3. Разширяващата се вселена
Ако погледнем небето в ясна безлунна нощ, най-ярките обекти, които ще видим, ще бъдат вероятно планетите Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Ще видим и твърде много звезди, които са също като нашето Слънце, но са много по-отдалечени от нас. Някои от тези неподвижни звезди в действителност много слабо променят относителните си положения с обикаля-нето на Земята около Слънцето: те изобщо не са неподвижни! Това е така, защото са сравнително близко до нас. При завъртането на Земята около Слънцето ние ги виждаме от различни положения по отношение на фона от по-далечни звезди. И добре, че е така, защото това ни позволява да измерим директно разстоянието на тези звезди от нас: колкото по-близо са, струва ни се, че толкова повече се придвижват. Най-близката, наречена Проксима от Центавър, е на около четири светлинни години от нас (на нейната светлина са необходими около четири години, за да достигне до Земята) или на около 2,13×1013 мили. Повечето от останалите звезди, видими с просто око, са разположени до неколкостотин светлинни години от нас. За сравнение нашето Слънце е само на осем светлинни минути! Видимите звезди изглеждат разпръснати по цялото нощно небе, но са особено концентрирани в една ивица, наречена Млечния път. Още през 1750 г. някои астрономи са предполагали, че видът на Млечния път може да се обясни, ако повечето от видимите звезди лежат в една подобна на диск конфигурация — пример за това, което сега наричаме спирална галактика. Само няколко десетилетия по-късно астрономът сър Уилям Хершел потвърдил идеята си чрез усърдно каталогизиране на положенията и разстоянията на огромен брой звезди. Въпреки това, за да бъде напълно приета, тази идея трябвало да изчака началото на нашия век.
Сегашната картина на Вселената датира едва от 1924 г., когато американският астроном Едуин Хъбъл показа, че нашата Галактика не е единствена, че съществуват и много други галактики с необятна шир от празно пространство между тях. За да докаже това, той трябвало да определи разстоянията до другите галактики, които са толкова далеч, че за разлика от съседните звезди те наистина изглеждат неподвижни. Поради това Хъбъл бил принуден да използва косвени методи за измерване на разстоянията. И така видимият блясък на една звезда зависи от два фактора: колко светлина излъчва (нейната светимост) и колко далеч е от нас. Ние сме в състояние да измерим видимия блясък и разстоянието за близките звезди, така че можем да определим светимостта им. Или обратно, ако знаем светимостта на звездите в другите галактики, можем да определим тяхното разстояние, като измерим видимия им блясък. Хъбъл забелязал, че някои видове звезди винаги имат една и съща светимост и когато са достатъчно близо до нас, ние я измерваме; ето защо, твърди той, ако намерим такива звезди в друга галактика, можем да приемем, че и те имат същата светимост, и така да пресметнем разстоянието до тази галактика. Ако можем да направим това за няколко звезди от една и съща галактика и нашите пресмятания сочат винаги едно и също разстояние, можем да се доверим на нашата оценка.
По този начин Хъбъл определил разстоянията до девет различни галактики. Вече знаем, че нашата Галактика е само една от около 100 млрд. галактики, които могат да се видят със съвременните телескопи, като всяка от тези галактики съдържа стотици милиарди звезди. На фиг. 3.1 е показана фотография на една спирална галактика, подобна на нашата, както предполагаме, че трябва да изглежда за някой, живеещ в друга галактика. Ние живеем в галактика с размер около сто хиляди светлинни години, бавно въртяща се; звездите в нейните спирални ръкави обикалят около центъра й за няколко стотици милиони години. Нашето Слънце е просто една обикновена, средна по размени жълта звезда близо до вътрешния край на един от спиралните ръкави. Очевидно вече сме изминали дълъг път от Аристотел и Птолемей насам, когато сме мислели, че Земята е център на Вселената!