Cecilia Payne-Gaposchkin: nainen, joka löysi vedyn tähdistä

Vety, yksinkertaisin atomi, on maailmankaikkeuden perusrakennuspalikka. Tiedämme, että se oli olemassa pian universumin syntymän jälkeen ja että se esiintyy edelleen suurena osana tähtienvälistä väliainetta, jossa tähdet muodostuvat. Se on myös ydinpolttoaine, joka pitää tähdet säteilemässä valtavia määriä energiaa, kun ne kehittyvät aionien aikana luoden kemiallisia alkuaineita.

Mutta kuinka opimme, että vety on laajalle levinnyt ja peruskomponentti maailmankaikkeudessa? Ei tarpeeksi ihmisiä tiedä, että vedyn kosmisen merkityksen ymmärsi ensin nuori tohtoriopiskelija Cecilia Payne (Payne-Gaposchkin avioliiton jälkeen), joka vuonna 1925 löysi vedyn tähdistä. Hän todellakin suoritti tohtorintutkinnon aikana, jolloin naisten oli vielä erittäin vaikeaa tehdä niin, ja hän teki läpimurtotutkimusta väitöskirjaansa varten. Kaikesta hänen tieteensä menestyksestä huolimatta hänen tarinansa osoittaa myös esteet ja seksismin, jotka vaikeuttivat naisten tieteellisten toiveiden toteuttamista ja vaikuttivat heidän uraansa kauttaaltaan.

Nuori tiedemies

Cecilia Payne syntyi Wendoverissa Englannissa vuonna 1900. Hänen isänsä kuoli, kun hän oli neljävuotias, mutta hänen äitinsä Emma näki, että hänellä oli lahjakas lapsi, joka halusi tiedemieheksi. Emma kirjoitti tyttärensä St Paul's School for Girls -kouluun Lontoossa, jossa oli hyvät mahdollisuudet opettaa luonnontieteitä. 17-vuotias viihtyi siellä ja kuten Payne-Gaposchkin myöhemmin kirjoitti omaelämäkertaansa Värjäjän käsi (julkaistu uudelleen otsikon alla Cecilia Payne-Gaposchkin: Omaelämäkerta ja muita muistoja), hän varastaisi tiedelaboratorioon "pieneen jumalanpalvelukseeni, ihaillen kemiallisia alkuaineita".

Hänen edistynyt tiedekoulutuksensa alkoi vuonna 1919, kun hän tuli Newnhamin yliopisto klo University of Cambridge stipendillä. Siellä hän opiskeli kasvitiedettä, ensimmäistä rakkauttaan, sekä fysiikkaa ja kemiaa – huolimatta siitä, että yliopisto ei tuolloin tarjonnut tutkintoja naisille. Siitä huolimatta se oli jännittävää aikaa opiskella fysiikan tieteitä, koska se imeytyi kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian nouseviin alueisiin.

Cambridgessa Ernest Rutherfordin kaltaiset tutkivat atomi- ja subatomisia maailmoja, ja Arthur Eddington tutki tähtien rakennetta ja kehitystä. Itse asiassa Payne-Gaposchkinin fysiikan opettaja oli Rutherford itse, mutta luokkansa ainoana naisena hän huomasi joutuvansa nöyryytetyksi. Yliopistosäännöt vaativat hänen istuvan eturivissä. Kuten hän kertoo omaelämäkerrassaan: "Jokaisella luennolla [Rutherford] katsoi minua terävästi... ja aloitti stentoriaalisella äänellään:'Naisten ja herrat.' Kaikki pojat tervehtivät säännöllisesti tätä nokkeluutta jylinäisillä aplodeilla [ja] jaloillaan lyömällä… joka luennolla toivoin voivani vajota maahan. Tähän päivään asti otan vaistomaisesti paikkani luentosalissa mahdollisimman taakse."

Sen sijaan Payne-Gaposchkin löysi inspiraation Eddingtonista. Melkein sattumalta hän osallistui hänen luentoonsa hänen vuoden 1919 retkistään Länsi-Afrikkaan, joka vahvisti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian. Tämä teki häneen niin vaikutuksen, että hän päätti valita fysiikan ja tähtitieteen kasvitieteen sijaan. Kun hän myöhemmin sattui tapaamaan Eddingtonin, kuten hän kirjoittaa omaelämäkerrassaan: "Puhusin, että haluaisin olla tähtitieteilijä... hän vastasi, joka piti minua tukena monien vastustusten läpi: "En näe mitään ylitsepääsemätöntä vastalausetta." Hän otti hänet mukaan työhönsä tähtirakenteiden parissa, mutta hän varoitti häntä myös siitä, että Cambridgen jälkeen Englannissa ei todennäköisesti olisi naistähtitieteilijälle mahdollisuuksia.

