Cecilia Payne-Gaposchkin: naine, kes leidis tähtedest vesiniku

Vesinik, lihtsaim aatom, on universumi põhiline ehitusplokk. Teame, et see eksisteeris varsti pärast universumi sündi ja et see on endiselt suur osa tähtedevahelisest keskkonnast, milles tähed tekivad. See on ka tuumakütus, mis hoiab tähti tohutul hulgal energiat kiirgamas, kui nad eoonide jooksul keemiliste elementide loomisel arenevad.

Kuidas aga saime teada, et vesinik on universumi laialt levinud ja põhikomponent? Mitte piisavalt inimesi ei tea, et vesiniku kosmilist tähtsust mõistis esmakordselt noor doktorant Cecilia Payne (Payne-Gaposchkin pärast abiellumist), kes avastas 1925. aastal tähtedest vesiniku. Tõepoolest, ta teenis doktorikraadi ajal, mil naistel oli seda veel äärmiselt raske teha, ja tegi oma väitekirja jaoks läbimurdelisi uuringuid. Vaatamata kogu tema teaduse edule, näitab tema lugu ka takistusi ja seksismi, mis raskendasid naistel oma teaduslike püüdluste täitmist ja mõjutasid kogu nende karjääri.

Noor teadlane

Cecilia Payne sündis Inglismaal Wendoveris 1900. aastal. Tema isa suri, kui ta oli nelja-aastane, kuid ema Emma nägi, et tal on andekas laps, kes tahtis saada teadlaseks. Emma kirjutas oma tütre Londoni St Pauli tüdrukutekooli, mis oli hästi varustatud loodusteaduste õpetamiseks. 17-aastane noormees õitses seal ja nagu Payne-Gaposchkin hiljem oma autobiograafias kirjutas Värvija käsi (avaldatud uuesti pealkirja all Cecilia Payne-Gaposchkin: autobiograafia ja muud mälestused), varastas ta teaduslaborisse "minu väikese jumalateenistuse jaoks, jumaldades keemilisi elemente".

Tema teaduslik kõrgharidus sai alguse 1919. aastal, kui ta astus sisse Newnhami kolledž kell Cambridge'i Ülikool stipendiumi peale. Seal õppis ta botaanikat, oma esimest armastust, aga ka füüsikat ja keemiat – hoolimata sellest, et tollal ülikoolis naistele kraadi ei antud. Sellegipoolest oli füüsikateaduste õppimiseks põnev aeg, kuna see neelas kvantmehaanika ja relatiivsusteooria tärkavaid valdkondi.

Cambridge'is uurisid Ernest Rutherfordi taolised aatomi- ja subatomaarset maailma ning Arthur Eddington tähtede ehitust ja arengut. Tõepoolest, Payne-Gaposchkini füüsikaõpetaja oli Rutherford ise, kuid ainsa naisena oma klassis leidis ta, et teda alandati. Ülikooli tolleaegsete määruste kohaselt pidi ta istuma esireas. Nagu ta oma autobiograafias jutustab: "Igal loengus vaatas [Rutherford] mulle teravalt otsa... ja alustas oma stentori häälega:"Daamid ja härrased.’ Kõik poisid tervitasid seda vaimukust regulaarselt äikese aplausiga [ja] jalgadega trampides… igal loengul soovisin, et saaksin maa alla vajuda. Tänaseni asun instinktiivselt loenguruumis võimalikult kaugele tagasi.

Selle asemel leidis Payne-Gaposchkin inspiratsiooni Eddingtonist. Peaaegu juhuslikult osales ta tema loengus tema 1919. aasta ekspeditsioonist Lääne-Aafrikasse, mis kinnitas Einsteini üldrelatiivsusteooriat. See avaldas talle nii suurt muljet, et ta otsustas botaanika asemel valida füüsika ja astronoomia. Kui ta hiljem juhtus Eddingtoniga kohtuma, nagu ta oma autobiograafias kirjutab: "Ma ütlesin välja, et tahaksin saada astronoom... ta vastas, mis pidi mind toetama paljude vastulöökide kaudu: "Ma ei näe ületamatut vastuväidet." Ta kaasas ta oma tööle tähestruktuuride kallal, kuid hoiatas teda ka, et pärast Cambridge'i pole Inglismaal naisastronoomil tõenäoliselt enam võimalusi.

