Cecilia Payne-Gaposchkin: a nő, aki hidrogént talált a csillagokban

A hidrogén, a legegyszerűbb atom, a világegyetem alapvető építőköve. Tudjuk, hogy nem sokkal az univerzum megszületése után létezett, és még mindig a csillagközi közeg nagy részeként jelenik meg, amelyben a csillagok kialakulnak. Ugyancsak a nukleáris üzemanyag az, amely a csillagokat hatalmas mennyiségű energiát sugározva tart, miközben eonok során fejlődik, hogy létrehozzák a kémiai elemeket.

De honnan tudtuk meg, hogy a hidrogén az univerzum széles körben elterjedt és alapvető alkotóeleme? Kevesen tudják, hogy a hidrogén kozmikus jelentőségét először egy fiatal doktorandusz, Cecilia Payne fogta meg (Payne-Gaposchkin, miután férjhez ment), aki 1925-ben fedezte fel a hidrogént a csillagokban. Valójában akkor szerzett PhD fokozatot, amikor még rendkívül nehéz volt a nők számára, és áttörést jelentő kutatásokat végzett a disszertációjához. Tudományának sikere ellenére története bemutatja azokat az akadályokat és szexizmust is, amelyek megnehezítették a nők számára tudományos törekvéseik megvalósítását, és mindvégig befolyásolták karrierjüket.

Fiatal tudós

Cecilia Payne 1900-ban született az angliai Wendoverben. Édesapja négy éves korában meghalt, de anyja, Emma látta, hogy tehetséges gyermeke van, aki tudós szeretne lenni. Emma beíratta lányát a londoni St Paul's School for Girls-be, amely jól felszerelt a természettudományok oktatására. A 17 éves lány ott boldogult, és ahogy később Payne-Gaposchkin is írta önéletrajzában A festő keze (újra megjelent a cím alatt Cecilia Payne-Gaposchkin: Önéletrajz és egyéb visszaemlékezések), belopakodott a tudományos laborba „egy kis saját istentiszteletre, imádva a kémiai elemeket”.

Felsőfokú természettudományos oktatása 1919-ben kezdődött, amikor belépett Newnham Főiskola a University of Cambridge ösztöndíjon. Ott tanult botanikát, első szerelmét, valamint fizikát és kémiát – annak ellenére, hogy akkoriban az egyetem nem adott diplomát nőknek. Mindazonáltal izgalmas időszak volt a fizikai tudományok tanulmányozása, mivel az magába szívta a kvantummechanika és a relativitáselmélet születőben lévő területeit.

Cambridge-ben Ernest Rutherfordhoz hasonlók az atomi és szubatomi világot, Arthur Eddington pedig a csillagok szerkezetét és fejlődését tanulmányozta. Valójában Payne-Gaposchkin fizikaoktatója maga Rutherford volt, de osztályában egyedüli nőként azon kapta magát, hogy megalázzák. Az akkori egyetemi szabályzat megkövetelte, hogy az első sorban üljön. Ahogy önéletrajzában meséli: „Minden előadáson [Rutherford] élesen rám nézett… és sztentori hangján kezdte:Hölgyek és uraim. Minden fiú rendszeresen dörgő tapssal üdvözölte ezt a szellemességet [és] lábbal toporogva… minden előadáson azt kívántam, bárcsak elsüllyedhetnék a földbe. A mai napig ösztönösen elfoglalom a helyemet, amennyire csak lehet, egy előadóteremben.”

Ehelyett Payne-Gaposchkin Eddingtonban talált ihletet. Szinte véletlenül vett részt az 1919-es nyugat-afrikai expedíciójáról szóló előadásán, amely megerősítette Einstein általános relativitáselméletét. Ez annyira lenyűgözte, hogy úgy döntött, a fizikát és a csillagászatot választja a botanika helyett. Amikor később véletlenül találkozott Eddingtonnal, ahogy önéletrajzában írja: „Kifakadtam, hogy csillagász szeretnék lenni… ő azt a választ adta, amely sok visszautasításon keresztül támogatta: „Nem látok leküzdhetetlen kifogást.” ” Bekötötte a csillagszerkezetekkel kapcsolatos munkájába, de figyelmeztette is, hogy Cambridge után valószínűleg nem lesz lehetőség egy női csillagász számára Angliában.

