ססיליה פיין-גפוסצ'קין: האישה שמצאה מימן בכוכבים

מימן, האטום הפשוט ביותר, הוא אבן בניין בסיסית של היקום. אנו יודעים שהוא היה קיים זמן קצר לאחר לידת היקום ושהוא עדיין מופיע כחלק גדול מהמדיום הבין-כוכבי שבו נוצרים כוכבים. זהו גם הדלק הגרעיני שגורם לכוכבים להקרין כמויות עצומות של אנרגיה בזמן שהם מתפתחים במשך עידנים כדי ליצור את היסודות הכימיים.

אבל איך למדנו שמימן הוא מרכיב נפוץ ויסודי ביקום? לא מספיק אנשים יודעים שהחשיבות הקוסמית של המימן נתפסה לראשונה על ידי סטודנטית לדוקטורט צעירה, ססיליה פיין (פיין-גפוסצ'קין לאחר שנישאה), שב-1925 גילתה מימן בכוכבים. ואכן, היא קיבלה דוקטורט בתקופה שבה עדיין היה קשה מאוד לנשים לעשות זאת, ועשתה מחקר פורץ דרך עבור התזה שלה. למרות הצלחת המדע שלה, הסיפור שלה גם מדגים את המחסומים והסקסיזם שהקשו על נשים להגשים את שאיפותיהן המדעיות, והשפיעו על הקריירה שלהן לאורך כל הדרך.

מדען צעיר

ססיליה פיין נולדה בוונדובר, אנגליה, בשנת 1900. אביה מת כשהייתה בת ארבע, אבל אמה אמה ראתה שיש לה ילד מחונן שרוצה להיות מדענית. אמה רשמה את בתה לבית הספר סנט פול לבנות בלונדון, שהיה מצויד היטב ללמד מדעים. בת ה-17 שגשגה שם וכפי שכתבה מאוחר יותר פיין-גפוסצ'קין באוטוביוגרפיה שלה ידו של הצבוע (פורסם מחדש תחת הכותרת ססיליה פיין-גפוסצ'קין: אוטוביוגרפיה וזיכרונות אחרים), היא הייתה מתגנבת למעבדת המדע ל"שירות פולחן קטן משלי, מעריצה את היסודות הכימיים".

השכלתה המדעית המתקדמת החלה ב-1919 כשנכנסה מכללת Newnham ב אוניברסיטת קיימברידג' על מלגה. שם היא למדה בוטניקה, אהבתה הראשונה, וגם פיזיקה וכימיה - למרות שבאותה תקופה האוניברסיטה לא הציעה תארים לנשים. אף על פי כן, זו הייתה תקופה מרגשת ללמוד את המדע הפיזיקלי כשהיא ספגה את התחומים המתהווים של מכניקת הקוונטים ותורת היחסות.

בקיימברידג' חקרו אנשים כמו ארנסט רתרפורד את העולם האטומי והתת-אטומי, וארתור אדינגטון חקר את המבנה וההתפתחות של כוכבים. אכן, מדריכת הפיזיקה של פיין-גפוסצ'קין הייתה רתרפורד עצמו, אבל כאישה היחידה בכיתתו, היא מצאה את עצמה מושפלת. תקנות האוניברסיטה דאז דרשו שהיא תשב בשורה הראשונה. כפי שהיא מספרת באוטוביוגרפיה שלה, "בכל הרצאה [רתרפורד] היה מביט בי במבט נוקב... והיה מתחיל בקולו הסטנטורי: 'נשים ורבותיי.' כל הבנים קיבלו באופן קבוע את השנינות הזו במחיאות כפיים סוערות [ו] רקיעות ברגליים... בכל הרצאה שרציתי שאוכל לשקוע באדמה. עד היום אני באופן אינסטינקטיבי תופס את מקומי כמה שיותר אחורה בחדר הרצאות”.

במקום זאת, פיין-גפוסצ'קין מצאה השראה באדינגטון. כמעט במקרה, היא השתתפה בהרצאתו על המשלחת שלו ב-1919 למערב אפריקה שאישרה את תורת היחסות הכללית של איינשטיין. זה כל כך הרשים אותה שהיא החליטה לבחור בפיזיקה ואסטרונומיה על פני בוטניקה. כאשר מאוחר יותר היא פגשה במקרה את אדינגטון, כפי שהיא כותבת באוטוביוגרפיה שלה, "פלטתי שאני רוצה להיות אסטרונום... הוא השיב את התשובה שנועדה לתמוך בי דרך דחיות רבות: 'אני לא רואה שום התנגדות בלתי ניתנת להפסקה'. הוא עסק בה בעבודתו על מבני כוכבים, אבל הוא גם הזהיר אותה שאחרי קיימברידג', סביר להניח שלא יהיו הזדמנויות לאסטרונומית באנגליה.

