سيسيليا باين جابوشكين: المرأة التي وجدت الهيدروجين في النجوم

الهيدروجين، أبسط ذرة، هو لبنة البناء الأساسية للكون. نحن نعلم أنها كانت موجودة بعد وقت قصير من ولادة الكون، وأنها لا تزال تظهر كجزء كبير من الوسط النجمي الذي تتشكل فيه النجوم. وهو أيضًا الوقود النووي الذي يجعل النجوم تشع كميات هائلة من الطاقة أثناء تطورها على مر العصور لتكوين العناصر الكيميائية.

ولكن كيف علمنا أن الهيدروجين عنصر أساسي وواسع الانتشار في الكون؟ لا يعرف عدد كافٍ من الناس أن الأهمية الكونية للهيدروجين قد أدركتها لأول مرة طالبة دكتوراه شابة، سيسيليا باين (باين-جابوشكين بعد زواجها)، التي اكتشفت الهيدروجين في النجوم عام 1925. في الواقع، حصلت على درجة الدكتوراه في وقت كان لا يزال من الصعب للغاية على النساء القيام بذلك، وأجرت بحثًا رائعًا لأطروحتها. وعلى الرغم من كل النجاح الذي حققته في مجال العلوم، فإن قصتها توضح أيضًا الحواجز والتمييز الجنسي الذي جعل من الصعب على النساء تحقيق تطلعاتهن العلمية، وأثر على حياتهن المهنية طوال الوقت.

عالم شاب

ولدت سيسيليا باين في ويندوفر بإنجلترا عام 1900. توفي والدها عندما كانت في الرابعة من عمرها، لكن والدتها إيما رأت أن لديها طفلة موهوبة أرادت أن تصبح عالمة. سجلت إيما ابنتها في مدرسة سانت بول للبنات في لندن، والتي كانت مجهزة جيدًا لتدريس العلوم. ازدهرت الفتاة البالغة من العمر 17 عامًا هناك، كما كتبت باين-جابوشكين لاحقًا في سيرتها الذاتية يد الداير (أعيد نشره تحت عنوان سيسيليا باين-جابوشكين: سيرة ذاتية وذكريات أخرى)، كانت تسرق ما يصل إلى مختبر العلوم من أجل "خدمة عبادة صغيرة خاصة بي، أعشق العناصر الكيميائية".

بدأ تعليمها العلمي المتقدم في عام 1919 عندما دخلت كلية نيونهام في جامعة كامبريدج على منحة دراسية. هناك، درست علم النبات، وهو حبها الأول، وكذلك الفيزياء والكيمياء - على الرغم من أن الجامعة لم تكن تمنح درجات علمية للنساء في ذلك الوقت. ومع ذلك، فقد كان وقتًا مثيرًا لدراسة العلوم الفيزيائية لأنها استوعبت المجالات الناشئة في ميكانيكا الكم والنسبية.

في كامبريدج كان أمثال إرنست رذرفورد يستكشفون العوالم الذرية ودون الذرية، وكان آرثر إدينجتون يدرس بنية النجوم وتطورها. في الواقع، كان مدرس الفيزياء لباين-جابوشكين هو رذرفورد نفسه، ولكن باعتبارها المرأة الوحيدة في فصله، وجدت نفسها تتعرض للإذلال. وكانت لوائح الجامعة في ذلك الوقت تشترط عليها الجلوس في الصف الأمامي. وكما تروي في سيرتها الذاتية، "في كل محاضرة كان [رذرفورد] يحدق بي بحدة... ويبدأ بصوته الجهوري:"النساء أيها السادة.' كان جميع الأولاد يستقبلون هذه النكتة بانتظام بالتصفيق المدوي [و] الضرب بأقدامهم... في كل محاضرة كنت أتمنى أن أغوص في الأرض. وحتى يومنا هذا، أحتفظ بشكل غريزي بمكاني في أبعد مكان ممكن في قاعة المحاضرات.

وبدلاً من ذلك، وجد باين-جابوشكين الإلهام في إدينجتون. وبمحض الصدفة تقريبًا، حضرت محاضرته حول رحلته الاستكشافية إلى غرب إفريقيا عام 1919 والتي أكدت نظرية أينشتاين في النسبية العامة. لقد أثار هذا إعجابها لدرجة أنها قررت اختيار الفيزياء وعلم الفلك على علم النبات. وعندما تقابلت لاحقًا مع إدينجتون، كما كتبت في سيرتها الذاتية، "صرحت بأنني أود أن أكون عالمة فلك... فقد أجابني بأنه كان يدعمني من خلال العديد من الرفض: "لا أستطيع أن أرى أي اعتراض لا يمكن التغلب عليه". لقد أشركها في عمله على الهياكل النجمية، لكنه حذرها أيضًا من أنه بعد كامبريدج، من المحتمل ألا تكون هناك فرص لعالمة فلك في إنجلترا.