Új partok

Szerencsére egy új lehetőség merült fel, amikor Payne-Gaposchkin találkozott Harlow Shapley-vel, a film igazgatójával. Harvard College Obszervatórium Cambridge-ben, Massachusettsben, az Egyesült Királyságban tett látogatása során. Bátorította erőfeszítéseit, és a lány megtudta, hogy csillagászi posztgraduális programot indít. Eddington ragyogó ajánlásával Shapley szerény ösztöndíjat ajánlott fel neki, mint kutató munkatárs. 1923-ban az Egyesült Államokba hajózott, hogy Shapley irányításával megkezdje a doktori fokozat megszerzését.

A nők régóta közreműködtek a Harvard Obszervatórium kutatásában. Az 1870-es években Shapley igazgatói elődje, Charles Pickering „Harvard Computers” néven ismert nőket kezdett felvenni (eredeti értelemben számításokat végző személyként), hogy elemezzék az obszervatórium által gyűjtött adattárakat. A nőket részesítették előnyben, mert azt gondolták, hogy türelmesebbek a férfiaknál a finom részleteket igénylő munkában, és alacsonyabb fizetést fogadtak el, mint a férfiak. A számítógépek egy részét természettudományos előképzettség nélkül vették fel, de még a főiskolai végzettséggel rendelkezőket is 25–50 cent óránként fizették, mint a szakképzetlen munkásokat.Az univerzum egy üvegen keresztül sötéten").

A Harvard Computers nem független kutatók voltak, hanem asszisztensek a kijelölt projektekkel. Mindazonáltal ezek a nők járultak hozzá a legjelentősebb mértékben a korai megfigyelési csillagászathoz. Köztük volt Henrietta Swan Leavitt – a cefeida változók periódus-fényesség kapcsolatának felfedezéséről híres – és Annie Jump Cannon, aki nemzetközileg elismert csillagspektrumok szervezésében.

A 19. század közepe óta ismert volt, hogy minden elem egyedi spektrumvonal-mintázatot hoz létre, és hogy a különböző csillagok spektrumai hasonlóságot és különbséget is mutatnak. Ez azt sugallta, hogy a csillagokat csoportokba lehetne sorolni, de nem volt egyetértés a legjobban.

1894-ben Cannon megkezdte az obszervatóriumban gyűjtött csillagspektrumok vizsgálatát és hasznos rendbe hozását. Ez az ijesztő feladat évekig foglalkoztatta. A különböző csillagok spektrumát üveg fényképezőlapokra vették fel, és mindegyik kép nem volt hosszabb egy hüvelyknél. Cannon nagyítóval több százezer spektrum részleteit olvasta le, és a legtöbbet hat csoportba rendezte, B, A, F, G, K és M címkékkel, a kisebbség pedig az O csoportba került. A rendszer a A Balmer abszorpciós vonalak erőssége (amelyek a hidrogénatom spektrális vonalkibocsátását írják le), és tükrözték bizonyos elemek, például a K csillagokban lévő fémek spektrális jellemzőit.

Spektrális vizsgálatok

Cannon azonban nem vizsgálta meg a spektrumot okozó fizikai mechanizmusokat, és nem nyert ki belőlük mennyiségi információkat. PhD munkájában Payne-Gaposchkin a Cambridge-ben tanult fizikára támaszkodott, hogy a legújabb elméletekkel elemezze ezt az egyedülálló adattárat. A spektrumvonalak eredetét mindössze egy évtizeddel korábban, 1913-ban állapította meg Niels Bohr korai kvantumelmélete a hidrogénatomról, amelyet később mások is kiterjesztettek. Ezek az elméletek a semleges atomokra vonatkoztak. Payne-Gaposchkin nagy belátása az volt, hogy megértette, hogy a gerjesztett vagy ionizált atomok spektrumai – például a csillagok forró külső atmoszférájában fordulnak elő – eltérnek az azonos fajhoz tartozó semleges atomok spektrumaitól.