חופים חדשים

למרבה המזל, עלתה אפשרות חדשה כאשר פיין-גפוסצ'קין פגש את הארלו שאפלי, מנהל מצפה הכוכבים של מכללת הרווארד בקיימברידג', מסצ'וסטס, במהלך ביקורו בבריטניה. הוא עודד את מאמציה והיא למדה שהוא מכין תוכנית לתואר שני באסטרונומיה. בהמלצה זוהרת מאדינגטון, שאפלי הציע לה מלגה צנועה כעמיתת מחקר. ב-1923 היא הפליגה לארה"ב כדי להתחיל לעבוד על דוקטורט בהנחייתו של שאפלי.

נשים תרמו זמן רב למחקר במצפה הכוכבים של הרווארד. בשנות ה-1870 של המאה ה-25, קודמו של שאפלי כמנהל, צ'ארלס פיקרינג, החל להעסיק נשים הידועות בשם "מחשבי הרווארד" (במובן המקורי של אדם שעושה חישובים) כדי לנתח את מאגרי הנתונים שמצפה הכוכבים אוסף. נשים הועדפו מכיוון שחשבו שהן סבלניות יותר מגברים לעבודה הכוללת פרטים עדינים, והן קיבלו שכר נמוך יותר מגברים. חלק מהמחשבים נשכרו ללא רקע במדעים, אך גם בעלי תואר אקדמי קיבלו שכר כמו עובדים לא מיומנים ב-50-XNUMX סנט לשעה (ראה "היקום מבעד לכוס באפלה").

מחשבי הרווארד לא היו חוקרים עצמאיים, אלא עוזרים עם פרויקטים שהוקצו להם. אף על פי כן, נשים אלו תרמו כמה מהתרומות המשמעותיות ביותר לאסטרונומיה התצפיתית המוקדמת. הם כללו את הנרייטה סוואן לאוויט - המפורסמת בזכות גילויה של הקשר התקופה-זוהר של משתני קפאיד - ואת אנני ג'אמפ קנון, שזכתה להכרה בינלאומית בארגון ספקטרום כוכבים.

זה היה ידוע מאמצע המאה ה-19 שכל יסוד מייצר תבנית ייחודית של קווים ספקטרליים, וכי הספקטרום של כוכבים שונים הראו דמיון והבדלים. זה הציע שניתן לסווג כוכבים לקבוצות, אך הייתה הסכמה מועטה לגבי הדרך הטובה ביותר לעשות זאת.

בשנת 1894 החל קנון בפרויקט של בחינת ספקטרום הכוכבים שנאספו במצפה הכוכבים והכנסתם לסדר שימושי. המשימה המפחידה הזו העסיקה אותה במשך שנים. ספקטרות מכוכבים שונים תועדו על לוחות צילום מזכוכית, כאשר כל תמונה באורך של לא יותר מסנטימטר. בזכוכית מגדלת קרא קנון את הפרטים של מאות אלפי ספקטרום ומיין את רובם לשש קבוצות שסומנו B, A, F, G, K ו-M, כאשר מיעוט הוצב בקבוצה O. המערכת התבססה על חוזק קווי הקליטה של ​​Balmer (המתארים את פליטת הקו הספקטרלי של אטום המימן) ושיקפו את החתימות הספקטרליות של יסודות מסוימים, כגון מתכות בכוכבי K.

מחקרים ספקטרליים

קנון, לעומת זאת, לא חקרה את המנגנונים הפיזיקליים שגרמו לספקטרום, וגם לא שלפה מהם מידע כמותי. בעבודת הדוקטורט שלה, פיין-גפוסצ'קין הסתמכה על הפיזיקה שלמדה בקיימברידג' כדי לנתח את המטמון הייחודי הזה של נתונים עם התיאוריות האחרונות. מקורם של קווים ספקטרליים נקבע רק עשור קודם לכן בשנת 1913 על ידי תורת הקוונטים המוקדמת של נילס בוהר על אטום המימן, שהורחבה מאוחר יותר על ידי אחרים. תיאוריות אלו חלות על אטומים ניטרליים. התובנה הגדולה של פיין-גפוסצ'קין הייתה להעריך שהספקטרום של אטומים נרגשים או מיוננים - כאלה שיתרחשו באטמוספירה החיצונית החמה של כוכב - שונים מאלה של אטומים ניטרליים מאותו מין.