Uued kaldad

Õnneks avanes uus võimalus, kui Payne-Gaposchkin kohtus filmi direktori Harlow Shapleyga. Harvardi kolledži observatoorium Cambridge'is Massachusettsi osariigis oma visiidi ajal Ühendkuningriiki. Ta julgustas teda pingutama ja naine sai teada, et ta asutab astronoomia kraadiõppe programmi. Eddingtoni särava soovituse alusel pakkus Shapley talle teadlasena tagasihoidlikku stipendiumi. Aastal 1923 purjetas ta USA-sse, et asuda Shapley juhtimisel doktorikraadi kallale.

Naised olid pikka aega panustanud Harvardi observatooriumi uurimistöösse. 1870. aastatel oli Shapley eelkäija direktorina Charles Pickering hakanud palkama naisi, keda tuntakse "Harvardi arvutitena" (algse tähendusega inimesena, kes teeb arvutusi), et analüüsida vaatluskeskuse kogutud andmesalve. Naisi eelistati, kuna arvati, et nad on peeneid detaile sisaldava töö puhul kannatlikumad kui mehed, ja nad nõustusid meestega võrreldes madalama palgaga. Osa arvuteid palgati ilma teaduse taustata, kuid isegi kõrgharidusega arvutid said palka nagu lihttöölised 25–50 senti tunnis (vt.Universum läbi klaasi tumedalt").

Harvardi arvutid ei olnud sõltumatud teadlased, vaid neile määratud projektidega abistajad. Sellegipoolest andsid need naised kõige olulisema panuse varasesse vaatlusastronoomiasse. Nende hulka kuulusid Henrietta Swan Leavitt, kes on kuulus tsefeidi muutujate perioodi ja heleduse seose avastamise poolest, ja Annie Jump Cannon, kes oli rahvusvaheliselt tunnustatud tähespektrite korraldamise eest.

Alates 19. sajandi keskpaigast oli teada, et iga element tekitab ainulaadse spektrijoonte mustri ja et erinevate tähtede spektrid näitavad nii sarnasusi kui ka erinevusi. See viitas sellele, et tähed võiks liigitada rühmadesse, kuid selles, kuidas seda kõige paremini teha, oli vähe kokkulepet.

1894. aastal alustas Cannon observatooriumis kogutud tähespektrite uurimise ja nende kasulikku järjekorda seadmise projekti. See hirmuäratav ülesanne vaevas teda aastaid. Erinevate tähtede spektrid salvestati klaasist fotoplaatidele, kusjuures iga kujutis ei olnud pikem kui tolli. Cannon luges luubiga sadade tuhandete spektrite üksikasju ja sorteeris enamiku neist kuue rühma, mille nimi oli B, A, F, G, K ja M, kusjuures vähemus paigutati rühma O. Süsteem põhines Balmeri neeldumisjoonte tugevus (mis kirjeldavad vesinikuaatomi spektraaljoonte emissioone) ja peegeldasid konkreetsete elementide, näiteks K-tähtede metallide spektraalseid allkirju.

Spektriuuringud

Cannon aga ei uurinud spektreid põhjustanud füüsilisi mehhanisme ega ammutanud neist kvantitatiivset teavet. Oma doktoritöös kasutas Payne-Gaposchkin Cambridge'is õpitud füüsikat, et analüüsida seda ainulaadset andmete vahemälu uusimate teooriatega. Spektrijoonte päritolu tehti kindlaks vaid kümmekond aastat varem, aastal 1913, Niels Bohri vesinikuaatomi varajase kvantteooria abil, mida hiljem laiendasid teised. Neid teooriaid rakendati neutraalsete aatomite kohta. Payne-Gaposchkini suurepärane arusaam oli mõista, et ergastatud või ioniseeritud aatomite spektrid – nagu näiteks tähe kuumas välisatmosfääris – erinevad sama liigi neutraalsete aatomite spektrist.

