سیسیلیا پین-گاپوشکین: زنی که هیدروژن را در ستارگان یافت

هیدروژن، ساده ترین اتم، یکی از اجزای سازنده اصلی جهان است. می دانیم که اندکی پس از تولد جهان وجود داشته است و هنوز به عنوان بخش بزرگی از محیط بین ستاره ای که در آن ستارگان شکل می گیرند ظاهر می شود. همچنین این سوخت هسته‌ای است که باعث می‌شود ستارگان مقادیر زیادی انرژی را در طی اعصار متحول کنند تا عناصر شیمیایی را ایجاد کنند.

اما چگونه فهمیدیم که هیدروژن جزء گسترده و اساسی جهان است؟ افراد زیادی نمی دانند که اهمیت کیهانی هیدروژن برای اولین بار توسط یک دانشجوی جوان دکترا، سیسیلیا پین (Payne-Gaposchkin پس از ازدواج) درک شد که در سال 1925 هیدروژن را در ستارگان کشف کرد. در واقع، او در زمانی که انجام این کار برای زنان بسیار دشوار بود، مدرک دکترا گرفت و برای پایان‌نامه‌اش تحقیقات موفقیت‌آمیزی انجام داد. علیرغم موفقیت های علمی او، داستان او همچنین موانع و تبعیض جنسیتی را نشان می دهد که تحقق آرزوهای علمی خود را برای زنان دشوار می کرد و در طول زندگی حرفه ای آنها را تحت تأثیر قرار می داد.

دانشمند جوان

سیسیلیا پین در سال 1900 در وندور انگلستان به دنیا آمد. پدرش در چهار سالگی درگذشت، اما مادرش اِما دید که او فرزندی با استعداد دارد که می‌خواهد دانشمند شود. اما دخترش را در مدرسه دخترانه سنت پل در لندن ثبت نام کرد، مدرسه ای که به خوبی برای آموزش علوم مجهز بود. این دختر 17 ساله در آنجا پیشرفت کرد و همانطور که پین-گاپوشکین بعدها در زندگی نامه خود نوشت. دست رنگرز (با عنوان بازنشر شده است سیسیلیا پین-گاپوشکین: زندگی نامه و دیگر خاطرات)او به آزمایشگاه علم می‌دزدید تا «یک عبادت کوچک از خودم که عناصر شیمیایی را می‌پرستیدم».

تحصیلات علمی پیشرفته او در سال 1919 با ورود او آغاز شد کالج Newnham در دانشگاه کمبریج در یک بورس تحصیلی او در آنجا گیاه شناسی، عشق اولش، و همچنین فیزیک و شیمی را مطالعه کرد – علیرغم این واقعیت که در آن زمان، دانشگاه مدرکی به زنان ارائه نمی داد. با این وجود، زمان هیجان انگیزی برای مطالعه علوم فیزیکی بود زیرا نواحی نوپای مکانیک کوانتومی و نسبیت را جذب می کرد.

در کمبریج افرادی مانند ارنست رادرفورد در حال کاوش در جهان اتمی و زیر اتمی بودند و آرتور ادینگتون در حال مطالعه ساختار و رشد ستارگان بود. در واقع، مربی فیزیک پین-گاپوشکین، خود رادرفورد بود، اما او به عنوان تنها زن در کلاس خود، خود را تحقیر کرد. مقررات دانشگاه در آن زمان ایجاب می کرد که او در ردیف اول بنشیند. همانطور که او در زندگی نامه خود نقل می کند، "در هر سخنرانی [رادرفورد] با نگاهی به من نگاه می کرد ... و با صدای استنتوریش شروع می کرد:"خانم ها و آقایان.» همه پسرها مرتباً با تشویق شدید [و] با پاهایشان از این شوخ طبعی استقبال می کردند... در هر سخنرانی آرزو می کردم که می توانستم در زمین فرو بروم. تا به امروز من به طور غریزی جای خود را تا آنجا که ممکن است در یک اتاق سخنرانی می گیرم."

در عوض، پین گاپوشکین در ادینگتون الهام گرفت. تقریباً به طور تصادفی، او در سخنرانی او در مورد سفر 1919 او به غرب آفریقا شرکت کرد که نظریه نسبیت عام انیشتین را تأیید کرد. این به قدری او را تحت تأثیر قرار داد که تصمیم گرفت فیزیک و نجوم را به گیاه شناسی انتخاب کند. هنگامی که بعداً ادینگتون را ملاقات کرد، همانطور که در زندگی نامه خود می نویسد، "من به صراحت گفتم که می خواهم یک ستاره شناس باشم... او پاسخ داد که برای حمایت از من در برابر بسیاری از مخالفت ها بود: "من نمی توانم هیچ اعتراضی را ببینم که قابل حل نیست." او او را در کار خود بر روی ساختارهای ستاره ای مشغول کرد، اما همچنین به او هشدار داد که پس از کمبریج، احتمالاً فرصتی برای یک ستاره شناس زن در انگلستان وجود نخواهد داشت.