A hőmérséklet, a forró atomok kvantumállapotai és spektrális vonalaik közötti összefüggést Meghnad Saha indiai fizikus állapította meg 1921-ben. Nem tudta teljesen tesztelni elképzeléseit anélkül, hogy nem tudta volna az egyes elemek kvantumenergia-szintjét, de ezeket mérték, amikor Payne-Gaposchkin elkezdte a kutatást. Hatalmas erőfeszítéssel egyesítette az új adatokat Saha elméletével, hogy teljes mértékben értelmezze Cannon csillagspektrumát, beleértve a hőmérsékleti hatásokat is. Az egyik jelentős eredmény a csillagok hőmérsékletének és Cannon kategóriáinak korrelációja volt, a mai napig használt eredményekkel: például a B csillagok 20,000 3000 K-en világítanak, míg az M csillagok csak 1925 K-en. Ez az eredmény Payne-Gaposchkin figyelemre méltó, XNUMX-ös tézisének része. Csillagok légkörei, jól fogadták, de a szakdolgozatának másik eredménye nem.

Kompozíciós rejtvények

Payne-Gaposchkin kiszámította a csillagspektrumban látható egyes elemek relatív abundanciáját. Közülük 15 esetében, a lítiumtól a báriumig, az eredmények hasonlóak voltak a különböző csillagok esetében, és „feltűnő párhuzamot mutattak a Föld összetételével”. Ez egybevágott a csillagászok akkori hiedelmével, miszerint a csillagok ugyanabból az anyagból készültek, mint a Föld.

Ám ekkor jött egy nagy meglepetés: elemzése azt is kimutatta, hogy a hidrogén milliószor nagyobb mennyiségben van jelen, mint a többi elem. Eközben a hélium ezerszer nagyobb mennyiségben volt jelen. Az a következtetés, hogy a Nap szinte teljes egészében hidrogénből áll, azonnal meggyűlt a disszertáció egy tekintélyes külső vizsgáztatójával. Ez Henry Russell volt, a Princetoni Obszervatórium igazgatója, és erős szószólója annak az elképzelésnek, hogy a Föld és a Nap azonos összetételű. Russell egészen addig lenyűgözött, amíg el nem olvasta a hidrogénre vonatkozó eredményét. Aztán azt írta Payne-Gaposchkinnek, hogy valami nem stimmel az elmélettel, mert „Egyértelműen lehetetlen, hogy a hidrogén milliószor nagyobb mennyiségben legyen, mint a fémek”.

Russell áldása nélkül a dolgozatot nem fogadnák el, így Payne-Gaposchkin azt tette, amit tennie kellett. Dolgozatának végső változatában megtagadta munkájának ezt a részét, és ezt írta: „A [hidrogén és hélium] hatalmas bősége szinte biztosan nem valós.” De 1929-ben Russell más módszerrel publikálta saját származékát az elemek, köztük a hidrogén csillagi bőségéről. Idézte Payne-Gaposchkin munkáját, és megjegyezte, hogy az összes elemre vonatkozó eredményei, beleértve a hidrogén nagy mennyiségét, rendkívül jól egyeztek az övével. Anélkül, hogy ezt közvetlenül mondta volna, Russell papírja megerősítette, hogy Payne-Gaposchkin teljes elemzése helyes volt, és ő volt az első, aki felfedezte, hogy a Nap többnyire hidrogénből áll. Ennek ellenére soha nem állította, hogy eredetileg elutasította ezt az eredményt a dolgozatában.

Lehetséges, hogy Russell a hidrogénnel kapcsolatos megjegyzésével figyelmeztetett egy fiatal tudóst arra, hogy az elfogadott elképzelésekkel ellentétes eredmények bemutatása árthat a karrierjének. Valószínűleg csak egy Russell termetű vezető kutatója tudta volna meggyőzni a csillagászati ​​közösséget erről az új felfedezésről. Valójában későbbi írása arra késztette a csillagászokat, hogy elfogadják, hogy a csillagok hidrogénből állnak, annyira, hogy őt tulajdonították a felfedezésért.

