Cecilia Payne-Gaposchkin: wanita yang menemukan hidrogen di bintang-bintang

Hidrogen, atom paling sederhana, adalah blok bangunan dasar alam semesta. Kita tahu bahwa itu ada segera setelah alam semesta lahir dan masih muncul sebagai bagian besar dari medium antarbintang tempat bintang-bintang terbentuk. Ini juga merupakan bahan bakar nuklir yang membuat bintang-bintang memancarkan energi dalam jumlah besar saat mereka berevolusi selama ribuan tahun untuk menciptakan unsur-unsur kimia.

Tetapi bagaimana kita mengetahui bahwa hidrogen adalah komponen alam semesta yang tersebar luas dan mendasar? Tidak banyak orang yang tahu bahwa pentingnya hidrogen secara kosmik pertama kali dipahami oleh seorang mahasiswa PhD muda, Cecilia Payne (Payne-Gaposchkin setelah dia menikah), yang pada tahun 1925 menemukan hidrogen di bintang-bintang. Memang, ia memperoleh gelar PhD pada saat masih sangat sulit bagi perempuan untuk melakukannya, dan melakukan penelitian terobosan untuk tesisnya. Untuk semua keberhasilan ilmunya, kisahnya juga menunjukkan hambatan dan seksisme yang membuat sulit bagi perempuan untuk memenuhi aspirasi ilmiah mereka, dan mempengaruhi karir mereka sepanjang.

Ilmuwan muda

Cecilia Payne lahir di Wendover, Inggris, pada tahun 1900. Ayahnya meninggal ketika dia berusia empat tahun, tetapi ibunya Emma melihat bahwa dia memiliki anak berbakat yang ingin menjadi ilmuwan. Emma mendaftarkan putrinya di St Paul's School for Girls di London, yang dilengkapi dengan baik untuk mengajar sains. Anak berusia 17 tahun berkembang pesat di sana dan, seperti yang kemudian ditulis Payne-Gaposchkin dalam otobiografinya Tangan Pewarna (diterbitkan ulang dengan judul Cecilia Payne-Gaposchkin: Sebuah Autobiografi dan Kenangan Lainnya), dia akan mencuri ke lab sains untuk "kebaktian kecil saya sendiri, memuja unsur-unsur kimia".

Pendidikan sains lanjutannya dimulai pada tahun 1919 ketika dia masuk Universitas Newnham di University of Cambridge pada beasiswa. Di sana, ia belajar botani, cinta pertamanya, serta fisika dan kimia – terlepas dari kenyataan bahwa pada saat itu, universitas tidak menawarkan gelar kepada wanita. Namun demikian, itu adalah waktu yang menyenangkan untuk mempelajari ilmu fisika karena menyerap bidang mekanika kuantum dan relativitas yang baru lahir.

Di Cambridge, orang-orang seperti Ernest Rutherford menjelajahi dunia atom dan subatom, dan Arthur Eddington mempelajari struktur dan perkembangan bintang. Memang, instruktur fisika Payne-Gaposchkin adalah Rutherford sendiri, tetapi sebagai satu-satunya wanita di kelasnya, dia mendapati dirinya dipermalukan. Peraturan universitas pada saat itu mengharuskan dia duduk di barisan depan. Seperti yang dia ceritakan dalam otobiografinya, “Di setiap kuliah [Rutherford] akan menatap saya dengan tajam…dan akan memulai dengan suara kerasnya: 'Wanita dan tuan-tuan.' Semua anak laki-laki secara teratur menyambut lelucon ini dengan tepuk tangan yang gemuruh [dan] menghentakkan kaki mereka…di setiap kuliah saya berharap saya bisa tenggelam ke dalam bumi. Sampai hari ini saya secara naluriah mengambil tempat saya sejauh mungkin di ruang kuliah.”