הקשר בין הטמפרטורה, המצבים הקוונטיים של אטומים חמים והקווים הספקטרליים שלהם נגזר ב-1921 על ידי הפיזיקאי ההודי מגנאד סהא. הוא לא יכול היה לבדוק את רעיונותיו במלואם מבלי לדעת את רמות האנרגיה הקוונטית עבור כל אלמנט, אך אלה נמדדו כאשר פיין-גפוסצ'קין החלה במחקרה. במאמץ עצום, היא שילבה את הנתונים החדשים עם התיאוריה של סהא כדי לפרש באופן מלא את ספקטרום הכוכבים של קנון כולל השפעות הטמפרטורה. אחת התוצאות המשמעותיות הייתה המתאם של טמפרטורות כוכבים עם הקטגוריות של קנון, עם תוצאות שעדיין נמצאות בשימוש היום: למשל, כוכבי B זוהרים ב-20,000 K ואילו כוכבי M זוהרים ב-3000 K בלבד. תוצאה זו, חלק מהתזה המדהימה של פיין-גפוסצ'קין משנת 1925 אטמוספירות כוכבים, התקבלה היטב אך תוצאה אחרת בתזה שלה לא.

חידות קומפוזיציות

פיין-גפוסצ'קין חישב את השפע היחסי של כל יסוד שנראה בספקטרום הכוכבים. עבור 15 מהם, מליתיום ועד בריום, התוצאות היו דומות עבור כוכבים שונים ו"הראו הקבלה בולטת להרכב כדור הארץ". זה תואם את האמונה בקרב אסטרונומים באותה תקופה, שהכוכבים עשויים מאותו חומר כמו כדור הארץ.

אבל אז הגיעה הפתעה גדולה: הניתוח שלה הראה גם שמימן נמצא בשפע פי מיליון מהיסודות האחרים. הליום, בינתיים, היה בשפע פי אלף יותר. המסקנה שהשמש עשויה כמעט כולה מימן נקלעה מיד לצרות עם בוחן חיצוני מכובד של עבודת הגמר שלה. זה היה הנרי ראסל, מנהל מצפה הכוכבים של פרינסטון ותומך חזק ברעיון שלכדור הארץ ולשמש יש את אותו הרכב. ראסל התרשם עד שקרא את התוצאה שלה למימן. אחר כך הוא כתב לפיין-גפוסצ'קין שחייב להיות משהו לא בסדר בתיאוריה כי "זה בלתי אפשרי בבירור שמימן צריך להיות בשפע פי מיליון מהמתכות."

ללא ברכתו של ראסל, התזה לא תתקבל ולכן פיין-גפוסצ'קין עשתה מה שהיא הרגישה שהיא חייבת לעשות. בגרסה הסופית של התזה שלה, היא התנערה מחלק זה של עבודתה בכך שכתבה "השפע העצום הנגזר עבור [מימן והליום] כמעט בוודאות אינו אמיתי." אבל בשנת 1929 ראסל פרסם גזירה משלו של שפע הכוכבים של היסודות כולל מימן, בשיטה אחרת. הוא ציטט את עבודתו של פיין-גפוסצ'קין וציין שהתוצאות שלו עבור כל היסודות כולל השפע הגדול של מימן מתאימות להפליא עם שלה. מבלי לומר זאת באופן ישיר, מאמרו של ראסל אישר שכל הניתוח של פיין-גפוסצ'קין היה נכון, ושהיא הייתה הראשונה לגלות שהשמש מורכבת ברובה ממימן. למרות זאת, הוא מעולם לא הצהיר כי במקור דחה תוצאה זו בתזה שלה.

יכול להיות שראסל הציע את הערתו על מימן כדי להזהיר מדענית צעירה שהצגת תוצאות בניגוד לרעיונות המקובלים עלולה לפגוע בקריירה שלה. כנראה שרק חוקר בכיר במעמדו של ראסל יכול היה לשכנע את הקהילה האסטרונומית בממצא החדש הזה. ואכן, מאמרו המאוחר יותר השפיע על אסטרונומים לקבל את העובדה שכוכבים עשויים מימן עד כדי כך שיוחסו לו את התגלית.

