Cecilia Payne-Gaposchkin: 별에서 수소를 발견한 여성

가장 단순한 원자인 수소는 우주의 기본 빌딩 블록입니다. 우리는 그것이 우주가 탄생한 직후에 존재했으며 여전히 별이 형성되는 성간 매질의 큰 부분으로 나타난다는 것을 알고 있습니다. 그것은 또한 별이 화학 원소를 생성하기 위해 영겁에 걸쳐 진화하면서 엄청난 양의 에너지를 방출하도록 유지하는 핵 연료입니다.

그러나 수소가 우주의 광범위하고 기본적인 구성 요소라는 것을 어떻게 배웠습니까? 수소의 우주적 중요성을 1925년 별에서 수소를 발견한 젊은 박사 과정 학생인 Cecilia Payne(결혼 후 Payne-Gaposchkin)이 처음 이해했다는 사실을 아는 사람은 충분하지 않습니다. 실제로 그녀는 여전히 여성이 그렇게 하기가 극히 어려운 시기에 박사 학위를 취득했고, 그녀의 논문을 위해 획기적인 연구를 수행했습니다. 그녀의 과학의 모든 성공에 대해 그녀의 이야기는 또한 여성이 과학적 열망을 성취하는 것을 어렵게 만들고 경력 전반에 걸쳐 영향을 미치는 장벽과 성차별을 보여줍니다.

젊은 과학자

세실리아 페인(Cecilia Payne)은 1900년 영국 웬도버에서 태어났습니다. 그녀의 아버지는 그녀가 17살 때 세상을 떠났지만 그녀의 어머니 Emma는 그녀에게 과학자가 되고 싶어하는 재능 있는 아이가 있는 것을 보았습니다. Emma는 과학을 가르칠 수 있는 설비를 잘 갖춘 런던의 St Paul's School for Girls에 딸을 등록했습니다. XNUMX세 소년은 그곳에서 번창했고 Payne-Gaposchkin이 나중에 그녀의 자서전에서 썼듯이 염색공의 손 (제목으로 재출간 Cecilia Payne-Gaposchkin: 자서전 및 기타 회상), 그녀는 "화학 원소를 숭배하는 나만의 작은 예배"를 위해 과학 연구실까지 훔쳤습니다.

그녀의 고급 과학 교육은 그녀가 대학에 입학한 1919년에 시작되었습니다. 뉴햄 칼리지 에 캠브리지 대학 장학금에. 그곳에서 그녀는 식물학, 첫사랑, 물리학과 화학을 공부했습니다. 당시 대학에서는 여성에게 학위를 제공하지 않았음에도 불구하고 말입니다. 그럼에도 불구하고 양자역학과 상대성이론의 초창기 영역을 흡수한 물리학을 공부하는 것은 흥미진진한 시간이었습니다.

케임브리지에서 어니스트 러더퍼드와 같은 사람들은 원자 및 아원자 세계를 탐험하고 있었고 아서 에딩턴은 별의 구조와 발달을 연구하고 있었습니다. 실제로 Payne-Gaposchkin의 물리학 강사는 Rutherford 자신이었지만 그의 반에서 유일한 여성으로서 그녀는 굴욕감을 느꼈습니다. 당시 대학 규정에 따르면 그녀는 맨 앞줄에 앉도록 했다. 그녀는 자서전에서 다음과 같이 말했습니다.숙녀 그리고 여러분.' 모든 소년들은 정기적으로 이 재치 있는 말을 우레와 같은 박수로 맞이하고 발로 구르며 ... 매 강의마다 나는 땅 속으로 가라앉고 싶었습니다. 지금까지도 본능적으로 최대한 뒤쪽 강의실에서 자리를 잡고 있습니다.”

대신, Payne-Gaposchkin은 Eddington에서 영감을 찾았습니다. 거의 우연히 그녀는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확인시켜준 그의 1919년 서아프리카 탐험에 관한 강의에 참석했습니다. 이것은 그녀에게 깊은 인상을 주어 식물학보다 물리학과 천문학을 선택하기로 결정했습니다. 나중에 그녀가 자서전에서 에딩턴을 만났을 때 이렇게 썼습니다. 그는 그녀를 항성 구조에 대한 작업에 참여시켰지만 케임브리지 이후에는 영국에서 여성 천문학자에게 기회가 없을 것이라고 경고하기도 했습니다.