شواطئ جديدة

لحسن الحظ، ظهر احتمال جديد عندما التقى باين-جابوشكين مع هارلو شابلي، مدير الفيلم مرصد كلية هارفارد في كامبريدج بولاية ماساتشوستس خلال زيارته للمملكة المتحدة. شجع جهودها وعلمت أنه كان ينشئ برنامجًا للدراسات العليا في علم الفلك. بتوصية رائعة من إدينجتون، عرض عليها شابلي راتبًا متواضعًا كزميلة أبحاث. وفي عام 1923 أبحرت إلى الولايات المتحدة لبدء العمل على درجة الدكتوراه تحت إشراف شابلي.

لقد ساهمت النساء منذ فترة طويلة في الأبحاث في مرصد هارفارد. في سبعينيات القرن التاسع عشر، بدأ سلف شابلي كمدير، تشارلز بيكرينغ، في توظيف نساء معروفات باسم "أجهزة كمبيوتر هارفارد" (بالمعنى الأصلي للشخص الذي يقوم بالحسابات) لتحليل مخازن البيانات التي كان المرصد يجمعها. تم تفضيل النساء لأنه كان يُعتقد أنهن أكثر صبرًا من الرجال في العمل الذي يتضمن تفاصيل دقيقة، وكانن يقبلن أجورًا أقل من الرجال. تم استئجار بعض أجهزة الكمبيوتر دون خلفية علمية، ولكن حتى أولئك الحاصلين على شهادات جامعية كانوا يحصلون على أجور مثل العمال غير المهرة بمعدل 1870-25 سنتًا في الساعة (انظر "الكون من خلال زجاج مظلم").

لم تكن شركة هارفارد للكمبيوتر باحثين مستقلين، بل كانوا مساعدين في المشاريع المخصصة. ومع ذلك، قدمت هؤلاء النساء بعضًا من أهم المساهمات في علم الفلك الرصدي المبكر. وكان من بينهم هنريتا سوان ليفيت - المشهورة باكتشافها العلاقة بين الفترة واللمعان للمتغيرات القيفاوية - وآني جامب كانون، التي اشتهرت عالميًا بتنظيم الأطياف النجمية.

كان من المعروف منذ منتصف القرن التاسع عشر أن كل عنصر ينتج نمطًا فريدًا من الخطوط الطيفية، وأن أطياف النجوم المختلفة أظهرت أوجه التشابه والاختلاف. يشير هذا إلى إمكانية تصنيف النجوم إلى مجموعات، لكن لم يكن هناك اتفاق يذكر حول أفضل السبل للقيام بذلك.

في عام 1894، بدأ كانون مشروع فحص الأطياف النجمية التي تم جمعها في المرصد ووضعها في ترتيب مفيد. شغلتها هذه المهمة الشاقة لسنوات. تم تسجيل أطياف النجوم المختلفة على ألواح تصوير زجاجية، بحيث لا يزيد طول كل صورة عن بوصة واحدة. باستخدام عدسة مكبرة، قرأ كانون تفاصيل مئات الآلاف من الأطياف وصنف معظمها إلى ست مجموعات تحمل التصنيف B، وA، وF، وG، وK، وM، مع وضع أقلية في المجموعة O. واعتمد النظام على قوة خطوط امتصاص بالمر (التي تصف انبعاثات الخط الطيفي لذرة الهيدروجين) وعكست التوقيعات الطيفية لعناصر معينة، مثل المعادن في نجوم K.

الدراسات الطيفية

ومع ذلك، لم تستكشف كانون الآليات الفيزيائية التي تسببت في ظهور الأطياف، كما أنها لم تستخرج معلومات كمية منها. في رسالة الدكتوراه الخاصة بها، اعتمدت باين-جابوشكين على الفيزياء التي تعلمتها في كامبريدج لتحليل ذاكرة التخزين المؤقت الفريدة هذه للبيانات باستخدام أحدث النظريات. تم تحديد أصل الخطوط الطيفية قبل عقد من الزمن فقط، في عام 1913، من خلال نظرية الكم المبكرة لنيلز بور حول ذرة الهيدروجين، والتي قام آخرون لاحقًا بتوسيعها. تنطبق هذه النظريات على الذرات المحايدة. كانت رؤية باين-جابوشكين العظيمة تتمثل في تقدير أن أطياف الذرات المثارة أو المتأينة - كتلك التي تحدث في الغلاف الجوي الخارجي الحار للنجم - تختلف عن أطياف الذرات المحايدة من نفس النوع.