سواحل جدید

خوشبختانه، زمانی که پین-گاپوشکین با هارلو شپلی، کارگردان فیلم، ملاقات کرد، احتمال جدیدی به وجود آمد. رصدخانه کالج هاروارد در کمبریج، ماساچوست، در جریان سفر خود به بریتانیا. او تلاش های او را تشویق کرد و او متوجه شد که او در حال ایجاد یک برنامه تحصیلات تکمیلی در نجوم است. با توصیه ای درخشان از ادینگتون، شپلی به او کمک هزینه متوسطی را به عنوان یک پژوهشگر پیشنهاد کرد. در سال 1923 او با کشتی به ایالات متحده رفت تا کار بر روی مدرک دکترا را زیر نظر شپلی آغاز کند.

زنان مدت‌هاست در رصدخانه هاروارد به تحقیقات کمک کرده بودند. در دهه 1870، سلف شپلی به عنوان مدیر، چارلز پیکرینگ، شروع به استخدام زنانی به نام "رایانه های هاروارد" (به معنای اصلی شخصی که محاسبات انجام می دهد) را برای تجزیه و تحلیل ذخایر داده هایی که رصدخانه جمع آوری می کرد، استخدام کرد. زنان ترجیح داده می‌شدند، زیرا تصور می‌شد برای کارهایی که شامل جزئیات دقیق است، صبورتر از مردان هستند و دستمزد کمتری نسبت به مردان می‌پذیرفتند. برخی از رایانه‌ها بدون پیش‌زمینه‌ای در علم استخدام می‌شدند، اما حتی آن‌هایی که مدرک دانشگاهی داشتند، مانند کارگران غیرماهر، 25 تا 50 سنت در ساعت حقوق می‌گرفتند.جهان از طریق یک شیشه تاریک").

كامپيوترهاي هاروارد محققين مستقلي نبودند، بلكه دستيارهايي با پروژه‌هاي محول شده بودند. با این وجود، این زنان برخی از مهم‌ترین کمک‌ها را در نجوم رصدی اولیه انجام دادند. آنها شامل هنریتا سوان لیویت - معروف به دلیل کشف رابطه دوره-درخشندگی متغیرهای قیفاووس - و آنی جامپ کانن، که در سطح بین المللی برای سازماندهی طیف های ستاره ای شناخته شده بود، بودند.

از اواسط قرن نوزدهم مشخص شده بود که هر عنصر الگوی منحصر به فردی از خطوط طیفی ایجاد می کند و طیف ستارگان مختلف هم شباهت ها و هم تفاوت ها را نشان می دهد. این نشان می‌دهد که ستاره‌ها را می‌توان به گروه‌هایی طبقه‌بندی کرد، اما توافق کمی در مورد بهترین روش برای انجام این کار وجود داشت.

در سال 1894 کانن پروژه بررسی طیف های ستاره ای جمع آوری شده در رصدخانه و قرار دادن آنها را در یک نظم مفید آغاز کرد. این وظیفه دلهره آور او را برای سالها مشغول کرده بود. طیف ستارگان مختلف بر روی صفحات عکاسی شیشه ای با طول هر تصویر بیش از یک اینچ ثبت شد. کانن با ذره بین جزئیات صدها هزار طیف را خواند و بیشتر آنها را در شش گروه با برچسب B، A، F، G، K و M طبقه بندی کرد و یک اقلیت در گروه O قرار گرفت. این سیستم بر اساس قدرت خطوط جذب Balmer (که گسیل‌های خط طیفی اتم هیدروژن را توصیف می‌کند) و نشانه‌های طیفی عناصر خاص، مانند فلزات در ستاره‌های K را منعکس می‌کند.