Sebaliknya, Payne-Gaposchkin menemukan inspirasi di Eddington. Hampir secara kebetulan, dia menghadiri kuliahnya tentang ekspedisinya tahun 1919 ke Afrika Barat yang mengkonfirmasi teori relativitas umum Einstein. Ini sangat membuatnya terkesan sehingga dia memutuskan untuk memilih fisika dan astronomi daripada botani. Ketika kemudian dia kebetulan bertemu Eddington, seperti yang dia tulis dalam otobiografinya, “Saya mengatakan bahwa saya ingin menjadi seorang astronom…dia membuat jawaban yang mendukung saya melalui banyak penolakan: 'Saya tidak melihat keberatan yang tidak dapat diatasi.' Dia melibatkannya dalam pekerjaannya tentang struktur bintang, tetapi dia juga memperingatkannya bahwa setelah Cambridge, kemungkinan tidak akan ada peluang bagi seorang astronom wanita di Inggris.

pantai baru

Untungnya, kemungkinan baru muncul ketika Payne-Gaposchkin bertemu Harlow Shapley, direktur dari Observatorium Universitas Harvard di Cambridge, Massachusetts, selama kunjungannya ke Inggris. Dia mendorong usahanya dan dia mengetahui bahwa dia sedang melembagakan program pascasarjana di bidang astronomi. Dengan rekomendasi cemerlang dari Eddington, Shapley menawarinya gaji sederhana sebagai rekan peneliti. Pada tahun 1923 ia berlayar ke AS untuk mulai bekerja pada PhD di bawah arahan Shapley.

Wanita telah lama berkontribusi pada penelitian di Harvard Observatory. Pada tahun 1870-an, pendahulu Shapley sebagai direktur, Charles Pickering, mulai mempekerjakan wanita yang dikenal sebagai "Harvard Computers" (dalam arti asli orang yang melakukan perhitungan) untuk menganalisis penyimpanan data yang dikumpulkan oleh observatorium. Wanita lebih disukai karena mereka dianggap lebih sabar daripada pria untuk pekerjaan yang melibatkan detail halus, dan mereka menerima upah yang lebih rendah daripada pria. Beberapa komputer disewa tanpa latar belakang sains, tetapi bahkan komputer dengan gelar sarjana dibayar seperti pekerja tidak terampil dengan 25–50 sen per jam (lihat “Alam semesta melalui kaca dengan gelap").

Komputer Harvard bukanlah peneliti independen, tetapi asisten dengan proyek yang ditugaskan. Namun demikian, para wanita ini membuat beberapa kontribusi paling signifikan untuk astronomi observasional awal. Mereka termasuk Henrietta Swan Leavitt – terkenal karena penemuannya tentang hubungan periode-luminositas variabel Cepheid – dan Annie Jump Cannon, yang diakui secara internasional untuk mengatur spektrum bintang.

Telah diketahui sejak pertengahan abad ke-19 bahwa setiap elemen menghasilkan pola garis spektrum yang unik, dan spektrum bintang yang berbeda menunjukkan persamaan dan perbedaan. Ini menunjukkan bahwa bintang dapat diklasifikasikan ke dalam kelompok, tetapi ada sedikit kesepakatan tentang cara terbaik untuk melakukannya.

Pada tahun 1894 Cannon memulai proyek pemeriksaan spektrum bintang yang dikumpulkan di observatorium dan menyusunnya ke dalam urutan yang berguna. Tugas berat ini menyibukkannya selama bertahun-tahun. Spektrum dari bintang yang berbeda direkam pada pelat fotografi kaca, dengan masing-masing gambar tidak lebih dari satu inci panjangnya. Dengan kaca pembesar, Cannon membaca rincian ratusan ribu spektrum dan menyortir sebagian besar ke dalam enam kelompok berlabel B, A, F, G, K dan M, dengan minoritas ditempatkan di kelompok O. Sistem ini didasarkan pada kekuatan garis serapan Balmer (yang menggambarkan emisi garis spektral atom hidrogen) dan mencerminkan tanda spektral elemen tertentu, seperti logam pada bintang K.

Studi spektral

Cannon, bagaimanapun, tidak menyelidiki mekanisme fisik yang menyebabkan spektrum, juga tidak mengekstrak informasi kuantitatif dari mereka. Dalam karya PhD-nya, Payne-Gaposchkin menggunakan fisika yang telah dipelajarinya di Cambridge untuk menganalisis cache data yang unik ini dengan teori-teori terbaru. Asal usul garis spektral telah ditetapkan hanya satu dekade sebelumnya pada tahun 1913 oleh teori kuantum awal atom hidrogen Niels Bohr, kemudian diperluas oleh orang lain. Teori-teori ini diterapkan pada atom netral. Wawasan besar Payne-Gaposchkin adalah untuk menghargai bahwa spektrum dari atom tereksitasi atau terionisasi – seperti yang akan terjadi di atmosfer luar bintang yang panas – berbeda dari spektrum atom netral dari spesies yang sama.