Uudet rannat

Onneksi uusi mahdollisuus ilmaantui, kun Payne-Gaposchkin tapasi Harlow Shapleyn, johtajan. Harvard Collegen observatorio Cambridgessä, Massachusettsissa vieraillessaan Isossa-Britanniassa. Hän rohkaisi hänen ponnistelujaan, ja hän sai tietää, että hän oli aloittamassa tähtitieteen jatko-ohjelmaa. Eddingtonin hehkuvan suosituksen perusteella Shapley tarjosi hänelle vaatimattoman stipendin tutkijaksi. Vuonna 1923 hän purjehti Yhdysvaltoihin aloittaakseen tohtorintutkinnon Shapleyn johdolla.

Naiset olivat pitkään osallistuneet Harvardin observatorion tutkimukseen. 1870-luvulla Shapleyn edeltäjä johtajana Charles Pickering oli alkanut palkata naisia, jotka tunnettiin nimellä "Harvard Computers" (alkuperäisessä merkityksessä henkilö, joka tekee laskelmia) analysoimaan observatorion keräämiä tietovarastoja. Naisia ​​suosittiin, koska heidän uskottiin olevan miehiä kärsivällisempiä hienoja yksityiskohtia vaativassa työssä, ja he hyväksyivät alhaisemman palkan kuin miehet. Osa tietokoneista palkattiin ilman tieteellistä taustaa, mutta jopa korkeakoulututkinnon suorittaneille maksettiin kuin ammattitaidottomille työntekijöille 25–50 senttiä tunnilta (ks.Universumi lasin läpi pimeässä").

Harvard Computers eivät olleet riippumattomia tutkijoita, vaan avustajia määrättyjen projektien kanssa. Siitä huolimatta nämä naiset antoivat joitakin merkittävimmistä panoksista varhaiseen havaintoastronomiaan. Heihin kuuluivat Henrietta Swan Leavitt – kuuluisa kefeidimuuttujien jakso-luminositeettisuhteen löytämisestä – ja Annie Jump Cannon, joka oli kansainvälisesti tunnustettu tähtispektrien järjestämisestä.

19-luvun puolivälistä lähtien tiedettiin, että jokainen elementti tuottaa ainutlaatuisen spektriviivojen kuvion ja että eri tähtien spektrit osoittivat sekä yhtäläisyyksiä että eroja. Tämä viittasi siihen, että tähdet voitaisiin luokitella ryhmiin, mutta ei ollut juurikaan yksimielisyyttä siitä, kuinka se olisi parasta tehdä.

Vuonna 1894 Cannon aloitti observatoriossa kerättyjen tähtien spektrien tutkimisen ja niiden saamisen hyödylliseen järjestykseen. Tämä pelottava tehtävä vaivasi häntä vuosia. Eri tähtien spektrit tallennettiin lasivalokuvalevyille, jolloin jokainen kuva oli enintään tuumaa pitkä. Cannon luki suurennuslasilla satojen tuhansien spektrien yksityiskohdat ja lajitteli suurimman osan kuuteen ryhmään, jotka nimettiin B, A, F, G, K ja M, joista vähemmistö sijoittui ryhmään O. Järjestelmä perustui Balmerin absorptioviivojen vahvuus (jotka kuvaavat vetyatomin spektriviivapäästöjä) ja heijastivat tiettyjen elementtien, kuten K-tähdissä olevien metallien, spektrisiä tunnusmerkkejä.

Spektritutkimukset

Cannon ei kuitenkaan tutkinut spektrien aiheuttamia fyysisiä mekanismeja eikä poiminut niistä kvantitatiivista tietoa. Tohtorityössään Payne-Gaposchkin käytti Cambridgessa oppimaansa fysiikkaa analysoidakseen tätä ainutlaatuista datavälimuistia uusimpien teorioiden avulla. Spektriviivojen alkuperä oli vahvistettu vain vuosikymmen aiemmin vuonna 1913 Niels Bohrin varhaisen vetyatomin kvanttiteorian avulla, jota muut myöhemmin laajensivat. Näitä teorioita sovellettiin neutraaleihin atomeihin. Payne-Gaposchkinin suuri oivallus oli ymmärtää, että virittyneiden tai ionisoitujen atomien spektrit – kuten esimerkiksi tähtien kuumassa ulkoilmakehässä – erosivat saman lajin neutraalien atomien spektristä.