مطالعات طیفی

با این حال، کانن مکانیسم‌های فیزیکی را که باعث ایجاد طیف‌ها می‌شوند، بررسی نکرد و اطلاعات کمی را از آنها استخراج نکرد. پین گاپوشکین در کار دکترای خود از فیزیکی که در کمبریج آموخته بود استفاده کرد تا این حافظه پنهان منحصر به فرد از داده ها را با آخرین تئوری ها تجزیه و تحلیل کند. منشأ خطوط طیفی تنها یک دهه قبل از آن در سال 1913 توسط نظریه کوانتومی اولیه نیلز بور در مورد اتم هیدروژن مشخص شد که بعدها توسط دیگران گسترش یافت. این نظریه ها در مورد اتم های خنثی اعمال می شود. بینش عالی پین-گاپوشکین درک این بود که طیف‌های اتم‌های برانگیخته یا یونیزه شده - مانند آنچه در جو بیرونی داغ یک ستاره رخ می‌دهد - با طیف‌های اتم‌های خنثی همان گونه متفاوت است.

رابطه بین دما، حالات کوانتومی اتم های داغ و خطوط طیفی آنها در سال 1921 توسط فیزیکدان هندی مقناد ساها به دست آمد. او نمی‌توانست ایده‌های خود را بدون دانستن سطوح انرژی کوانتومی برای هر عنصر به طور کامل آزمایش کند، اما زمانی که پین-گاپوشکین تحقیقات خود را آغاز کرد، اندازه‌گیری شد. او در تلاشی عظیم، داده‌های جدید را با نظریه ساها ترکیب کرد تا طیف‌های ستاره‌ای کانن از جمله اثرات دما را به طور کامل تفسیر کند. یکی از نتایج مهم، همبستگی دمای ستاره‌ها با دسته‌های کانن بود که نتایج آن هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد: برای مثال، ستاره‌های B با 20,000 کلوین می‌درخشند در حالی که ستارگان M تنها با 3000 کلوین می‌درخشند. اتمسفرهای ستاره ای، مورد استقبال قرار گرفت اما نتیجه دیگری در پایان نامه او نشد.

معماهای ترکیبی

Payne-Gaposchkin فراوانی نسبی هر عنصری را که در طیف های ستاره ای دیده می شود محاسبه کرد. برای 15 مورد از آنها، از لیتیوم تا باریم، نتایج برای ستارگان مختلف مشابه بود و "موازی قابل توجهی با ترکیب زمین نشان داد". این با این باور در میان ستاره شناسان در آن زمان موافق بود که ستارگان از موادی مشابه زمین ساخته شده اند.

اما پس از آن شگفتی بزرگی رخ داد: تجزیه و تحلیل او همچنین نشان داد که هیدروژن یک میلیون بار بیشتر از سایر عناصر است. در این میان هلیوم هزار برابر بیشتر بود. این نتیجه گیری که خورشید تقریباً تماماً از هیدروژن ساخته شده است بلافاصله با یک بازرس خارجی معتبر پایان نامه او با مشکل مواجه شد. این هنری راسل، مدیر رصدخانه پرینستون و از طرفداران قوی این ایده بود که زمین و خورشید ترکیب یکسانی دارند. راسل تحت تأثیر قرار گرفت تا اینکه نتیجه او را برای هیدروژن خواند. سپس او به پین-گاپوشکین نوشت که باید در این نظریه مشکلی وجود داشته باشد زیرا "به وضوح غیرممکن است که هیدروژن یک میلیون بار بیشتر از فلزات باشد."

بدون برکت راسل، این پایان نامه پذیرفته نمی شد و بنابراین پین گاپوشکین کاری را که احساس می کرد باید انجام دهد انجام داد. در نسخه نهایی پایان نامه خود، او این بخش از کار خود را با نوشتن "فراوانی عظیمی که برای [هیدروژن و هلیوم] به دست می آید تقریباً به طور قطع واقعی نیست" انکار کرد. اما در سال 1929 راسل اشتقاق خود را از فراوانی ستاره ای عناصر از جمله هیدروژن با استفاده از روشی متفاوت منتشر کرد. او به کار پین گاپوشکین اشاره کرد و خاطرنشان کرد که نتایج او برای همه عناصر از جمله فراوانی هیدروژن به طور قابل توجهی با نتایج او مطابقت دارد. مقاله راسل بدون اینکه مستقیماً بگوید، تأیید کرد که کل تجزیه و تحلیل پین-گاپوشکین درست است، و او اولین کسی بود که کشف کرد خورشید عمدتاً از هیدروژن ساخته شده است. با وجود آن، او هرگز اظهار نکرد که در اصل این نتیجه را در پایان نامه خود رد کرده است.