Hubungan antara suhu, keadaan kuantum atom panas dan garis spektrumnya telah diturunkan pada tahun 1921 oleh fisikawan India Meghnad Saha. Dia tidak dapat sepenuhnya menguji ide-idenya tanpa mengetahui tingkat energi kuantum untuk setiap elemen, tetapi ini sedang diukur ketika Payne-Gaposchkin memulai penelitiannya. Dalam upaya besar-besaran, dia menggabungkan data baru dengan teori Saha untuk sepenuhnya menafsirkan spektrum bintang Cannon termasuk efek suhu. Salah satu hasil yang signifikan adalah korelasi suhu bintang dengan kategori Cannon, dengan hasil yang masih digunakan sampai sekarang: misalnya, bintang B bersinar pada 20,000 K sedangkan bintang M hanya bersinar pada 3000 K. Hasil ini, bagian dari tesis luar biasa Payne-Gaposchkin tahun 1925 Atmosfer Bintang, diterima dengan baik tetapi hasil lain dalam tesisnya tidak.

teka-teki komposisi

Payne-Gaposchkin menghitung kelimpahan relatif dari setiap elemen yang terlihat dalam spektrum bintang. Untuk 15 di antaranya, dari lithium hingga barium, hasilnya serupa untuk bintang yang berbeda dan "menampilkan paralel yang mencolok dengan komposisi Bumi". Ini sesuai dengan kepercayaan di antara para astronom saat itu, bahwa bintang-bintang terbuat dari bahan yang sama dengan Bumi.

Tapi kemudian datang kejutan besar: analisisnya juga menunjukkan bahwa hidrogen satu juta kali lebih berlimpah daripada unsur-unsur lainnya. Helium, sementara itu, seribu kali lebih berlimpah. Kesimpulan bahwa Matahari hampir seluruhnya terbuat dari hidrogen segera mendapat masalah dengan penguji luar yang dihormati disertasinya. Ini adalah Henry Russell, direktur Observatorium Princeton dan pendukung kuat gagasan bahwa Bumi dan Matahari memiliki komposisi yang sama. Russell terkesan sampai dia membaca hasilnya untuk hidrogen. Kemudian dia menulis kepada Payne-Gaposchkin bahwa pasti ada yang salah dengan teorinya karena "Jelas tidak mungkin hidrogen harus jutaan kali lebih banyak daripada logamnya."

Tanpa restu Russell, tesis tidak akan diterima dan Payne-Gaposchkin melakukan apa yang dia rasa harus dia lakukan. Dalam versi terakhir dari tesisnya, dia tidak mengakui bagian dari karyanya dengan menulis "Kelimpahan besar yang diperoleh [hidrogen dan helium] hampir pasti tidak nyata." Tetapi pada tahun 1929 Russell menerbitkan derivasinya sendiri tentang kelimpahan bintang dari unsur-unsur termasuk hidrogen, dengan menggunakan metode yang berbeda. Dia mengutip karya Payne-Gaposchkin dan mencatat bahwa hasilnya untuk semua elemen termasuk kelimpahan besar hidrogen sangat cocok dengan miliknya. Tanpa mengatakannya secara langsung, makalah Russell menegaskan bahwa seluruh analisis Payne-Gaposchkin benar, dan bahwa dia adalah orang pertama yang menemukan bahwa Matahari sebagian besar terbuat dari hidrogen. Meski begitu, dia tidak pernah menyatakan bahwa dia awalnya menolak hasil itu dalam tesisnya.