Intialainen fyysikko Meghnad Saha johti vuonna 1921 lämpötilan, kuumien atomien kvanttitilojen ja niiden spektrilinjojen välisen suhteen. Hän ei voinut täysin testata ideoitaan tietämättä kunkin elementin kvanttienergiatasoja, mutta niitä mitattiin, kun Payne-Gaposchkin aloitti tutkimuksensa. Hän yhdisti valtavasti uudet tiedot Sahan teoriaan tulkitakseen täysin Cannonin tähtispektrit, mukaan lukien lämpötilavaikutukset. Eräs merkittävä tulos oli tähtien lämpötilojen korrelaatio Cannonin luokkien kanssa, ja tuloksia käytetään edelleen tänään: esimerkiksi B-tähdet hehkuvat 20,000 3000 K:ssa, kun taas M-tähdet hehkuvat vain 1925 XNUMX K:ssa. Tämä tulos on osa Payne-Gaposchkinin vuoden XNUMX merkittävää opinnäytetyötä. Tähtien ilmapiirit, sai hyvän vastaanoton, mutta toinen hänen opinnäytetyönsä tulos ei.

Koostumusongelmat

Payne-Gaposchkin laski jokaisen tähtispektreissä nähdyn elementin suhteellisen runsauden. Heistä 15, litiumista bariumiin, tulokset olivat samanlaisia ​​eri tähdillä ja "osoittivat silmiinpistävää yhdensuuntaisuutta Maan koostumuksen kanssa". Tämä yhtyi silloisten tähtitieteilijöiden käsitykseen, että tähdet tehtiin samasta aineesta kuin maa.

Mutta sitten tuli suuri yllätys: hänen analyysinsä osoitti myös, että vetyä oli miljoona kertaa enemmän kuin muita alkuaineita. Heliumia oli puolestaan ​​tuhat kertaa enemmän. Johtopäätös, jonka mukaan aurinko oli tehty lähes kokonaan vedystä, joutui välittömästi vaikeuksiin hänen väitöskirjansa arvostetun ulkopuolisen tutkijan kanssa. Tämä oli Henry Russell, Princetonin observatorion johtaja ja vahva kannattaja ajatukselle, että Maan ja Auringon koostumus oli sama. Russell oli vaikuttunut, kunnes hän luki hänen tuloksensa vedystä. Sitten hän kirjoitti Payne-Gaposchkinille, että teoriassa täytyy olla jotain vialla, koska "On selvästi mahdotonta, että vetyä olisi miljoona kertaa enemmän kuin metalleja."

Ilman Russellin siunausta opinnäytetyötä ei hyväksytty, joten Payne-Gaposchkin teki sen, mitä hänen piti tehdä. Opinnäytetyönsä lopullisessa versiossa hän kielsi tämän osan työstään kirjoittamalla "[Vedyn ja heliumin] saatu valtava runsaus ei ole läheskään varmasti todellista." Mutta vuonna 1929 Russell julkaisi oman johtopäätöksensä alkuaineiden, mukaan lukien vedyn, tähtien runsaudesta käyttäen eri menetelmää. Hän viittasi Payne-Gaposchkinin työhön ja totesi, että hänen tulokset kaikista alkuaineista, mukaan lukien vedyn runsaus, sopivat erittäin hyvin hänen tulostensa kanssa. Sanomatta sitä suoraan, Russellin paperi vahvisti, että Payne-Gaposchkinin koko analyysi oli oikea ja että hän oli ensimmäinen, joka havaitsi, että aurinko on enimmäkseen vedystä. Siitä huolimatta hän ei koskaan väittänyt, että hän oli alun perin hylännyt tämän tuloksen hänen opinnäytetyössään.

Saattaa olla, että Russell tarjosi kommenttinsa vedystä varoittaakseen nuorta tiedemiestä, että hyväksyttyjen ajatusten vastaisten tulosten esittäminen voi vahingoittaa hänen uraansa. Todennäköisesti vain Russellin vartalon vanhempi tutkija olisi voinut vakuuttaa tähtitieteellisen yhteisön tästä uudesta löydöstä. Todellakin, hänen myöhempi artikkelinsa vaikutti tähtitieteilijöihin hyväksymään, että tähdet on tehty vedystä siinä määrin, että hänet luettiin löydön tekijäksi.