Temperatuuri, kuumade aatomite kvantolekute ja nende spektrijoonte vahelise seose tuletas 1921. aastal India füüsik Meghnad Saha. Ta ei saanud oma ideid täielikult testida, teadmata iga elemendi kvantenergia taset, kuid neid mõõdeti, kui Payne-Gaposchkin alustas uurimistööd. Suure jõupingutusega ühendas ta uued andmed Saha teooriaga, et täielikult tõlgendada Cannoni tähespektreid, sealhulgas temperatuuriefekte. Üks oluline tulemus oli tähtede temperatuuride korrelatsioon Cannoni kategooriatega, mille tulemusi kasutatakse ka tänapäeval: näiteks B-tähed helendavad temperatuuril 20,000 3000 K, samas kui M-tähed helendavad ainult 1925 K juures. See tulemus on osa Payne-Gaposchkini tähelepanuväärsest XNUMX. aasta väitekirjast. Tähtede atmosfäärid, võeti hästi vastu, kuid tema lõputöö teine ​​tulemus mitte.

Kompositsioonilised mõistatused

Payne-Gaposchkin arvutas iga tähespektris nähtava elemendi suhtelise arvukuse. Neist 15 puhul, liitiumist baariumini, olid tulemused erinevate tähtede puhul sarnased ja "näitasid silmatorkavat paralleeli Maa koostisega". See ühtis tolleaegsete astronoomide arvamusega, et tähed on valmistatud samast materjalist, mis Maa.

Kuid siis tuli suur üllatus: tema analüüs näitas ka, et vesinikku oli miljon korda rohkem kui teisi elemente. Vahepeal oli heeliumi tuhat korda rohkem. Järeldus, et Päike oli peaaegu täielikult valmistatud vesinikust, sattus kohe hätta tema väitekirja lugupeetud väliseksamineerijaga. See oli Henry Russell, Princetoni observatooriumi direktor ja selle idee tugev pooldaja, et Maal ja Päikesel on sama koostis. Russell avaldas muljet, kuni ta luges tema vesiniku tulemust. Seejärel kirjutas ta Payne-Gaposchkinile, et teoorias peab midagi valesti olema, sest "On ilmselgelt võimatu, et vesinikku oleks miljon korda rohkem kui metallides."

Ilma Russelli õnnistuseta ei võetaks väitekirja vastu ja seetõttu tegi Payne-Gaposchkin seda, mida ta tundis tegema. Lõputöö viimases versioonis loobus ta sellest osast oma tööst, kirjutades: "[Vesiniku ja heeliumi] tohutu arvukus ei ole peaaegu kindlasti tõeline." Kuid 1929. aastal avaldas Russell teistsuguse meetodi abil oma tuletise elementide, sealhulgas vesiniku, arvukuse kohta. Ta tsiteeris Payne-Gaposchkini tööd ja märkis, et tema tulemused kõigi elementide, sealhulgas suure vesiniku arvukuse kohta, ühtisid tema omadega märkimisväärselt hästi. Ilma seda otse ütlemata kinnitas Russelli dokument, et Payne-Gaposchkini kogu analüüs oli õige ja et ta avastas esimesena, et Päike koosneb peamiselt vesinikust. Sellest hoolimata ei väitnud ta kunagi, et oli selle tulemuse tema väitekirjas algselt tagasi lükanud.

Võib juhtuda, et Russell pakkus oma kommentaari vesiniku kohta, et hoiatada noort teadlast, et aktsepteeritud ideedele vastupidiste tulemuste esitamine võib tema karjääri kahjustada. Tõenäoliselt oleks ainult Russelli kasvu vanemteadur suutnud astronoomilist kogukonda selles uues leius veenda. Tõepoolest, tema hilisem artikkel mõjutas astronoome nõustuma, et tähed on valmistatud vesinikust, niivõrd, et ta oli selle avastuse eest tunnustatud.