כוחה של התזה של ססיליה פיין-גפוסצ'קין מדבר בעד עצמו. סגנון הכתיבה הצלול שלה, השליטה בנושא והמדע החלוצי שלה זוהרים

גם ללא קרדיט מתאים, כוחה של התזה של פיין-גפוסצ'קין מדבר בעד עצמו. סגנון הכתיבה הצלול שלה, השליטה בנושא והמדע החלוצי שלה זוהרים. שאפלי הודפס את העבודה כמונוגרפיה והיא נמכרה ב-600 עותקים - למעשה מעמד של רב מכר עבור עבודת גמר. השבחים הגבוהים ביותר הגיעו כמעט 40 שנה מאוחר יותר, כאשר האסטרונום המובהק אוטו סטרוב התקשר אטמוספירות כוכבים "עבודת הדוקטורט המבריקה ביותר שנכתבה אי פעם באסטרונומיה".

אם לפיין-גפוסצ'קין היה רצון רע כלפי ראסל, היא לא נתנה שום סימן חיצוני לכך ושמרה איתו על קשר אישי. בסקירה על עבודתו שהיא תרמה לסימפוזיון לכבודו ב-1977 (הוא מת ב-1957), היא כינתה את מאמרו משנת 1929 "עידן" מבלי להתייחס לעבודתה שלה. מה שהיא כן הצטערה מאוד זה שהיא לא עמדה מאחורי התוצאה שלה. בתה קתרין הרמונדיס כתבה כי "לאורך חייה היא קוננה על ההחלטה הזו". באוטוביוגרפיה שלה כתבה פיין-גפוסצ'קין "אני אשמה שלא לחצתי על הנקודה שלי. נכנעתי לרשות כשהאמנתי שאני צודק...אני מציין זאת כאן כאזהרה לצעירים. אם אתה בטוח בעובדות שלך, אתה צריך להגן על עמדתך".

נלחם בהטיות ובדעות קדומות

לאחר שסיימה את התזה שלה, פיין-גפוסצ'קין נשארה במצפה תחת שאפלי, אך במצב חריג. היא רצתה להמשיך במחקר אסטרופיזי, אבל בגלל ששיפלי שילם לה משכורת (קטנה) בתור "העוזר הטכני" שלו הוא הרגיש שהוא יכול לכוון אותה כאילו היא מחשב הרווארד, והוא הכניס אותה לעבודה במדידת בהירות הכוכבים - א פרויקט שגרתי שלא הרבה להעסיק אותה. שאפלי העביר אותה גם ללמד קורסים לתואר שני, אבל בלי התואר "מדריכה", שלא לדבר על "פרופסור", ובלי שהקורסים שלה רשומים בקטלוג. בניסיון לתקן זאת, פנה שאפלי לדיקן ולנשיא הרווארד אב המנזר לורנס לואל, אך הם סירבו בתוקף. לואל אמר לשאפלי שלמיס פיין (כפי שהיא הייתה ידועה אז), "לעולם לא תהיה לו תפקיד באוניברסיטה כל עוד הוא היה בחיים".

הטיה מגדרית כזו השפיעה על פיין-גפוסצ'קין בכל שלב בקריירה שלה. הדוקטורט שלה (הראשון באסטרונומיה בהרווארד) לא היה מבחינה טכנית מהרווארד. שאפלי ביקש מיו"ר המחלקה לפיזיקה של הרווארד לחתום על עבודת הדוקטורט, אבל כשפלי העביר לפיין-גפוסצ'קין, היו"ר סירב לקבל מועמדת אישה. במקום זאת, שאפלי נאלצה לדאוג להענקת הדוקטורט שלה על ידי רדקליף, מכללת הנשים בהרווארד. כאשר מאוחר יותר הוא החל לבנות מחלקה אמיתית לאסטרונומיה בהרווארד, שאפלי היה משוכנע שפיין-גפוסצ'קין, החוקר הטוב ביותר שלו, כשיר היטב לשמש כיסא הראשון שלה - אבל הוא הבין שלואל לעולם לא יאפשר זאת, ולכן הביא אצל אסטרונום זכר.