새로운 해안

다행스럽게도 Payne-Gaposchkin이 The Director인 Harlow Shapley를 만났을 때 새로운 가능성이 생겼습니다. 하버드 칼리지 천문대 영국을 방문하는 동안 매사추세츠 주 케임브리지에서. 그는 그녀의 노력을 격려했고 그녀는 그가 천문학 대학원 프로그램을 제정하고 있다는 것을 알게 되었습니다. 에딩턴의 열렬한 추천으로 Shapley는 그녀에게 연구원으로서 적당한 봉급을 제공했습니다. 1923년에 그녀는 Shapley의 지도하에 박사 학위 작업을 시작하기 위해 미국으로 항해했습니다.

여성들은 오랫동안 하버드 천문대의 연구에 기여해 왔습니다. 1870년대에 Shapley의 전임 이사인 Charles Pickering은 "Harvard Computers"(원래 계산을 하는 사람의 의미에서)로 알려진 여성을 고용하여 천문대에서 수집한 데이터 저장소를 분석하기 시작했습니다. 여성은 세세한 작업에 대해 남성보다 인내심이 강하고 남성보다 낮은 임금을 수용하기 때문에 선호되었습니다. 일부 컴퓨터는 과학 배경 없이 고용되었지만 대학 학위를 가진 컴퓨터라도 시간당 25-50센트로 비숙련 노동자와 같은 급여를 받았습니다.유리를 통해 어둡게 우주").

Harvard Computers는 독립적인 연구원이 아니라 할당된 프로젝트의 조수였습니다. 그럼에도 불구하고 이 여성들은 초기 관측 천문학에 가장 중요한 공헌을 했습니다. 여기에는 세페이드 변광성의 주기-광도 관계 발견으로 유명한 Henrietta Swan Leavitt와 항성 스펙트럼을 구성하는 것으로 국제적으로 인정받은 Annie Jump Cannon이 포함됩니다.

19세기 중반부터 각 요소는 고유한 스펙트럼 선 패턴을 생성하고 다른 별의 스펙트럼은 유사점과 차이점을 모두 보여줍니다. 이것은 별들이 그룹으로 분류될 수 있음을 시사했지만, 그렇게 하는 최선의 방법에 대해서는 거의 동의하지 않았습니다.

1894년에 캐논은 천문대에서 수집한 별 스펙트럼을 조사하고 그것들을 유용한 순서로 정리하는 프로젝트를 시작했습니다. 이 힘든 일이 그녀를 몇 년 동안 차지했습니다. 서로 다른 별의 스펙트럼이 유리 사진 판에 기록되었으며 각 이미지는 길이가 XNUMX인치를 넘지 않았습니다. Cannon은 돋보기로 수십만 스펙트럼의 세부 사항을 읽고 대부분을 B, A, F, G, K 및 M으로 표시된 XNUMX개 그룹으로 분류하고 소수는 그룹 O에 배치했습니다. 발머 흡수선(수소 원자의 스펙트럼선 방출을 설명함)의 강도와 K 별의 금속과 같은 특정 원소의 스펙트럼 특성을 반영합니다.

스펙트럼 연구

그러나 캐논은 스펙트럼을 일으킨 물리적 메커니즘을 조사하지도 않았고 그로부터 정량적 정보를 추출하지도 않았습니다. 그녀의 박사 과정에서 Payne-Gaposchkin은 최신 이론으로 이 독특한 데이터 캐시를 분석하기 위해 케임브리지에서 배운 물리학을 활용했습니다. 스펙트럼 라인의 기원은 Niels Bohr의 수소 원자에 대한 초기 양자 이론에 의해 1913년에 불과 XNUMX년 전에 확립되었으며 나중에 다른 사람들에 의해 확장되었습니다. 이 이론은 중성 원자에 적용되었습니다. Payne-Gaposchkin의 위대한 통찰력은 별의 뜨거운 외부 대기에서 발생하는 들뜬 또는 이온화된 원자의 스펙트럼이 같은 종의 중성 원자의 스펙트럼과 다르다는 것을 이해하는 것이었습니다.