Cecilia Payne-Gaposchkin tézisének ereje önmagáért beszél. Világos írói stílusa, a téma irányítása és úttörő tudománya tündököl

Payne-Gaposchkin tézisének ereje kellő hitel nélkül is önmagáért beszél. Világos írói stílusa, a téma irányítása és úttörő tudománya tündököl. Shapley monográfiaként nyomtattatta ki a művet, és 600 példányban kelt el belőle – ez gyakorlatilag a disszertáció bestseller státusza. A legnagyobb dicséret csaknem 40 évvel később hangzott el, amikor a kiváló csillagász, Otto Struve telefonált Csillagok légkörei „a csillagászatból valaha írt legzseniálisabb PhD-dolgozat”.

Ha Payne-Gaposchkinnek volt rosszindulata Russell iránt, annak semmilyen külső jelét nem adta, és személyes kapcsolatot tartott fenn vele. Munkásságának áttekintésében, amelyben közreműködött egy 1977-es szimpóziumon, amely tiszteletére tisztelte őt (1957-ben halt meg), 1929-es tanulmányát „korszakalkotónak” nevezte anélkül, hogy saját munkájára hivatkozott volna. Amit nagyon megbánt, hogy nem állt az eredménye mögé. Lánya, Katherine Haramundanis azt írta, hogy „egész életében sajnálta ezt a döntést”. Payne-Gaposchkin ezt írta önéletrajzában: „Én voltam a hibás, amiért nem hangoztattam az álláspontomat. Engedtem a Hatóságnak, amikor azt hittem, hogy igazam van… Figyelmeztetésként jegyzem meg itt a fiataloknak. Ha biztos a tényeiben, meg kell védenie álláspontját.”

Az elfogultság és az előítélet elleni küzdelem

A szakdolgozat elkészítése után Payne-Gaposchkin az obszervatóriumban maradt Shapley vezetésével, de rendhagyó helyzetben. Folytatni akarta az asztrofizikai kutatásokat, de mivel Shapley (kis) fizetést fizetett neki „műszaki asszisztenseként”, úgy érezte, úgy irányíthatja, mintha egy Harvard Computer lenne, és a csillagok fényességének mérésére bízta. rutinprojekt, amely nem nagyon foglalkoztatta. Shapleynek is tanított posztgraduális kurzusokat, de „oktatói”, nemhogy „professzor” cím nélkül, és anélkül, hogy kurzusai szerepeltek volna a katalógusban. Ennek orvoslására Shapley felkereste a dékánt és a Harvard elnökét, Lawrence Lowell apát, de ők határozottan visszautasították. Lowell azt mondta Shapleynek, hogy Miss Payne (ahogyan akkoriban ismerték) „soha nem lesz pozíciója az egyetemen, amíg él”.

Az ehhez hasonló nemi elfogultság Payne-Gaposchkint pályafutása minden szakaszában érintette. PhD-je (az első csillagászatból a Harvardon) technikailag nem a Harvardról származott. Shapley megkérte a Harvard fizika tanszékének tanszékvezetőjét, hogy írja alá a disszertációt, de miközben Shapley továbbított Payne-Gaposchkinnek, az intézet nem volt hajlandó nőjelöltet elfogadni. Ehelyett Shapleynek gondoskodnia kellett arról, hogy doktori fokozatát odaítélje Radcliffe, a Harvard női főiskolája. Amikor később igazi csillagászati ​​tanszéket kezdett építeni a Harvardon, Shapley meg volt győződve arról, hogy Payne-Gaposchkin, a legjobb kutatója, megfelelő képesítéssel arra, hogy első oktatója legyen – de rájött, hogy Lowell ezt soha nem fogja megengedni, ezért elhozta. egy férfi csillagászban.