تم اشتقاق العلاقة بين درجة الحرارة والحالات الكمومية للذرات الساخنة وخطوطها الطيفية في عام 1921 من قبل الفيزيائي الهندي مجناد ساها. لم يتمكن من اختبار أفكاره بشكل كامل دون معرفة مستويات الطاقة الكمومية لكل عنصر، ولكن تم قياسها عندما بدأت باين-جابوشكين بحثها. وفي جهد هائل، قامت بدمج البيانات الجديدة مع نظرية ساها لتفسير أطياف كانون النجمية بشكل كامل بما في ذلك تأثيرات درجة الحرارة. كانت إحدى النتائج المهمة هي الارتباط بين درجات حرارة النجوم وفئات كانون، مع استمرار استخدام النتائج حتى اليوم: على سبيل المثال، تتوهج النجوم B عند درجة حرارة 20,000 كلفن بينما تتوهج النجوم M عند درجة حرارة 3000 كلفن فقط. هذه النتيجة، جزء من أطروحة باين-جابوشكين الرائعة لعام 1925 أجواء نجمية، لاقت استحسانًا ولكن لم تكن هناك نتيجة أخرى في أطروحتها.

الألغاز التركيبية

قام باين-جابوشكين بحساب الوفرة النسبية لكل عنصر يُرى في الأطياف النجمية. بالنسبة لـ 15 نجمًا، من الليثيوم إلى الباريوم، كانت النتائج متشابهة بالنسبة لنجوم مختلفة و"أظهرت تشابهًا مذهلاً مع تكوين الأرض". ويتفق هذا مع الاعتقاد السائد لدى علماء الفلك في ذلك الوقت، بأن النجوم مصنوعة من نفس مادة الأرض.

ولكن بعد ذلك جاءت المفاجأة الكبرى: أظهر تحليلها أيضًا أن الهيدروجين كان أكثر وفرة بمليون مرة من العناصر الأخرى. وفي الوقت نفسه، كان الهيليوم أكثر وفرة بألف مرة. واجهت النتيجة القائلة بأن الشمس مصنوعة بالكامل تقريبًا من الهيدروجين مشكلة على الفور مع ممتحن خارجي محترم لأطروحتها. كان هذا هنري راسل، مدير مرصد برينستون ومؤيدًا قويًا لفكرة أن الأرض والشمس لهما نفس التركيب. أعجب راسل حتى قرأ النتيجة التي توصلت إليها بالنسبة للهيدروجين. ثم كتب إلى باين-جابوشكين أنه لا بد أن يكون هناك خطأ ما في النظرية لأنه "من الواضح أنه من المستحيل أن يكون الهيدروجين أكثر وفرة بمليون مرة من المعادن".

وبدون مباركة راسل، لن يتم قبول الأطروحة، ولذلك فعلت باين-جابوشكين ما شعرت أنه يتعين عليها القيام به. وفي النسخة النهائية من أطروحتها، تبرأت من هذا الجزء من عملها بكتابة "من المؤكد تقريبًا أن الوفرة الهائلة المستمدة من [الهيدروجين والهيليوم] ليست حقيقية". لكن في عام 1929 نشر راسل اشتقاقه الخاص للوفرة النجمية للعناصر بما في ذلك الهيدروجين، باستخدام طريقة مختلفة. واستشهد بعمل باين-جابوشكين وأشار إلى أن نتائجه بالنسبة لجميع العناصر بما في ذلك الوفرة الكبيرة من الهيدروجين تتفق بشكل ملحوظ مع نتائجها. ودون أن يقول ذلك بشكل مباشر، أكدت ورقة راسل أن تحليل باين-جابوشكين بأكمله كان صحيحًا، وأنها كانت أول من اكتشف أن الشمس تتكون في الغالب من الهيدروجين. وعلى الرغم من ذلك، لم يذكر أبدًا أنه رفض هذه النتيجة في أطروحتها.