온도, 뜨거운 원자의 양자 상태 및 스펙트럼 선 사이의 관계는 1921년 인도 물리학자 메그나드 사하(Meghnad Saha)가 도출했습니다. 그는 각 요소에 대한 양자 에너지 준위를 알지 못하면 그의 아이디어를 완전히 테스트할 수 없었지만 Payne-Gaposchkin이 그녀의 연구를 시작했을 때 측정되고 있었습니다. 엄청난 노력으로 그녀는 새로운 데이터를 Saha의 이론과 결합하여 온도 효과를 포함한 Cannon의 별 스펙트럼을 완전히 해석했습니다. 한 가지 중요한 결과는 항성 온도와 Cannon의 범주 간의 상관 관계였으며 오늘날에도 여전히 사용되는 결과입니다. 예를 들어 B 별은 20,000K에서 빛나는 반면 M 별은 3000K에서 빛납니다. 이 결과는 Payne-Gaposchkin의 놀라운 1925년 논문의 일부입니다. 별 분위기, 좋은 평가를 받았지만 그녀의 논문의 또 다른 결과는 그렇지 않았습니다.

구성상의 수수께끼

Payne-Gaposchkin은 항성 스펙트럼에서 볼 수 있는 각 원소의 상대적 존재비를 계산했습니다. 리튬에서 바륨에 이르기까지 그 중 15개에 대한 결과는 다른 별에 대해 유사했으며 "지구의 구성과 현저한 평행을 보였다". 이것은 별이 지구와 같은 물질로 이루어져 있다는 당시 천문학자들의 믿음과 일치했습니다.

그러나 그녀의 분석은 또한 수소가 다른 원소보다 백만 배 더 풍부하다는 것을 보여주었습니다. 한편 헬륨은 천 배나 더 풍부했습니다. 태양이 거의 전적으로 수소로 이루어져 있다는 결론은 그녀의 논문을 심사한 존경받는 외부 심사관과 즉시 문제에 부딪혔습니다. 이것은 프린스턴 천문대 소장이자 지구와 태양이 같은 구성을 가지고 있다는 생각을 강력하게 지지한 헨리 러셀이었습니다. Russell은 수소에 대한 그녀의 결과를 읽을 때까지 깊은 인상을 받았습니다. 그런 다음 그는 Payne-Gaposchkin에게 "수소가 금속보다 백만 배 더 풍부해야 한다는 것은 분명히 불가능하기 때문에" 이론에 문제가 있음이 틀림없다고 편지를 썼습니다.

Russell의 축복이 없었다면 그 논문은 받아들여지지 않았을 것이고 Payne-Gaposchkin은 그녀가 해야 한다고 생각하는 일을 했습니다. 그녀의 논문의 최종 버전에서 그녀는 "[수소와 헬륨]에서 파생된 엄청난 양은 거의 확실히 실제가 아니다"라고 적으면서 자신의 작업의 일부를 부인했습니다. 그러나 1929년 Russell은 다른 방법을 사용하여 수소를 포함한 원소의 항성 풍부도에 대한 자신의 유도를 발표했습니다. 그는 Payne-Gaposchkin의 연구를 인용하고 엄청난 양의 수소를 포함한 모든 원소에 대한 그의 결과가 그녀와 매우 잘 일치한다고 언급했습니다. 직접적으로 말하지 않고 Russell의 논문은 Payne-Gaposchkin의 전체 분석이 옳았고 그녀가 태양이 대부분 수소로 이루어져 있다는 것을 처음으로 발견했음을 확인했습니다. 그럼에도 불구하고 그는 그녀의 논문에서 원래 그 결과를 거부했다고 말하지 않았습니다.

Russell은 수용된 아이디어와 반대되는 결과를 제시하면 그녀의 경력에 ​​해가 될 수 있음을 젊은 과학자에게 경고하기 위해 수소에 대한 자신의 논평을 제공했을 수 있습니다. 아마도 Russell의 키에 대한 선임 연구원만이 이 새로운 발견에 대해 천문학계를 설득할 수 있었을 것입니다. 실제로, 그의 후기 논문은 천문학자들에게 별이 수소로 이루어져 있다는 사실을 받아들이도록 영향을 주어 그가 발견한 것으로 인정받았습니다.

Cecilia Payne-Gaposchkin의 논문의 힘은 그 자체로 말합니다. 그녀의 명료한 글솜씨, 주제에 대한 구도, 선구적인 과학이 빛을 발한다.

