m . Også spektrene for F–K-klassestjerner i hobe var tæt på spektrene for kæmpestjerner. Shapley påpegede også, at i andre stjernesystemer er lysstyrken af de klareste stjerner omtrent den samme som i hans skøn for kuglehobe [8] . Derudover stolede Shapley på datidens ideer om stjernernes udvikling , ifølge hvilke kæmpestjerner først trækker sig sammen og varmes op, bliver til dværgstjerner og begynder at afkøle, så parametrene for kæmpestjerner blev bestemt. Shapley hævdede, at kun store afstande til kuglehobe var i overensstemmelse med denne teori [4] [7] [10] .
Curtis hævdede, at stjernerne i disse spektralklasser havde en lysstyrke, der kunne sammenlignes med dværgstjernernes lysstyrke nær Solen. I dette tilfælde vil afstandene til klyngerne være 1-2 kiloparsek. Curtis argumenterede for dette ved, at i nærheden af Solen var den absolutte stjernestørrelse af F–K-klassestjerner i gennemsnit +4 m og bemærkede, at andelen af kæmpestjerner blandt alle stjerner er meget lille. Derudover påpegede Curtis en uoverensstemmelse i Shapleys argumenter: i nærheden af Solen var de klareste blå stjerner lysere end de klareste røde, og i klynger var situationen ifølge Shapley den modsatte [4] [7] [8] .
Generelt viste Shapley sig at være lige her: med datidens niveau af observationsteknologi var det umuligt at se dværgstjerner i klynger. Curtis' bemærkning om lysstyrkerne af blå og røde stjerner var imidlertid korrekt, og fandt først en forklaring, efter at Walter Baade opdagede eksistensen af to stjernepopulationer . Derudover er ideer om stjernernes udvikling, som Shapley stolede på, nu afvist [4] .
Måling af afstande fra stjernernes spektreShapley mente, at stjernernes lysstyrke kan estimeres ud fra formen af deres spektre, og mål derfor afstandene til dem. Curtis hævdede, at denne metode kun kan bruges til stjerner på afstande mindre end 100 parsecs, hvor de blev kalibreret. På dette punkt havde Shapley generelt ret [4] .
StjernetællemetodeCurtis hævdede, at resultaterne af anvendelsen af metoden med stjernetællinger direkte indikerer den lille størrelse af vores galakse. Han mente, at interstellar absorption ikke forvrængede disse resultater på nogen måde, da støvet i galaksen efter hans mening var uden for stjerneskiven. Shapley kommenterede ikke dette spørgsmål, da hans metode til at måle afstande var forbundet med kuglehobe, men han mente, at interstellar udryddelse slet ikke eksisterede, eller den var ubetydelig. Faktisk er interstellar absorption også til stede i skiven, hvilket blev bekræftet af Robert Julius Trumpler i 1930 [2] [4] .
På grundlag af observationer af nye stjerner i Mælkevejen og i spiraltåger argumenterede Shapley for, at sidstnævnte ikke kan være uden for vores galakse, da lysstyrken af nye stjerner i dem ved den observerede lysstyrke ville være for høj. Curtis foreslog, at novaer kunne opdeles i to typer med forskellig lysstyrke: han bemærkede, at nogle "novaer" var betydeligt lysere end andre, såsom novaen Tycho Brahe sammenlignet med andre novaer i vores galakse, eller S Andromedae sammenlignet med andre. Andromeda-galaksen , så det ville blive muligt at finde spiraltåger uden for vores galakse. Curtis viste sig at have ret: den klasse af objekter, han betegnede som lysere nye stjerner, er nu kendt som supernovaer [4] .
Shapley foreslog også en forkert mekanisme for nova-udbrud: han mente, at udbrud af nye stjerner opstår, når en stjerne kommer ind i en tåge og er omgivet af dens stof. Shapley viste, at en sådan model forklarer flere udbrud af nye stjerner om året i galaksen, men Curtis modbeviste denne teori og viste, at i Shapleys model i Andromeda-galaksen, på grund af en sådan mekanisme, kunne nye stjerner blusse op en gang hvert 500. år, mens flere sådanne udbrud allerede er blevet opdaget i 20 år [4] .
Fordeling af spiraltåger på himlenBegge deltagere i diskussionen vidste, at spiraltåger ikke er observeret i nærheden af Galaxy-planet . I Shapleys model, som antog, at der er spiraltåger i vores galakse, var dette ikke et problem: deres fravær i galaksens plan rejste ikke flere spørgsmål end for eksempel koncentrationen af OB-stjerner i dette plan . Curtis' model foreslog, at spiraltåger var eksterne objekter, så deres undgåelse af det galaktiske plan krævede en forklaring. Curtis selv mente, at dette kunne være forårsaget af tilstedeværelsen af støv omkring skiven af Mælkevejen, som absorberer lys. Denne forklaring viste sig at være korrekt, selvom støvet i virkeligheden ikke omgiver galaksens disk, men er placeret i den [4] .