Cecilia Payne-Gaposchkinin opinnäytetyön voima puhuu puolestaan. Hänen selkeä kirjoitustyylinsä, aiheen hallinta ja uraauurtava tiede loistavat

Ilman asianmukaista luottoa Payne-Gaposchkinin väitöskirjan voima puhuu puolestaan. Hänen selkeä kirjoitustyylinsä, aiheen hallinta ja uraauurtava tiede loistavat. Shapley painotti teoksen monografiana ja sitä myi 600 kappaletta – väitöskirjan käytännöllisesti katsoen bestseller-status. Eniten kiitosta tuli lähes 40 vuotta myöhemmin, kun arvostettu tähtitieteilijä Otto Struve soitti Tähtien ilmapiirit "Loistavin tohtorintutkielma, joka on koskaan kirjoitettu tähtitiedestä".

Jos Payne-Gaposchkinilla oli huonoa tahtoa Russellia kohtaan, hän ei antanut siitä mitään ulkoista merkkiä ja säilytti henkilökohtaisen suhteen Russelliin. Katsauksessaan hänen työstään, jota hän osallistui vuoden 1977 symposiumiin, jossa hän kunnioitti häntä (hän ​​kuoli vuonna 1957), hän kutsui hänen vuoden 1929 paperiaan "aikakauden luovaksi" viittaamatta omaan työhönsä. Hän katui suuresti sitä, ettei hän ollut seisonut tuloksensa takana. Hänen tyttärensä Katherine Haramundanis kirjoitti, että "hän valitteli tätä päätöstä koko elämänsä ajan". Omaelämäkerrassaan Payne-Gaposchkin kirjoitti: ”Olin syyllinen siihen, etten painottanut kantaani. Olin antanut periksi Authoritylle, kun uskoin olevani oikeassa… Huomaan sen tässä varoituksena nuorille. Jos olet varma tosiasioistasi, sinun tulee puolustaa kantaasi."

Taistelee ennakkoluuloja ja ennakkoluuloja vastaan

Valmistuttuaan opinnäytetyönsä Payne-Gaposchkin jäi observatorioon Shapleyn johdolla, mutta poikkeavassa tilanteessa. Hän halusi jatkaa astrofysikaalista tutkimusta, mutta koska Shapley maksoi hänelle (pienen) palkan "teknisenä avustajana", hän tunsi voivansa ohjata hänet ikään kuin hän olisi Harvardin tietokone, ja hän laittoi hänet työhön tähtien kirkkauden mittaamiseen. rutiiniprojekti, joka ei juurikaan kiinnostanut häntä. Shapley piti myös hänen opettaa jatko-kursseja, mutta ilman "ohjaajan" arvoa, puhumattakaan "professorista" ja ilman, että hänen kurssejaan olisi listattu luettelossa. Yrittääkseen korjata tämän Shapley lähestyi dekaania ja Harvardin presidenttiä Abbot Lawrence Lowellia, mutta he kieltäytyivät jyrkästi. Lowell kertoi Shapleylle, että Miss Payne (kuten hänet silloin tunnettiin) "ei koskaan saisi asemaa yliopistossa niin kauan kuin hän on elossa".

Tällainen sukupuoliharha vaikutti Payne-Gaposchkiniin hänen uransa kaikissa vaiheissa. Hänen tohtorintutkintonsa (ensimmäinen tähtitieteessä Harvardissa) ei ollut teknisesti Harvardista. Shapley oli pyytänyt Harvardin fysiikan osaston puheenjohtajaa allekirjoittamaan väitöskirjan, mutta kun Shapley välitti Payne-Gaposchkinille, tuoli kieltäytyi hyväksymästä naisehdokasta. Sen sijaan Shapleyn oli järjestettävä, että hänen tohtorinsa myönsi Radcliffe, naisten korkeakoulu Harvardissa. Kun hän myöhemmin alkoi rakentaa todellista tähtitieteen laitosta Harvardiin, Shapley oli vakuuttunut siitä, että hänen paras tutkijansa Payne-Gaposchkin oli hyvin pätevä toimimaan sen ensimmäisenä tuolina – mutta hän tajusi, ettei Lowell koskaan salli sitä, ja siksi hän toi. miestähtitieteilijässä.

