השמש מעניקה לכדור הארץ אור וחום באופן יציב כבר ארבעה וחצי מיליארדי שנים. בלעדי היציבות הזו, קרוב לוודאי שהחיים על כדור הארץ לא היו מתפתחים בצורה שבה אנחנו מכירים אותם, אם בכלל. בניגוד לשמש, כוכבים רבים ביקום אינם מאירים באופן יציב בגלל תהליכים פיזיקליים המתרחשים בהם לקראת סוף חייהם - ועזרו לנו להבין שהיקום גדול בהרבה משחשבנו

בתחילת המאה העשרים סברו מדענים מפורסמים רבים שלא נותר עוד הרבה מה לגלות. היה נדמה שהכול כבר ידוע לנו בפיזיקה, מלבד כמה בעיות קטנות הקשורות לתדירות האור שנפלט מעצם תיאורטי בשם "גוף שחור", וההסבר הנכון לאפקט הפוטואלקטרי [1][2]. כמו הפיזיקאים, דודניהם הקרובים, גם האסטרופיזיקאים סבלו מזחיחות יתר. עוד במאה ה-19 גילו בעזרת טלסקופים שכוונו לשמיים שחלק מהנקודות, שבמבט ראשון נראו כמו כוכבים, הן בעצם ענני אור מטושטשים, שנקראו בפי כול "ערפיליות". היקום, כך סברו מובילי דעה כמו האסטרונום ויליאם הרשל, מגלה כוכב הלכת אורנוס, מורכב כולו מכוכבים וערפיליות המסודרים זה לצד זה עד אינסוף. 

בניגוד לדעתו של הרשל ואחרים היו בודדים, כמו הפילוסוף עמנואל קאנט, שהציעו שהיקום אינו מורכב ממקשה אחת, אלא מסודר בגלקסיות: קבוצות גדולות של כוכבים המרוחקות זו מזו מרחק ניכר. אחרים אף הרהיבו עוז להציע שפס האור שחצה את השמיים בלילות קיציים וכונה "שביל החלב", אינו אחר מאשר הגלקסיה הפרטית שלנו, שצורתה דיסקה. מהצד, כך שיערו, נראית לנו הדיסקה כמו פס אור לבן.

האסטרונומית הנרייטה סוואן ליוויט [3] עבדה במצפה הכוכבים של הרווארד, רחוק מאור הזרקורים, בתור - ואין דרך נעימה לומר זאת - מחשב אנושי. על קבוצת הנשים שעבדו במעבדתה, שכונתה "Harvard Computers", מלשון מְחַשְּׁבוֹת, הוטל לפענח תמונות של אלפי כוכבים ולמדוד את בהירותם. כדאי לעמוד על ההבדל בין בהירותו המוחלטת (האמיתית) של כוכב לבהירותו הנראית, שמושפעת ממרחקו מכדור הארץ - בדיוק כמו שזרקור עוצמתי מרוחק נראה בעינינו חלש יותר מנר קרוב. ליוויט הבינה, כמו אסטרונומים אחרים, שאין דרך לדעת אם כוכב בהיר מחברו בגלל שהאור שהוא פולט חזק יותר - או, לחלופין, שמרחקו מכדור הארץ קטן יותר. בזכות עבודתה המדויקת הבחינה ליוויט במשהו שחמק מעיני רבים: בהירותם של חלק מהכוכבים, המכונים "משתנים קפאידים", משתנה באופן שניתן לחיזוי. זמן מחזור ההשתנות, או הזמן שבו לקח לכוכב להפוך מבהיר למעומעם ושוב לבהיר, היה ארוך יותר עבור כוכבים שבהירותם המקסימלית הייתה גבוהה יותר. במילים פשוטות, ליוויט מצאה דרך לדעת מהי בהירותם המוחלטת של כוכבים משתנים קפאידים באמצעות צפייה בקצב ההשתנות שלהם. 