적절한 신용이 없더라도 Payne-Gaposchkin의 논문의 힘은 그 자체로 말합니다. 그녀의 명료한 글쓰기 스타일, 주제에 대한 지휘, 선구적인 과학이 빛을 발합니다. Shapley는 그 작업을 단행본으로 인쇄했고 600부가 팔렸습니다. 이는 논문의 거의 베스트 셀러 상태였습니다. 최고의 찬사는 거의 40년 후 저명한 천문학자인 오토 스트루베가 다음과 같이 불렀습니다. 별 분위기 "지금까지 천문학에서 쓰여진 것 중 가장 뛰어난 박사 학위 논문".

Payne-Gaposchkin이 Russell에 대해 어떤 악의가 있었다면, 그녀는 그것을 겉으로 드러내지 않고 그와 개인적인 관계를 유지했습니다. 1977년 그를 기리는 심포지엄에 기고한 그의 작업에 대한 리뷰에서(그는 1957년에 사망) 자신의 작업을 언급하지 않고 그의 1929년 논문을 "획기적인(epoch-making)"이라고 불렀습니다. 그녀가 강하게 후회한 것은 그녀가 자신의 결과 뒤에 서지 않았다는 것입니다. 그녀의 딸 캐서린 하라문다니(Katherine Haramundanis)는 “그녀는 평생 그 결정을 한탄했다”고 썼다. 그녀의 자서전에서 Payne-Gaposchkin은 다음과 같이 썼습니다. 나는 내가 옳았다고 믿었을 때 권위에 굴복했습니다… 나는 이것을 젊은이들에게 경고하기 위해 여기에 기록합니다. 사실이 확실하다면 자신의 입장을 변호해야 한다”고 말했다.

편견과 편견과의 싸움

그녀의 논문을 완성한 후, Payne-Gaposchkin은 Shapley 휘하의 천문대에 머물렀지만 변칙적인 상황이었다. 그녀는 천체 물리학 연구를 계속하고 싶었지만 Shapley가 "기술 조수"로 그녀에게 (작은) 급여를 지불했기 때문에 그녀가 하버드 컴퓨터처럼 그녀를 지도할 수 있다고 느꼈고 별의 밝기를 측정하는 일을 하게 했습니다. 그녀를 많이 참여시키지 않은 일상적인 프로젝트. Shapley는 또한 그녀에게 대학원 과정을 가르쳤지만 "교수"는 물론이고 "강사"라는 직함도 없었고 그녀의 과정이 카탈로그에 나열되지 않았습니다. 이를 해결하기 위해 Shapley는 학장이자 하버드 총장인 Abbot Lawrence Lowell에게 접근했지만 그들은 완강히 거절했습니다. Lowell은 Shapley에게 Payne 양(당시 그녀가 알려준 것처럼)은 "그가 살아 있는 한 대학에서 결코 자리를 차지하지 못할 것"이라고 말했습니다.

이와 같은 성 편견은 그녀의 경력의 모든 단계에서 Payne-Gaposchkin에 영향을 미쳤습니다. 그녀의 박사 학위(하버드 대학 최초의 천문학)는 기술적으로 하버드 출신이 아닙니다. Shapley는 Harvard의 물리학과 의장에게 논문 승인을 요청했지만 Shapley가 Payne-Gaposchkin에게 전달하자 의장은 여성 후보를 수락하기를 거부했습니다. 대신 Shapley는 박사 학위를 다음과 같이 수여해야 했습니다. 래드클리프, 하버드의 여자 대학. 나중에 그가 하버드에서 진정한 천문학 부서를 설립하기 시작했을 때, Shapley는 그의 최고의 연구원인 Payne-Gaposchkin이 첫 번째 의장을 맡을 자격이 충분하다고 확신했지만 Lowell이 결코 그것을 허용하지 않을 것이라는 것을 깨달았고 그래서 그는 남자 천문학자에서.

