Кратко: спор 1920 года между Хarlow Shapley и Heber Curtis касался двух вопросов — размеры и конструкция нашей Галактики и природа «спиральных туманностей» (внешние галактики или объекты внутри Галактики). Оба выдвинули верные и неверные аргументы; окончательно решил вопрос ряд наблюдений в 1920–1930-е годы.
Аргументы Shapley
- Верные моменты:
- Показал, что распределение шаровых скоплений нецентрично относительно Солнца — центр распределения далеко от Солнца, значит Солнце не в центре Галактики.
- Практически правильно: шаровые скопления распределены около общего центра (галактического центра).
- Ошибки / недооценки:
- Переоценил линейные размеры Галактики. Оценял диаметр порядка $\sim 3\times 10^5$ световых лет и расстояние Солнца до центра $\sim 5\times 10^4$ св. лет; современные значения ближе к диаметру $\sim 1-2\times 10^5$ св. лет и расстоянию до центра $\sim 2.7\times 10^4$ св. лет.
- Критически зависел от калибровки переменных (типов цефеид/переменных RR Lyrae). В тот момент не было разделения на популяции (I/II), что давало систематические погрешности в абсолютных величинах.
Аргументы Curtis
- Верные моменты:
- Выступал за «островные вселенные» — спиральные туманности (напр., Андромеда) — отдельные галактики за пределами нашей Галактики. Это оказалось верно.
- Указывал на наблюдения нов и отличия спектров/структуры, которые могли указывать на большую дистанцию.
- Ошибки / недооценки:
- Недооценил вклад шаровых скоплений и размер распределения старых популяций, т.е. его оценка размеров нашей Галактики была слишком мала (он полагал диаметр $\sim 3\times 10^4$ св. лет).
- Некоторые его аргументы опирались на неоднозначные наблюдения (новые в туманностях), которые могли трактоваться по-разному.
Ключевые наблюдения, разрешившие спор
- Открытие цефеид в Андромеде Г. Хабблом (1923–1924). Хаббл обнаружил перiодические переменные и с помощью закона «период—светимость» Левитт и калибровок вычислил расстояние до M31 порядка $\sim 9\times 10^5$ св. лет по первоначальной оценке Хаббла (позже исправлено). Метод базируется на формуле расстояния через модуль расстояния:
$$m-M=5{\log }_{10}\left(\frac{d}{10\text{pc}}\right),$$ где $M$ берётся из зависимости период—абсолютная величина.
Это показало, что Андромеда далеко за пределами диска Млечного Пути — т.е. спиральные туманности — внешние галактики.
- Исправление популяций цефеид Бааде (1944): обнаружил, что существуют два типа цефеид (популяции I и II) с разной светимостью; это увеличило оценки расстояний к галактикам вдвое и привело к современным масштабам Вселенной (например, расстояние до M31 ≈ $2.5\times 10^6$ св. лет).
- Ошибочные наблюдения van Maanen: он сообщал о видимых внутренний движениях (вертикальные смещения/вращения) у спиралей, что если бы было верно, делало их близкими. Эти измерения позже признаны погрешными; их наличие временно поддерживало точку зрения Shapley, но не выдержало проверки.
Итог
- Что оказалось верным: Curtis был прав в главном — спиральные туманности это внешние галактики; Shapley был прав в другом — Солнце не в центре Галактики и шаровые скопления указывают на крупный центр масс.
- Что было неверно: Shapley переоценил размеры Галактики; Curtis недооценил её. Ошибочные измерения (van Maanen) и неправильная калибровка типов переменных тормозили однозначное решение.
- Окончательная картина: видимая Вселенная состоит из множества галактик; Млечный Путь — одна из них с диаметром порядка $\sim 1-2\times 10^5$ св. лет, центр расположен на расстоянии $\sim 2.7\times 10^4$ св. лет от Солнца; расстояние до Андромеды ≈ $2.5\times 10^6$ св. лет.
Эти наблюдения и исправления калибровок обеспечили переход к современной космологии и признали «островные вселенные» реальностью.