ربما يكون راسل قد قدم تعليقه حول الهيدروجين لتحذير عالمة شابة من أن تقديم نتائج تتعارض مع الأفكار المقبولة قد يضر بحياتها المهنية. ربما لم يتمكن من إقناع المجتمع الفلكي بهذه النتيجة الجديدة إلا باحث كبير بمكانة راسل. في الواقع، أثرت ورقته البحثية اللاحقة على علماء الفلك في قبول فكرة أن النجوم مصنوعة من الهيدروجين إلى درجة أنه كان له الفضل في هذا الاكتشاف.

إن قوة أطروحة سيسيليا باين-جابوشكين تتحدث عن نفسها. يتألق أسلوبها الواضح في الكتابة والسيطرة على الموضوع والعلم الرائد

وحتى من دون الاعتماد المناسب، فإن قوة أطروحة باين-جابوشكين تتحدث عن نفسها. يتألق أسلوبها الواضح في الكتابة والسيطرة على الموضوع والعلم الرائد. قام شابلي بطباعة العمل كدراسة وبيعت منه 600 نسخة، وهو ما يعتبر من أكثر الأطروحات مبيعًا تقريبًا. وجاءت أعلى الثناء بعد حوالي 40 عامًا، عندما اتصل بها عالم الفلك المتميز أوتو ستروفه أجواء نجمية "أروع أطروحة دكتوراه كتبت على الإطلاق في علم الفلك".

إذا كان لدى باين-جابوشكين أي سوء نية تجاه راسل، فإنها لم تبدِ أي علامة خارجية على ذلك وحافظت على علاقة شخصية معه. وفي مراجعة لأعماله، والتي ساهمت بها في ندوة تكريمية عام 1977 (توفي عام 1957)، أطلقت على بحثه الذي نشره عام 1929 اسم "صنع العهد" دون الإشارة إلى عملها الخاص. ما ندمت عليه بشدة هو أنها لم تقف وراء نتائجها. وكتبت ابنتها كاثرين هارموندانيس أنها "عبرت طوال حياتها عن أسفها لهذا القرار". كتبت باين-جابوشكين في سيرتها الذاتية: "كان اللوم يقع عليّ لأنني لم أؤكد على وجهة نظري. لقد استسلمت للسلطة عندما اعتقدت أنني على حق... وأشير إلى ذلك هنا كتحذير للشباب. إذا كنت متأكدًا من حقائقك، فعليك أن تدافع عن موقفك».

محاربة التحيز والتحيز

بعد الانتهاء من أطروحتها، بقيت باين-جابوشكين في المرصد تحت قيادة شابلي، ولكن في وضع غير طبيعي. لقد أرادت مواصلة أبحاث الفيزياء الفلكية، ولكن لأن شابلي دفع لها راتبًا (صغيرًا) بصفته "مساعدًا فنيًا" له، شعر أنه يستطيع توجيهها كما لو كانت كمبيوتر في جامعة هارفارد، وكلّفها بالعمل على قياس سطوع النجوم - مشروع روتيني لم يشركها كثيرًا. قامت شابلي أيضًا بتدريس دورات الدراسات العليا، ولكن بدون لقب "مدرس"، ناهيك عن "أستاذ"، ودون إدراج دوراتها في الكتالوج. وفي محاولة لعلاج هذه المشكلة، تواصل شابلي مع العميد ورئيس جامعة هارفارد الأباتي لورانس لويل، لكنهم رفضوا بشدة. أخبر لويل شابلي أن الآنسة باين (كما كانت تُعرف آنذاك) "لن يكون لها أي منصب في الجامعة طالما كان على قيد الحياة".

أثر التحيز الجنسي مثل هذا على باين-جابوشكين في كل مرحلة من حياتها المهنية. لم تكن درجة الدكتوراه (الأولى في علم الفلك في جامعة هارفارد) من الناحية الفنية من جامعة هارفارد. كان شابلي قد طلب من رئيس قسم الفيزياء بجامعة هارفارد التوقيع على الأطروحة، ولكن كما نقل شابلي إلى باين-جابوشكين، رفض الرئيس قبول مرشحة نسائية. وبدلاً من ذلك، كان على شابلي الترتيب لمنح درجة الدكتوراه من قبل رادكليف، كلية البنات في جامعة هارفارد. وعندما بدأ لاحقًا في إنشاء قسم حقيقي لعلم الفلك في جامعة هارفارد، كان شابلي مقتنعًا بأن باين-جابوشكين، أفضل باحثيه، مؤهل جيدًا للعمل كأول رئيس له - لكنه أدرك أن لويل لن يسمح بذلك أبدًا، ولذلك جلب في عالم الفلك الذكور.