Az obszervatóriumban végzett több évtizedes munka, könyvek és több száz kutatómunka publikálása, valamint keresett oktatóvá válása után Payne-Gaposchkin egyfajta karrierszürkületben maradt – rosszul fizetett és valódi tudományos pozíció nélkül. Ez csak 1954-ben változott, miután Shapley nyugdíjba vonult, és Donald Menzel, Russell princetoni díjas tanítványa lett az obszervatórium igazgatója. Felfedezte, milyen kis fizetést kapott Payne-Gaposchkin, és megduplázta a fizetését, majd valami igazán jelentőset tett. Mivel Lowell és nőellenes elfogultsága már régen elmúlt (1933-ban vonult nyugdíjba), Menzelnek sikerült elérnie, hogy Payne-Gaposchkint a csillagászat professzorává nevezzék ki. Ez nagy hír volt: a New York Times 21. június 1956-én arról számolt be, hogy „[Payne-Gaposchkin] az első nő, aki rendszeres kari előléptetéssel teljes professzori tisztséget szerzett a Harvardon”. Néhány hónappal később ő lett a csillagászati ​​tanszék elnöke, az első nő, aki tanszéket vezetett a Harvardon.

Utólag visszatekintve Payne-Gaposchkin karrierje kiemelkedően sikeres volt egy kiemelkedő disszertációval, termékeny kutatással, kiváló oktatással, valamint a Harvardon végzett „első” és egyéb kitüntetésekkel. Minden tudományos munkája mellett helyet talált magánéletének is. 1934-ben feleségül vette Szergej Gaposcskin orosz emigráns csillagászt, akivel három gyermeket neveltek fel, miközben folytatta a csillagászati ​​kutatásokat.

Kivételes hajtás

Bizonyos értelemben azt mondhatnánk, hogy „minden megvolt” abban, hogy a tudományt a családdal és a gyerekekkel ötvözze, de az odajutása szükségtelenül nehéz és fárasztó volt a nőkkel szembeni elfogultság miatt. Csak 56 évesen lett rendes professzor, sokkal később, mint ahogy egy hasonló teljesítményt elérő férfi elérte volna ezt a státuszt, és azután, hogy az előmenetelért átengedték volna, aminek pszichológiailag is megviselhetett volna. Csak egy kivételes lendülettel és kitartással, valamint tudományos képességekkel rendelkező ember bírta volna ki a végső felismerésig.

Végső soron az 1979-ben elhunyt Cecilia Payne-Gaposchkin úttörő tudós volt, aki pályafutása során elképesztő munkát végzett, de ennek nagy részében nem bántak vele szakmailag. A Harvard Computers többsége alkalmazott volt, nem pedig kutató vagy végzős hallgató. Míg Shapley fontos lehetőségeket adott Payne-Gaposchkinnek, és megértette, milyen jó tudós, ő is csak egy újabb Harvard-számítógépként kezelte őt, akit saját obszervatóriumi terveinek támogatására béreltek fel. A nők helyzetét a csillagászatban túllépte a számítógépekén, de még mindig olyan akadályokba ütközött, amelyek megakadályozták, hogy olyan teljes tudós legyen, mint amilyennek akart lenni, ahogy a nők csak később, a 20. században értek el. Csillagmunkásságát gyakran figyelmen kívül hagyták, hagyatékát pedig elfelejtették, mivel egyike lett annak a sok „rejtett” nőnek a tudományban, akik ténylegesen megalapozták saját területeiket. Csak a közelmúltban történt, hogy Payne-Gaposchkinhez hasonló jelentős hozzájárulását utólag írják be a tudománytörténetbe, és úgy kell emlékezni rá, mint egy kulcsfontosságú átmenetet a nők régebbi és újabb lehetőségei között a tudományban.

A poszt Cecilia Payne-Gaposchkin: a nő, aki hidrogént talált a csillagokban jelent meg először Fizika Világa.

• Coinsmart. Európa legjobb Bitcoin- és kriptográfiai tőzsdéje.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. SZABAD HOZZÁFÉRÉS.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Ingyenes próbaverzió.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/