ممکن است راسل نظر خود را در مورد هیدروژن ارائه دهد تا به یک دانشمند جوان هشدار دهد که ارائه نتایج برخلاف ایده های پذیرفته شده می تواند به حرفه او آسیب برساند. احتمالاً فقط یک محقق ارشد در قد و قامت راسل می توانست جامعه نجومی را در مورد این یافته جدید متقاعد کند. در واقع، مقاله بعدی او اخترشناسان را تحت تأثیر قرار داد تا بپذیرند که ستارگان از هیدروژن ساخته شده اند تا جایی که به او اعتبار این کشف داده شد.

قدرت تز سیسیلیا پین-گاپوشکین خود گویای این موضوع است. سبک نوشتاری شفاف، تسلط بر موضوع و علم پیشگام او درخشش دارد

حتی بدون اعتبار مناسب، قدرت تز پین گاپوشکین برای خود صحبت می کند. سبک نوشتاری شفاف، تسلط بر موضوع و علم پیشگام او درخشش دارد. شپلی این اثر را به صورت تک نگاری چاپ کرد و 600 نسخه از آن به فروش رفت - عملاً برای پایان نامه ای پرفروش شد. بالاترین ستایش تقریباً 40 سال بعد، زمانی که اخترشناس برجسته اتو استروو تماس گرفت، انجام شد اتمسفرهای ستاره ای درخشان ترین پایان نامه دکتری که تا به حال در نجوم نوشته شده است.

اگر پین گاپوشکین نسبت به راسل بدخواهی می کرد، هیچ نشانه ظاهری از آن نمی داد و رابطه شخصی با او حفظ می کرد. در مروری بر آثار او که در سمپوزیومی در سال 1977 برای بزرگداشت او مشارکت داشت (او در سال 1957 درگذشت)، مقاله او را در سال 1929 بدون ارجاع به کار خود "عصر ساز" نامید. چیزی که او به شدت از آن پشیمان بود این بود که پشت نتیجه خود نمانده بود. دخترش کاترین هاراموندانیس نوشت که «در طول زندگی‌اش از این تصمیم ابراز تاسف می‌کرد». پین گاپوشکین در زندگی نامه خود نوشت: «من مقصر بودم که به نظرم اهمیت ندادم. زمانی که فکر کردم درست می‌گویم، تسلیم اتوریتی شده بودم... من آن را در اینجا به عنوان هشداری به جوانان یادداشت می‌کنم. اگر از حقایق خود مطمئن هستید، باید از موضع خود دفاع کنید.»

مبارزه با تعصب و تعصب

پس از تکمیل پایان نامه خود، پین-گاپوشکین در رصدخانه زیر نظر شپلی ماند، اما در وضعیتی غیرعادی. او می‌خواست تحقیقات اخترفیزیکی را ادامه دهد، اما چون شاپلی به‌عنوان «دستیار فنی» به او دستمزد (کمی) می‌داد، احساس می‌کرد که می‌تواند او را طوری هدایت کند که گویی یک کامپیوتر هاروارد است، و او را برای اندازه‌گیری روشنایی ستارگان به کار انداخت. پروژه معمولی که زیاد او را درگیر نکرد. شپلی همچنین دوره‌های تحصیلات تکمیلی را تدریس می‌کرد، اما بدون عنوان «مدرس»، چه رسد به «پروفسور»، و بدون اینکه دوره‌هایش در فهرست فهرست شده باشد. در تلاش برای رفع این مشکل، شپلی به رئیس و رئیس دانشگاه هاروارد، ابوت لارنس لاول مراجعه کرد، اما آنها قاطعانه نپذیرفتند. لاول به شپلی گفت که دوشیزه پین ​​(همانطور که در آن زمان او را می‌شناختند)، «تا زمانی که او زنده است، هرگز در دانشگاه پستی نخواهد داشت».

سوگیری جنسیتی مانند این پین-گاپوشکین را در هر مرحله از حرفه او تحت تأثیر قرار داد. دکترای او (اولین مدرک نجوم در هاروارد) از نظر فنی از هاروارد نبود. شپلی از رئیس دپارتمان فیزیک هاروارد خواسته بود که پایان نامه را امضا کند، اما همانطور که شپلی به پین-گاپوشکین گفت، رئیس از پذیرش یک نامزد زن خودداری کرد. در عوض، شپلی باید ترتیبی می داد که دکترای او توسط او اعطا شود رادکلیف، کالج زنان در هاروارد. هنگامی که بعداً شروع به ساختن یک دپارتمان واقعی نجوم در هاروارد کرد، شپلی متقاعد شد که پین-گاپوشکین، بهترین محقق او، واجد شرایط لازم برای خدمت به عنوان اولین صندلی آن است - اما او متوجه شد که لاول هرگز اجازه نخواهد داد، و بنابراین او را آورد. در یک ستاره شناس مرد