Cecilia Payne-Gaposchkini väitekirja jõud räägib enda eest. Tema selge kirjutamisstiil, teema valdamine ja teedrajav teadus paistab silma

Isegi ilma korraliku krediidita räägib Payne-Gaposchkini väitekirja jõud enda eest. Tema selge kirjutamisstiil, teema valdamine ja teedrajav teadus paistab silma. Shapley lasi teose trükkida monograafiana ja seda müüdi 600 eksemplari – see oli väitekirja peaaegu enimmüüdud staatus. Suurim kiitus tuli ligi 40 aastat hiljem, kui helistas austatud astronoom Otto Struve Tähtede atmosfäärid "Kõige säravam doktoritöö, mis eales astronoomias kirjutatud".

Kui Payne-Gaposchkinil oli Russelli vastu pahatahtlikkust, ei andnud ta sellest mingit välist märki ja säilitas temaga isiklikud suhted. Tema 1977. aasta sümpoosionil, kus ta austas teda (ta suri 1957. aastal), arvustades ta 1929. aasta ettekannet nimetas ta „epohhiloovaks”, viitamata omaenda tööle. Ta kahetses väga, et ta ei olnud oma tulemuse taga seisnud. Tema tütar Katherine Haramundanis kirjutas, et "ta kahetses seda otsust kogu elu". Payne-Gaposchkin kirjutas oma autobiograafias: "Ma olin süüdi, et ma ei avaldanud oma seisukohta. Olin autoriteedile järele andnud, kui uskusin, et mul on õigus... Märgin selle siinkohal hoiatusena noortele. Kui olete oma faktides kindel, peaksite oma seisukohta kaitsma.

Võitlus erapoolikuste ja eelarvamustega

Pärast lõputöö lõpetamist jäi Payne-Gaposchkin Shapley juhtimisel observatooriumisse, kuid sattus ebanormaalsesse olukorda. Ta tahtis jätkata astrofüüsikalisi uuringuid, kuid kuna Shapley maksis talle (väikest) palka kui "tehniline assistent", tundis ta, et suudab teda suunata nii, nagu oleks ta Harvardi arvuti, ja pani ta tööle tähtede heledust mõõtma. rutiinne projekt, mis teda eriti ei köitnud. Shapley lasi õpetada ka magistriõppe kursusi, kuid ilma "instruktori" tiitlita, rääkimata "professorist" ja ilma, et tema kursused oleksid kataloogis loetletud. Püüdes seda parandada, pöördus Shapley dekaani ja Harvardi presidendi abt Lawrence Lowelli poole, kuid nad keeldusid kindlalt. Lowell ütles Shapleyle, et preili Payne'il (nagu teda siis tunti) "ei oleks kunagi ülikoolis ametit seni, kuni ta elab".

Selline sooline eelarvamus mõjutas Payne-Gaposchkinit tema karjääri igal etapil. Tema doktorikraad (esimene astronoomia alal Harvardis) ei olnud tehniliselt Harvardist. Shapley oli palunud Harvardi füüsikaosakonna juhatajal väitekirja allkirjastada, kuid kui Shapley Payne-Gaposchkinile edastas, keeldus õppetool naiskandidaati vastu võtmast. Selle asemel pidi Shapley korraldama oma doktorikraadi andmise Radcliffe, Harvardi naiste kolledž. Kui ta hiljem hakkas Harvardis üles ehitama tõelist astronoomiaosakonda, oli Shapley veendunud, et Payne-Gaposchkin, tema parim teadlane, on hästi kvalifitseeritud teenima selle esimese õppetooli juhatajana – kuid ta mõistis, et Lowell ei luba seda kunagi, ja seetõttu tõi ta meesastronoomil.