천문대에서 수십 년 동안 일하고 책과 수백 편의 연구 논문을 출판하고 인기 있는 강사가 된 후 Payne-Gaposchkin은 급여도 낮고 진정한 학문적 지위도 없는 일종의 직업 황혼기에 머물렀습니다. 이것은 Shapley가 은퇴하고 Princeton에서 Russell의 상을 받은 Donald Menzel이 천문대 관장이 된 후인 1954년에만 바뀌었습니다. 그는 Payne-Gaposchkin이 얼마나 적은 급여를 받았는지 발견하고 급여를 두 배로 늘린 다음 진정으로 의미 있는 일을 했습니다. Lowell과 그의 반여성 편견이 사라진 지 오래(그는 1933년에 은퇴)하면서 Menzel은 Payne-Gaposchkin을 천문학 교수로 임명할 수 있었습니다. 이것은 큰 뉴스였습니다. 뉴욕 타임스 21년 1956월 XNUMX일에 "[Payne-Gaposchkin]은 정기적인 교수 진급을 통해 하버드에서 정식 교수직에 오른 최초의 여성입니다."라고 보고했습니다. 몇 개월 후, 그녀는 하버드에서 학과장을 맡은 최초의 여성인 천문학과의 학과장이 되었습니다.

돌이켜보면, Payne-Gaposchkin의 경력은 뛰어난 논문, 다작의 연구, 뛰어난 강의, Harvard에서의 "최초" 및 기타 영예로 탁월한 성공을 거두었습니다. 그녀의 모든 학업 작업과 함께 그녀는 개인 생활을 위한 공간을 찾았습니다. 그녀는 1934년 러시아 망명 천문학자 세르게이 가포슈킨(Sergei Gaposchkin)과 결혼하여 천문학 연구를 계속하면서 그와 함께 세 자녀를 키웠습니다.

탁월한 드라이브

어떤 의미에서 그녀는 과학과 가족, 아이들을 결합하는 데 있어 "모든 것을 가졌다"고 말할 수 있지만, 여성에 대한 편견 때문에 거기에 도달하는 것이 불필요하게 어렵고 힘든 일이었습니다. 그녀는 56세의 나이에 정교수가 되었는데, 이는 비슷한 업적을 가진 사람이 그 지위에 도달했을 때보다 훨씬 늦었고 승진을 위해 넘어간 후 정신적 피해를 입었을 것입니다. 탁월한 추진력과 끈기, 과학적 능력을 갖춘 사람만이 최종 인정까지 버틸 수 있었습니다.

궁극적으로 1979년에 사망한 Cecilia Payne-Gaposchkin은 경력 전반에 걸쳐 놀라운 연구를 수행했지만 대부분의 기간 동안 전문적인 대우를 받지 못한 선구적인 과학자였습니다. 하버드 컴퓨터의 대부분은 연구원이나 대학원생이 아니라 직원이었습니다. Shapley는 Payne-Gaposchkin에게 중요한 기회를 제공하고 그녀가 얼마나 훌륭한 과학자인지 이해했지만, 그는 또한 그녀를 천문대에 대한 자신의 계획을 지원하기 위해 고용된 또 하나의 Harvard 컴퓨터로 취급했습니다. 그녀는 천문학에서 여성의 위치를 ​​컴퓨터의 위치 이상으로 발전시켰지만, 여성이 20세기 후반에야 달성하기 시작한 완전한 과학자가 되는 데 방해가 되는 장벽에 여전히 부딪쳤습니다. 그녀가 실제로 자신의 분야에 기초를 놓은 많은 "숨겨진" 과학 여성 중 한 명이 되면서 그녀의 뛰어난 업적은 종종 간과되고 그녀의 유산은 잊혀졌습니다. Payne-Gaposchkin과 같은 사람들의 중요한 공헌이 과학사에 포스트 스크립팅되고 있는 것은 더 최근의 일이며, 그녀는 여성 과학 분야에서 더 오래된 가능성과 새로운 가능성 사이에서 중요한 과도기적 인물로 기억되어야 합니다.

포스트 Cecilia Payne-Gaposchkin: 별에서 수소를 발견한 여성 첫 번째 등장 물리 세계.

• 코인스마트. 유럽 ​​최고의 비트코인 ​​및 암호화폐 거래소.
• 플라토 블록체인. Web3 메타버스 인텔리전스. 지식 증폭. 무료 액세스.
• 크립토호크. 알트코인 레이더. 무료 시험판.
• 출처: https://physicsworld.com/a/cecilia-payne-gaposchkin-the-woman-who-found-hydrogen-in-the-stars/