پس از دهه‌ها کار در رصدخانه، انتشار کتاب و صدها مقاله تحقیقاتی و تبدیل شدن به یک مربی مورد تقاضا، پین-گاپوشکین در نوعی گرگ و میش شغلی باقی ماند - با دستمزد ضعیف و بدون موقعیت علمی واقعی. این تنها در سال 1954 تغییر کرد، پس از اینکه شپلی بازنشسته شد و دونالد منزل، شاگرد جایزه راسل در پرینستون، مدیر رصدخانه شد. او متوجه شد که پین-گاپوشکین چقدر دستمزد کمی می گیرد و حقوق او را دو برابر کرد و سپس کاری واقعاً مهم انجام داد. با از بین رفتن تعصبات ضد زن لوول (او در سال 1933 بازنشسته شده بود)، منزل توانست پین-گاپوشکین را به عنوان استاد تمام نجوم منصوب کند. این یک خبر بزرگ بود: نیویورک تایمز در 21 ژوئن 1956 گزارش داد که "[Payne-Gaposchkin] اولین زنی است که از طریق ارتقاء منظم هیئت علمی به استادی کامل در هاروارد دست یافته است." چند ماه بعد، او رئیس دپارتمان نجوم شد، اولین زنی که ریاست یک دپارتمان در هاروارد را بر عهده گرفت.

در نگاهی به گذشته، حرفه پین ​​گاپوشکین با پایان‌نامه‌ای برجسته، تحقیقات پربار، تدریس عالی و تمایز برای «اول‌های» او در هاروارد و افتخارات دیگر، بسیار موفق بود. او در کنار همه کارهای آکادمیک، جایی برای زندگی شخصی خود پیدا کرد. او در سال 1934 با ستاره شناس مهاجر روسی سرگئی گاپوشکین ازدواج کرد و با او سه فرزند را در حالی که به تحقیقات نجومی ادامه می داد بزرگ کرد.

درایو استثنایی

به نوعی، می توان گفت که او «همه چیز» را در ترکیب علم با خانواده و فرزندان داشت، اما رسیدن به آنجا به دلیل تعصبات علیه زنان، بی جهت دشوار و طاقت فرسا بود. او فقط در سن 56 سالگی به استادی کامل رسید، بسیار دیرتر از اینکه مردی با دستاوردهای مشابه به آن موقعیت برسد، و پس از آن که برای پیشرفت از او عبور کرد، که باید عوارض روانی داشته باشد. فقط فردی با انگیزه و پشتکار استثنایی همراه با توانایی علمی می توانست تا شناخت نهایی دوام بیاورد.

در نهایت، سیسیلیا پین-گاپوشکین، که در سال 1979 درگذشت، یک دانشمند پیشگام بود که در طول زندگی حرفه‌ای خود کارهای شگفت‌انگیزی انجام داد، اما در بیشتر موارد با او برخورد حرفه‌ای نشد. اکثر رایانه های هاروارد به جای پژوهشگران یا دانشجویان فارغ التحصیل، کارمند بودند. در حالی که شپلی به پین-گاپوشکین فرصت های مهمی داد و فهمید که او چقدر دانشمند خوبی است، او همچنین با او به عنوان یک کامپیوتر دیگر از هاروارد رفتار کرد که برای حمایت از برنامه های خود برای رصدخانه استخدام شده بود. او موقعیت زنان را در نجوم فراتر از رایانه ها ارتقا داد، اما همچنان با موانعی روبرو شد که او را از تبدیل شدن به دانشمند کاملی که می خواست باشد، باز داشت، زیرا زنان در اواخر قرن بیستم شروع به موفقیت کردند. کارهای درخشان او اغلب نادیده گرفته می شد و میراث او فراموش می شد، زیرا او به یکی از بسیاری از زنان "پنهان" در علم تبدیل شد که در واقع پایه و اساس رشته های خود را بنا نهادند. اخیراً است که سهم قابل توجه افرادی مانند پین گاپوشکین در تاریخ علم ثبت شده است، و باید از او به عنوان یک چهره انتقالی کلیدی بین امکانات قدیمی و جدیدتر برای زنان در علم یاد کرد.

پست سیسیلیا پین-گاپوشکین: زنی که هیدروژن را در ستارگان یافت به نظر می رسد برای اولین بار در دنیای فیزیک.

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/