Høje radiale hastigheder af spiraltågerPå tidspunktet for den store debat var det kendt, at spiraltåger har meget høje radiale hastigheder , meget højere end stjernernes radiale hastigheder. Shapley, inden for rammerne af sin model, forklarede dem med strålingstrykket fra Mælkevejen, men det blev efterfølgende vist, at strålingstrykket var fuldstændig utilstrækkeligt til at sprede stjernetågerne til sådanne hastigheder. Curtis tilbød ikke en specifik mekanisme i sin model, men antog kun, at høje radiale hastigheder er en iboende egenskab ved tåger. Senere blev det vist, at galaksernes radiale hastigheder skyldes udvidelsen af universet [3] [4] .
Parametre for spiraltågerShapley bemærkede, at fordelingen af overfladelysstyrke og farveindeks i spiraltåger adskiller sig fra den i Mælkevejen, og overfladelysstyrken i centrum af tågen er meget højere end på noget tidspunkt i Mælkevejen. Denne observation var korrekt, men Shapley, der ignorerede interstellar udryddelse, fortolkede det fejlagtigt som bevis på, at spiraltåger ikke kunne ligne Mælkevejen [8] . Curtis kommenterede ikke dette argument, men påpegede samtidig, at spiraltågens spektre og farveindeks ligner dem for stjernehobe. Heraf udledte han korrekt, at spiraltåger kunne være større klynger af stjerner. Curtis bemærkede også korrekt, at "spiraltåger" ikke passer ind i teorien om stjerneudvikling på nogen måde, og de kan hverken være dens indledende fase eller dens endelige resultat [4] .
Observeret rotation af spiraltågerShapley henviste til resultaterne af Adrian van Maanen , som hævdede at have observeret rotationen af spiraltåger. I betragtning af størrelsen af den rette bevægelse af tågeafsnittene, som van Maanen hævdede, ville en stor afstand til dem svare til lineære hastigheder, der overstiger lysets hastighed , så Shapley konkluderede, at tågerne er placeret inde i galaksen. Curtis stolede ikke på dataene og sagde, at det ikke var muligt nøjagtigt at måle den korrekte bevægelse af diffuse objekter på mindre end 0,1 buesekunder om året over mindre end 25 års observationer. Den opdagede rotation af galakserne viste sig nemlig at være fejlagtig, og Shapley indrømmede efterfølgende, at han troede på van Maanen på grund af deres venskab [3] [4] .
Shapley hævdede, at centrum af galaksen falder sammen med centrum af dets system af kugleformede stjernehobe - heraf fulgte, at solsystemet er i betydelig afstand fra centrum af galaksen. Samtidig mente Shapley, at Solen er i centrum af en lille "sky" af stjerner i Galaksen, hvilket skaber den illusion, at Solen er i centrum af hele Galaksen. Curtis på den anden side mente, at Solen var i centrum af galaksen og antog, at det netop var på grund af denne position i Mælkevejen, at det ikke var muligt at se spiralarme , hvis eksistens Curtis ikke udelukkede. , selvom han ikke kunne bekræfte. I denne sag viste Shapley sig at have ret, selvom han ikke tog hensyn til indflydelsen fra interstellar udryddelse [4] [8] .
Begge deltagere i Den Store Debat viste sig at have delvist ret, men umiddelbart efter den sluttede, mente hver især, at han var vinderen i diskussionen. Så i spørgsmål om størrelsen af galaksen og solsystemets position i den viste Shapley sig at være tættere på sandheden, og i spørgsmål relateret til spiraltåger havde Curtis ret. Efterfølgende, mere nøjagtige målinger af vores galakse viste, at dens diameter er 30 kiloparsecs, og Solen er i en afstand af 8 kiloparsecs fra dens centrum. Spiraltåger viste sig at være fjerne stjernesystemer, der ligner vores egen galakse - de er nu kendt som spiralgalakser [4] [11] .
Kort efter den store debat var astronomerne grundlæggende enige om, at Solen ikke var i centrum af galaksen. Spørgsmålet om arten af spiraltåger blev løst i 1925, da Edwin Hubble læste en rapport om resultaterne af observationer af cepheider i spiraltåger. For eksempel var afstanden til M 33 ifølge Hubbles estimat 285 kiloparsecs, hvilket væsentligt oversteg Galaxys størrelse selv ifølge Shapleys overvurderede estimat. Under hensyntagen til stjernetågernes vinkelstørrelser blev det klart, at de lineære størrelser af disse objekter er sammenlignelige med størrelserne på vores galakse [4] [5] .