כיום מקובל לחשוב שקפאידים הם כוכבים הנמצאים לקראת סוף חייהם, המכלים את מאגר ההליום בליבתם. לעומת אטום הליום מיונן (כלומר, שאיבד אלקטרון אחד), אטום הליום מיונן-פעמיים (שאיבד שני אלקטרונים) בולע קרינה אלקטרומגנטית. בתהליך גסיסתו, משתנה כמות ההליום במעטפת הכוכב בתדירות קבועה: כאשר יש כמות גדולה של הליום מיונן-פעמיים, הוא בולע וכולא בתוך הכוכב את הקרינה הנפלטת ממנו, מה שמעלה את הטמפטורה וגורם לירידה בכמות האור שהוא פולט. עליית הטמפרטורה גורמת לעלייה בנפח המעטפת, להתקררות, ולהפיכת ההליום המיונן פעמיים להליום המיונן פעם אחת, מה שגורם לכוכב לחזור ולהאיר. עם הקירור, חוזר נפח הכוכב הגוסס למצבו המקורי ומתחמם, וכמות ההליום המיונן-פעמיים עולה על כמות ההליום המיונן. ליוויט לא ידעה כל זאת, ובכל זאת הצליחה לנסח קשר לינארי בין מחזוריות העמעום לבהירות הכוכב. מאחר שאנו יודעים שבהירותו של כל מקור אור נחלשת עם ריבוע מרחקו מאיתנו, ניתן למצוא את המרחק לכוכבים משתנים לפי מדידת קצב השינוי בבהירותם. את השיטה כיילו אסטרונומים אחרים באמצעות קפאיד, שמרחקו התגלה בעבר באמצעות היסט [4].

ב-1920 החליטו האמריקאים ליישב את הדיון בצורתו של היקום כמו שרק הם יודעים. שני אסטרונומים בכירים התייצבו לעימות פומבי שזכה לכינוי "הוויכוח הגדול". בפינה האדומה: הרלו שפלי, מייצג דעת הרוב, שטען ששביל החלב הוא-הוא היקום כולו המורכב מערפיליות וכוכבים. 

בפינה הכחולה: הבר קרטיס מטעם מחנה המתנגדים, שגרס כי הערפיליות הן גלקסיות רחוקות הדומות מאוד לשביל החלב שלנו. האירוע שעורר עניין רב נגמר בתיקו מאופס. שני הצדדים לא חיבבו זה את זה במיוחד אבל הסכימו על עניין אחד: כל עוד לא ניתן למדוד במדויק את המרחק לערפיליות ולכוכבים השונים אי אפשר יהיה ליישב את הסוגיה. היו אף שטענו שבשל גודלו של היקום לא יהיה ניתן למדוד מרחקים אלו לעולם, והבעיה תישאר פתוחה לנצח. למזלנו, הצילה את המצב עבודתה המהפכנית של ליוויט בנושא כוכבים משתנים, שנוסחה עשר שנים קודם לכן.

נקפוץ במרחב ובזמן ל-1923, אל מצפה הר וילסון שבקליפורניה, שם הבחין לראשונה האסטרונום אדווין האבל בקפאיד משתנה שנמצא בתוך אנדרומדה, אחת הערפיליות הגדולות בשמי הלילה. בידיים רועדות (או שלא, אבל כך הייתי רוצה להאמין) פיענח האבל את סרט הצילום ומדד את זמן המחזור של המשתנה הקפאידי. באמצעות שיטתה של ליוויט חישב האבל את מרחקו של הקפאיד - ואת מרחק הערפילית שבתוכה הוא נמצא: כמיליון שנות אור. מרחק זה, הגדול בהרבה מגודלו המשוער של שביל החלב, יישב סופית את הוויכוח הגדול על צורתו של היקום, שהרי לא ייתכן שהמרחק לאנדרומדה גדול בהרבה מהגלקסיה שבתוכה היא נמצאת.

קצת כמו שקרה לאחד אלברט איינשטיין, אשר פתר את בעיית האפקט הפוטואלקטרי וייסד מבלי דעת את מכניקת הקוונטים, פתר האבל בעיה אחת, אך חולל אפקט דומינו שהדיו נשמעים עד היום. בעשורים לאחר מכן הבינו אסטרונומים ופיזיקאים שאנדרומדה ורבות מהערפיליות האחרות, הן גלקסיות נפרדות זו מזו, ששייכות ליקום שגודלו השתנה בתוך עשור, משביל חלב אחד קטן למרחב אינסופי וריק ברובו [5][6].

מקורות:

[1] על האפקט הפוטואלקטרי

[2] על קרינת גוף שחור

[3] על הנרייטה ליוויט

[4] היסט באסטרונומיה

[5] על צורתו של היקום

[6] על המפץ הגדול