Pärast aastakümnete pikkust tööd observatooriumis, raamatute ja sadade uurimistööde avaldamist ning nõutud juhendajaks saamist jäi Payne-Gaposchkin omamoodi karjäärihämarusse – halvasti tasustatud ja ilma tõelise akadeemilise ametikohata. See muutus alles 1954. aastal, pärast seda, kui Shapley pensionile läks ja Russelli Princetoni auhinnatudeng Donald Menzel sai observatooriumi direktoriks. Ta avastas, kuidas väikesele Payne-Gaposchkinile maksti, ja kahekordistas tema palka ning tegi siis midagi tõeliselt märkimisväärset. Kuna Lowell ja tema naistevastane kallutatus olid ammu kadunud (ta oli 1933. aastal pensionile jäänud), suutis Menzel Payne-Gaposchkini määrata astronoomia täisprofessoriks. See oli suur uudis: New York Timesile teatas 21. juunil 1956, et "[Payne-Gaposchkin] on esimesed naised, kes saavutasid Harvardis õppejõu regulaarse edutamise kaudu täisprofessori." Mõni kuu hiljem sai temast astronoomiaosakonna juhataja, esimene naine, kes juhatas Harvardi osakonda.

Tagantjärele mõeldes oli Payne-Gaposchkini karjäär silmapaistvalt edukas tänu silmapaistva väitekirja, viljaka uurimistöö, suurepärase õpetamise ja tema "esimeste" Harvardi ja muude autasude tunnustamisele. Kogu oma akadeemilise töö kõrval leidis ta ruumi ka isiklikuks eluks. Ta abiellus 1934. aastal Vene emigrandist astronoomi Sergei Gapoškiniga ja kasvatas koos temaga kolm last, jätkates samal ajal astronoomilisi uurimistöid.

Erakordne sõit

Mõnes mõttes võib öelda, et tal oli teaduse ühendamisel pere ja lastega kõik olemas, kuid sinna jõudmine oli naistevastase eelarvamuse tõttu tarbetult raske ja kurnav. Ta sai korralise professori ametikohale alles 56-aastaselt, palju hiljem, kui sarnaste saavutustega mees oleks selle staatuse saavutanud, ja pärast seda, kui ta oli edasipääsenud, mis pidi psühholoogiliselt mõjuma. Ainult inimene, kellel on erakordne pealehakkamine ja visadus koos teaduslike võimetega, oleks suutnud lõpliku äratundmiseni vastu pidada.

Lõppkokkuvõttes oli 1979. aastal surnud Cecilia Payne-Gaposchkin teedrajav teadlane, kes tegi kogu oma karjääri jooksul hämmastavat tööd, kuid suurema osa sellest ei koheldud teda professionaalselt. Enamik Harvardi arvutitest olid töötajad, mitte teadlased või kraadiõppurid. Kuigi Shapley andis Payne-Gaposchkinile olulisi võimalusi ja mõistis, kui hea teadlane ta on, kohtles ta teda ka kui ühte järjekordset Harvardi arvutit, mis palgati toetama tema enda plaane observatooriumiga. Ta tõstis naiste positsiooni astronoomias arvutite omast kaugemale, kuid ta kohtas siiski tõkkeid, mis ei lasknud tal olla täielik teadlane, kelleks ta tahtis saada, nagu naised hakkasid saavutama alles hiljem 20. sajandil. Tema suurepärased tööd jäeti sageli tähelepanuta ja tema pärand unustati, kuna temast sai üks paljudest "varjatud" naistest teaduses, kes tegelikult oma valdkondadele aluse pani. Alles hiljuti on Payne-Gaposchkini sarnaste oluliste panuste kirjutamine teaduse ajalukku ja teda tuleks meenutada kui olulist üleminekufiguuri naiste vanemate ja uuemate võimaluste vahel teaduses.

Postitus Cecilia Payne-Gaposchkin: naine, kes leidis tähtedest vesiniku ilmus esmalt Füüsika maailm.

• Münditark. Euroopa parim Bitcoini ja krüptobörs.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. TASUTA PÄÄS.
• CryptoHawk. Altcoini radar. Tasuta prooviversioon.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/