وبعد عقود من العمل في المرصد، ونشر الكتب ومئات الأوراق البحثية، وتحولها إلى معلمة مطلوبة، ظلت باين جابوشكين في حالة ركود وظيفي، حيث كانت تتقاضى أجورا زهيدة وبدون منصب أكاديمي حقيقي. ولم يتغير هذا إلا في عام 1954، بعد تقاعد شابلي، وأصبح دونالد مينزل، طالب راسل في جامعة برينستون، مديرًا للمرصد. لقد اكتشف مدى ضآلة ما تتقاضاه باين-جابوشكين وضاعف راتبها، ثم فعل شيئًا مهمًا حقًا. مع اختفاء لويل وتحيزه المناهض للمرأة منذ فترة طويلة (تقاعد في عام 1933)، تمكن مينزل من تعيين باين-جابوشكين أستاذًا كاملاً لعلم الفلك. كانت هذه أخبارًا كبيرة: نيويورك تايمز ذكرت في 21 يونيو 1956 أن "[باين-جابوشكين] هي أول امرأة تحصل على درجة الأستاذية الكاملة في جامعة هارفارد من خلال الترقية المنتظمة لأعضاء هيئة التدريس." وبعد بضعة أشهر، أصبحت رئيسة قسم علم الفلك، وهي أول امرأة ترأس قسمًا في جامعة هارفارد.

إذا نظرنا إلى الماضي، نجد أن مسيرة باين-جابوشكين المهنية كانت ناجحة بشكل بارز من خلال أطروحتها المتميزة، وأبحاثها الغزيرة، وتدريسها الممتاز، وتميزها عن "أوائلها" في جامعة هارفارد وغيرها من الأوسمة. إلى جانب كل عملها الأكاديمي، وجدت مجالًا لحياتها الشخصية. تزوجت من عالم الفلك الروسي المهاجر سيرجي جابوشكين في عام 1934 وأنجبت معه ثلاثة أطفال بينما واصلت البحث الفلكي.

قيادة استثنائية

بمعنى ما، يمكن للمرء أن يقول إنها "امتلكت كل شيء" في الجمع بين العلم والأسرة والأطفال، لكن الوصول إلى هذا الهدف كان صعبًا ومرهقًا بلا داعٍ بسبب التحيز ضد المرأة. أصبحت أستاذة جامعية فقط في عمر 56 عامًا، أي في وقت متأخر جدًا عن الرجل الذي حقق إنجازات مماثلة للوصول إلى هذه المكانة، وبعد أن تم تجاوزها في التقدم، الأمر الذي كان له أثر نفسي كبير. فقط الشخص الذي يتمتع بدافع ومثابرة استثنائيين، إلى جانب القدرة العلمية، يمكنه الصمود حتى الاعتراف النهائي.

وفي نهاية المطاف، كانت سيسيليا باين-جابوشكين، التي توفيت عام 1979، عالمة رائدة قامت بعمل مذهل طوال حياتها المهنية، لكنها لم تتم معاملتها بشكل احترافي في معظمها. كان معظم العاملين في شركة هارفارد للكمبيوتر موظفين، وليسوا باحثين أو طلاب دراسات عليا. في حين أن شابلي أعطى باين-جابوشكين فرصًا مهمة وفهم مدى كونها عالمة جيدة، إلا أنه عاملها أيضًا كمجرد كمبيوتر آخر من جامعة هارفارد، تم تعيينه لدعم خططه الخاصة للمرصد. لقد طورت مكانة المرأة في علم الفلك إلى ما هو أبعد من الكمبيوتر، لكنها ما زالت تواجه عوائق تمنعها من أن تصبح العالمة الكاملة التي أرادتها، وهو ما لم تبدأ النساء في تحقيقه إلا في وقت لاحق من القرن العشرين. غالبًا ما تم التغاضي عن عملها المتميز ونُسي إرثها، حيث أصبحت واحدة من العديد من النساء "المخفيات" في مجال العلوم اللاتي وضعن الأساس في مجالاتهن. وفي الآونة الأخيرة فقط، تم إدراج المساهمات المهمة لأمثال باين-جابوشكين في تاريخ العلوم، ويجب أن نتذكرها كشخصية انتقالية رئيسية بين الإمكانيات الأقدم والأحدث للنساء في العلوم.

وظيفة سيسيليا باين جابوشكين: المرأة التي وجدت الهيدروجين في النجوم ظهرت للمرة الأولى على عالم الفيزياء.

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/