Vuosikymmeniä työskennellyt observatoriossa, julkaissut kirjoja ja satoja tutkimuspapereita ja tullut halutuksi ohjaajaksi Payne-Gaposchkin jäi eräänlaiseen uran hämärään – huonosti palkattuina ja ilman todellista akateemista asemaa. Tämä muuttui vasta vuonna 1954, kun Shapley jäi eläkkeelle ja Donald Menzel, Russellin palkinto-opiskelija Princetonissa, tuli observatorion johtajaksi. Hän huomasi, kuinka vähän Payne-Gaposchkinille maksettiin ja tuplasi hänen palkkansa, ja teki sitten jotain todella merkittävää. Kun Lowell ja hänen naisten vastustuskykynsä olivat poissa (hän ​​oli jäänyt eläkkeelle vuonna 1933), Menzel sai Payne-Gaposchkinin nimitetyksi tähtitieteen täysprofessoriksi. Tämä oli suuri uutinen: New York Times raportoi 21. kesäkuuta 1956, että "[Payne-Gaposchkin] on ensimmäinen nainen, joka on saavuttanut täyden professorin viran Harvardissa säännöllisen tiedekunnan ylennyksen kautta." Muutamaa kuukautta myöhemmin hänestä tuli tähtitieteen osaston puheenjohtaja, ensimmäinen nainen, joka johti osastoa Harvardissa.

Jälkeenpäin tarkasteltuna Payne-Gaposchkinin ura oli erinomaisen menestyksekäs erinomaisen väitöskirjan, tuotteliaan tutkimuksen, erinomaisen opetuksen ja hänen "ensimmäisistä" Harvardissa ja muista kunnianosoituksistaan ​​ansioistaan. Kaiken akateemisen työnsä ohella hän löysi tilaa henkilökohtaiselle elämälleen. Hän meni naimisiin venäläisen emigranttitähtitieteilijän Sergei Gaposchkinin kanssa vuonna 1934 ja kasvatti hänen kanssaan kolme lasta samalla kun hän jatkoi tähtitieteellistä tutkimusta.

Poikkeuksellinen ajo

Jossain mielessä voitaisiin sanoa, että hänellä "oli kaikki" tieteen yhdistämisessä perheen ja lasten kanssa, mutta sinne pääseminen oli tarpeettoman vaikeaa ja uuvuttavaa naisiin kohdistuvan ennakkoasenteen vuoksi. Hänestä tuli täysprofessori vasta 56-vuotiaana, paljon myöhemmin kuin mies, jolla on samanlaisia ​​saavutuksia, olisi saavuttanut tämän aseman, ja sen jälkeen, kun hänet oli ohitettu etenemisestä, mikä on täytynyt vaatia psykologista veroa. Vain henkilö, jolla on poikkeuksellinen intohimo ja sinnikkyys sekä tieteelliset kyvyt, olisi voinut kestää lopulliseen tunnustamiseen asti.

Lopulta Cecilia Payne-Gaposchkin, joka kuoli vuonna 1979, oli uraauurtava tiedemies, joka teki hämmästyttävää työtä koko uransa ajan, mutta jota ei kohdeltu ammattimaisesti suurimmassa osassa sitä. Suurin osa Harvardin tietokoneista oli työntekijöitä eikä tutkijoita tai jatko-opiskelijoita. Vaikka Shapley antoi Payne-Gaposchkinille tärkeitä mahdollisuuksia ja ymmärsi kuinka hyvä tiedemies hän oli, hän myös kohteli häntä vain yhtenä Harvardin tietokoneena, joka palkattiin tukemaan hänen omia observatorion suunnitelmiaan. Hän edisti naisten asemaa tähtitieteessä tietokoneiden asemaa pidemmälle, mutta kohtasi silti esteitä, jotka estivät häntä olemasta täydellinen tiedemies, jota hän halusi olla, kuten naiset alkoivat saavuttaa vasta myöhemmin 20-luvulla. Hänen loistava työnsä jätettiin usein huomiotta ja hänen perintönsä unohdettiin, sillä hänestä tuli yksi monista "piilotettuista" tieteen naisista, jotka todella loivat perustan aloilleen. Vasta äskettäin Payne-Gaposchkinin kaltaisten merkittäviä panoksia kirjoitetaan tieteen historiaan, ja hänet tulisi muistaa keskeisenä siirtymähahmona naisten vanhempien ja uudempien mahdollisuuksien välillä tieteessä.

Viesti Cecilia Payne-Gaposchkin: nainen, joka löysi vedyn tähdistä ilmestyi ensin Fysiikan maailma.

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/