Mungkin Russell memberikan komentarnya tentang hidrogen untuk memperingatkan seorang ilmuwan muda bahwa menyajikan hasil yang bertentangan dengan gagasan yang diterima dapat merugikan kariernya. Mungkin hanya peneliti senior bertubuh Russell yang bisa meyakinkan komunitas astronomi tentang temuan baru ini. Memang, makalahnya kemudian mempengaruhi para astronom untuk menerima bahwa bintang terbuat dari hidrogen sampai-sampai dia dikreditkan dengan penemuan itu.

Kekuatan tesis Cecilia Payne-Gaposchkin berbicara untuk dirinya sendiri. Gaya penulisannya yang jernih, penguasaan subjek, dan sains perintis bersinar melalui

Bahkan tanpa kredit yang layak, kekuatan tesis Payne-Gaposchkin berbicara untuk dirinya sendiri. Gaya penulisannya yang jernih, penguasaan subjek dan sains perintis bersinar. Karya Shapley dicetak sebagai monografi dan terjual 600 eksemplar – hampir berstatus buku terlaris untuk disertasi. Pujian tertinggi datang hampir 40 tahun kemudian, ketika astronom terkemuka Otto Struve memanggil Atmosfer Bintang "tesis PhD paling brilian yang pernah ditulis dalam astronomi".

Jika Payne-Gaposchkin memiliki niat buruk terhadap Russell, dia tidak memberikan tanda-tanda lahiriah dan mempertahankan hubungan pribadi dengannya. Dalam ulasan karyanya yang dia kontribusikan pada simposium 1977 untuk menghormatinya (dia meninggal pada tahun 1957), dia menyebut makalahnya tahun 1929 sebagai "pembuatan zaman" tanpa merujuk pada karyanya sendiri. Apa yang sangat dia sesali adalah dia tidak berdiri di belakang hasilnya. Putrinya Katherine Haramundanis menulis bahwa "sepanjang hidupnya, dia menyesali keputusan itu". Dalam otobiografinya, Payne-Gaposchkin menulis, “Saya yang harus disalahkan karena tidak menekankan maksud saya. Saya telah menyerah pada Otoritas ketika saya yakin saya benar ... Saya mencatatnya di sini sebagai peringatan bagi kaum muda. Jika Anda yakin dengan fakta Anda, Anda harus mempertahankan posisi Anda.”

Melawan bias dan prasangka

Setelah menyelesaikan tesisnya, Payne-Gaposchkin tinggal di observatorium di bawah Shapley, tetapi dalam situasi yang tidak wajar. Dia ingin melanjutkan penelitian astrofisika, tetapi karena Shapley membayarnya (kecil) gaji sebagai “asisten teknis”, dia merasa dia bisa mengarahkannya seolah-olah dia adalah Komputer Harvard, dan dia menyuruhnya bekerja mengukur kecerahan bintang – a proyek rutin yang tidak banyak melibatkan dirinya. Shapley juga pernah mengajar mata kuliah pascasarjana, tetapi tanpa gelar "instruktur", apalagi "profesor", dan tanpa mencantumkan mata kuliahnya di katalog. Dalam upaya untuk memperbaiki ini, Shapley mendekati dekan dan presiden Harvard Abbot Lawrence Lowell, tetapi mereka dengan tegas menolak. Lowell memberi tahu Shapley bahwa Nona Payne (begitu dia dikenal saat itu), "tidak akan pernah memiliki posisi di Universitas selama dia masih hidup".

Bias gender seperti ini mempengaruhi Payne-Gaposchkin di setiap tahap karirnya. PhD-nya (yang pertama dalam astronomi di Harvard) secara teknis bukan dari Harvard. Shapley telah meminta ketua departemen fisika Harvard untuk menandatangani disertasinya, tetapi seperti yang disampaikan Shapley kepada Payne-Gaposchkin, ketua itu menolak untuk menerima kandidat wanita. Sebaliknya, Shapley harus mengatur agar PhD-nya diberikan oleh Radcliffe, perguruan tinggi wanita di Harvard. Ketika kemudian dia mulai membangun departemen astronomi yang sebenarnya di Harvard, Shapley yakin bahwa Payne-Gaposchkin, peneliti terbaiknya, memenuhi syarat untuk menjabat sebagai ketua pertama – tetapi dia menyadari bahwa Lowell tidak akan pernah mengizinkannya, jadi dia membawa dalam seorang astronom laki-laki.