אחרי עשרות שנים של עבודה במצפה הכוכבים, פרסום ספרים ומאות עבודות מחקר והפיכתה למדריכה מבוקשת, פיין-גפוסצ'קין נותרה במעין דמדומי קריירה - בשכר גרוע וללא משרה אקדמית של ממש. זה השתנה רק ב-1954, לאחר שאפלי פרש ודונלד מנזל, תלמיד הפרס של ראסל בפרינסטון, הפך למנהל מצפה הכוכבים. הוא גילה כמה פיין-גפוסצ'קין הקטנה קיבלה שכר והכפיל את משכורתה, ואז עשה משהו משמעותי באמת. עם לואל והטייתו נגד האשה שחלפו מזמן (הוא פרש ב-1933), מנזל הצליח לגרום לפיין-גפוסצ'קין למנות פרופסור מן המניין לאסטרונומיה. אלו היו חדשות גדולות: ה ניו יורק טיימס דיווח ב-21 ביוני 1956 כי "[פיין-גפוסצ'קין] היא הנשים הראשונות שהשיגה פרופסורה מלאה בהרווארד באמצעות קידום סגל קבוע". כמה חודשים לאחר מכן, היא הפכה ליו"ר המחלקה לאסטרונומיה, האישה הראשונה שעמדה בראש מחלקה בהרווארד.

בדיעבד, הקריירה של פיין-גפוסצ'קין הייתה מוצלחת במיוחד עם עבודת גמר יוצאת מן הכלל, מחקר פורה, הוראה מצוינת והצטיינות עבור ה"ראשונות" שלה בהרווארד ותוארים נוספים. לצד כל עבודתה האקדמית, היא מצאה מקום לחייה האישיים. היא התחתנה עם האסטרונום המהגר הרוסי סרגיי גפוסצ'קין ב-1934 וגידלה איתו שלושה ילדים בזמן שהמשיכה במחקר האסטרונומי.

הנעה יוצאת דופן

במובן מסוים, אפשר לומר ש"היה לה הכל" בשילוב מדע עם משפחה וילדים, אבל להגיע לשם היה קשה ומפרך שלא לצורך בגלל הטיה כלפי נשים. היא הפכה לפרופסור מן המניין רק בגיל 56, הרבה יותר מאוחר ממה שגבר עם הישגים דומים היה מגיע למעמד הזה, ואחרי שהועבר לקידום, מה שבטח גבה מחיר פסיכולוגי. רק אדם בעל דחף והתמדה יוצאי דופן, יחד עם יכולת מדעית, יכול היה להחזיק מעמד עד להכרה סופית.

בסופו של דבר, ססיליה פיין-גפוסצ'קין, שמתה ב-1979, הייתה מדענית פורצת דרך שעשתה עבודה מדהימה לאורך הקריירה שלה, אבל לא זכתה ליחס מקצועי ברובה. רוב מחשבי הרווארד היו עובדים, ולא חוקרים או סטודנטים לתארים מתקדמים. בעוד שאפלי נתן לפיין-גפוסצ'קין הזדמנויות חשובות והבין עד כמה היא מדענית טובה, הוא גם התייחס אליה רק ​​כאל עוד מחשב הרווארד, שנשכר לתמוך בתוכניות שלו למצפה הכוכבים. היא קידמה את מעמדה של נשים באסטרונומיה מעבר לזה של המחשבים, אבל היא עדיין נתקלה במחסומים שמנעו ממנה להיות המדענית השלמה שרצתה להיות, שכן נשים החלו להשיג רק מאוחר יותר במאה ה-20. לעתים קרובות התעלמו מעבודתה הכוכבת ומורשתה נשכחה, ​​שכן היא הפכה לאחת מהנשים ה"חבויות" הרבות במדע שלמעשה הניחו את היסודות בתחומן. רק לאחרונה, התרומות המשמעותיות של פיין-גפוסצ'קין נכתבות לאחר תסריט בהיסטוריה של המדע, ויש לזכור אותה כדמות מעבר מרכזית בין אפשרויות ישנות לחדשות יותר עבור נשים במדע.

ההודעה ססיליה פיין-גפוסצ'קין: האישה שמצאה מימן בכוכבים הופיע לראשונה ב עולם הפיזיקה.

• Coinsmart. בורסת הביטקוין והקריפטו הטובה באירופה.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה חופשית.
• CryptoHawk. רדאר אלטקוין. ניסיון חינם.
• מקור: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/