Setelah puluhan tahun bekerja di observatorium, menerbitkan buku dan ratusan makalah penelitian dan menjadi instruktur yang dicari, Payne-Gaposchkin tetap berada dalam semacam karir senja – dibayar rendah dan tanpa posisi akademis yang nyata. Ini berubah hanya pada tahun 1954, setelah Shapley pensiun dan Donald Menzel, siswa hadiah Russell di Princeton, menjadi direktur observatorium. Dia menemukan betapa sedikit gaji Payne-Gaposchkin dan menggandakan gajinya, dan kemudian melakukan sesuatu yang benar-benar signifikan. Dengan Lowell dan bias anti-perempuannya sudah lama hilang (ia telah pensiun pada tahun 1933), Menzel berhasil membuat Payne-Gaposchkin ditunjuk sebagai profesor penuh astronomi. Ini adalah berita besar: the melaporkan pada 21 Juni 1956 bahwa “[Payne-Gaposchkin] adalah wanita pertama yang mencapai jabatan profesor penuh di Harvard melalui promosi fakultas reguler.” Beberapa bulan kemudian, dia menjadi ketua departemen astronomi, wanita pertama yang mengepalai departemen di Harvard.

Dalam retrospeksi, karir Payne-Gaposchkin sangat sukses dengan disertasi yang luar biasa, penelitian yang produktif, pengajaran yang sangat baik dan perbedaan untuk "pertama" di Harvard dan penghargaan lainnya. Seiring dengan semua pekerjaan akademisnya, dia menemukan ruang untuk kehidupan pribadinya. Dia menikah dengan astronom emigran Rusia Sergei Gaposchkin pada tahun 1934 dan bersamanya membesarkan tiga anak sementara dia melanjutkan penelitian astronomi.

Drive yang luar biasa

Dalam beberapa hal, orang mungkin mengatakan dia "memiliki segalanya" dalam menggabungkan sains dengan keluarga dan anak-anak, tetapi untuk mencapainya sebenarnya sulit dan melelahkan karena bias terhadap wanita. Dia menjadi profesor penuh hanya pada usia 56, jauh lebih lambat dari seorang pria dengan prestasi yang sama akan mencapai status itu, dan setelah melewati untuk kemajuan, yang pasti telah mengambil korban psikologis. Hanya seseorang dengan dorongan dan ketekunan yang luar biasa, bersama dengan kemampuan ilmiah, yang dapat bertahan sampai pengakuan akhir.

Pada akhirnya, Cecilia Payne-Gaposchkin, yang meninggal pada tahun 1979, adalah seorang ilmuwan perintis yang melakukan pekerjaan luar biasa sepanjang karirnya, tetapi sebagian besar tidak diperlakukan secara profesional. Sebagian besar Komputer Harvard adalah karyawan, bukan peneliti atau mahasiswa pascasarjana. Sementara Shapley memberi Payne-Gaposchkin peluang penting dan memahami betapa baiknya dia sebagai ilmuwan, dia juga memperlakukannya hanya sebagai satu lagi Harvard Computer, disewa untuk mendukung rencananya sendiri untuk observatorium. Dia memajukan posisi wanita dalam astronomi di luar posisi komputer, tetapi dia masih menemui hambatan yang mencegahnya menjadi ilmuwan lengkap yang dia inginkan, karena wanita baru mulai mencapainya nanti di abad ke-20. Karyanya yang luar biasa sering diabaikan dan warisannya dilupakan, karena ia menjadi salah satu dari banyak wanita "tersembunyi" dalam sains yang benar-benar meletakkan dasar di bidang mereka. Baru-baru ini saja kontribusi signifikan dari orang-orang seperti Payne-Gaposchkin dimasukkan ke dalam sejarah sains, dan dia harus diingat sebagai figur transisi kunci antara kemungkinan yang lebih tua dan lebih baru bagi perempuan dalam sains.

Pos Cecilia Payne-Gaposchkin: wanita yang menemukan hidrogen di bintang-bintang muncul pertama pada Dunia Fisika.

• Coinsmart. Pertukaran Bitcoin dan Crypto Terbaik Eropa.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. AKSES GRATIS.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Uji Coba Gratis.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/