Cecilia Payne-Gaposchkin

Cecilia Payne-Gaposchkin
Rođenje	(1900-05-10) 10. maj 1900.
Institucija	Harvard College Observatory, Harvard University
Istaknuti studenti	Helen Sawyer Hogg, Joseph Ashbrook, Frank Kameny, Frank Drake, Paul W. Hodge

Cecilia Payne-Gaposchkin (rođena kao Cecilia Helena Payne; ( (1900-05-10) 10. maj 1900. – 7. 12. 1979.) bila je britanska i američka astronomka i astrofizičarka koja je u svom doktoratu predložila da su zvijezde sastavljene prvenstveno od vodika i helija.^[1] Njen revolucionarni zaključak je u početku odbijen jer je bio u suprotnosti sa naučnom mudrošću tog vremena, koja je smatrala da ne postoje značajne elementarne razlike između Sunca i Zemlje. Nezavisna zapažanja su na kraju pokazala da je bila u pravu. Njen rad o prirodi promjenjivih zvijezda bio je temelj moderne astrofizike.^[1][2][3]

Rani život

Cecilia Helena Payne bila je jedno od troje djece rođene u Wendoveru u Buckinghamshireu, Engleska,^[4] od Emme Leonore Helene (rođene Pertz) i Edwarda John Paynea, londonskog advokata, historičara i muzičara koji je bio stipendist na Oksfordu.^[5] Njena majka je bila iz pruske porodice i imala je dva ugledna ujaka, historičara Georga Hajnriha Pertza i švedskog pisca Džejmsa Džona Garta Vilkinsona;^[6] njena sestra Florence je bila pijanistica.^[5] Otac Cecilije Payne je umro kada je imala četiri godine, primoravajući njenu majku da sama podiže porodicu.

Njeno zanimanje za astronomiju počelo je nakon što je prisustvovala predavanju Arthura Eddingtona na njegovoj ekspediciji 1919. na ostrvo Principe u Gvinejskom zaljevu kod zapadne obale Afrike kako bi promatrala i fotografirala zvijezde u blizini pomračenja Sunca kao test opće teorije relativnosti Alberta Einsteina.^[7] O predavanju je rekla: "Rezultat je bila potpuna transformacija moje slike svijeta. [...] Moj svijet je bio toliko uzdrman da sam doživjela nešto vrlo slično nervnom slomu."^[8] Završila je studije, ali nije dobila diplomu zbog svog pola; Cambridge nije davao diplome ženama sve do 1948.^[9]

Payne je shvatila da je njena jedina opcija za karijeru u Velikoj Britaniji da postane učiteljica, pa je tražila stipendije koje bi joj omogućile da se preseli u Sjedinjene Države. Nakon što je predstavljena Harlowu Shapleyju, direktoru opservatorije Harvard Collegea, gdje je upravo uspostavio diplomski program iz astronomije, napustila je Englesku 1923.^[7] To je omogućila stipendija koja je ohrabrila žene da studiraju u opservatoriji. Adelaide Ames je 1922. godine postala prvi student sa stipendijom; druga je bila Payne. Lawrence H. Aller opisao ju je kao jednu od "najodlučnijih i najsposobnijih pojedinaca" u Shapleyjevoj grupi.^[10]

Doktorska teza

Shapley je nagovorila Payne da napiše doktorsku disertaciju, i tako je 1925. godine postala prva osoba koja je stekla doktorat iz astronomije na Radcliffe koledžu Univerziteta Harvard.^[7][11] Naslov njenog rada bio je Zvjezdane atmosfere; Prilog opservacijskom proučavanju visoke temperature u obrnutim slojevima zvijezda.^[1][12]

Odnosi vodika i helija izmjereni u galaksiji Mliječni put odgovaraju Payne-Gaposchkinovim proračunima iz 1925. godine.

Payne je bila u mogućnosti da precizno poveže spektralne klase zvijezda s njihovim stvarnim temperaturama primjenom teorije ionizacije indijskog fizičara Meghnada Sahe. Ona je pokazala da su velike varijacije u zvezdanim apsorpcionim linijama posljedica različitih količina ionizacije na različitim temperaturama, a ne različitih količina elemenata. Otkrila je da su silicij, ugljik i drugi uobičajeni metali koji se vide u Sunčevom spektru prisutni u približno istim relativnim količinama kao na Zemlji, u skladu sa prihvaćenim vjerovanjem tog vremena, koje je smatralo da zvijezde imaju približno isti elementarni sastav kao zemlja. Međutim, otkrila je da je helija i posebno vodika mnogo više (za vodik, faktor od oko milion).^[13] Njena teza je zaključila da je vodik glavni sastojak zvijezda, što ga čini najrasprostranjenijim elementom u svemiru.^[14]

Međutim, kada je Payneina disertacija bila recenzirana, astronom Henry Norris Russell, koji je stajao pri teorijama američkog fizičara Henryja Rowlanda, odvratio ju je od zaključka da je sastav Sunca pretežno vodik jer bi to bilo u suprotnosti s tadašnjim naučnim konsenzusom da je elementarni sastav Sunca i Zemlje bio sličan.^[15] Godine 1914. napisao je u akademskom članku:

Slaganje solarne i terestričke liste je takvo da vrlo snažno potvrđuje Rowlandovo mišljenje da bi, ako bi se Zemljina kora podigla na temperaturu Sunčeve atmosfere, to dalo vrlo sličan apsorpcioni spektar. Spektri Sunca i drugih zvijezda bili su slični, pa se pokazalo da je relativno obilje elemenata u svemiru kao u Zemljinoj kori.^[16]

Payne je stoga svoje rezultate opisala kao "lažne".^{[17]: 186 [14]} Nekoliko godina kasnije, astronom Otto Struve opisao je njen rad kao "najbriljantniju doktorsku tezu ikada napisanu u astronomiji".^[18] Russell je također shvatio da je bila u pravu kada je izveo iste rezultate na različite načine. Godine 1929. objavio je svoja otkrića u radu koji je ukratko priznao Paynein raniji rad i otkriće, uključujući i pominjanje da je "[t]najvažnije prethodno određivanje obilja elemenata astrofizičkim sredstvima ono od strane gospođice Payne [... ]".^[19] Ipak, on je općenito bio zaslužan za zaključke do kojih je došla četiri godine prije.^[20][21][22]

Prihvaćeni omjeri vodika i helija u galaksiji Mliječni put su ~74% vodika i ~24% helija, što potvrđuje rezultate Payne-Gaposchkininih proračuna iz 1925.^[23]

Payne-Gaposchkin

Nakon doktorata, Payne je proučavala zvijezde velike svjetlosti kako bi razumjela strukturu Mliječnog puta . Kasnije je pregledala sve zvezde sjajnije od desete magnitude . Zatim je proučavala promenljive zvezde, napravivši preko 1.250.000 posmatranja sa svojim pomoćnicima. Ovaj rad je kasnije proširen na Magelanove oblake, dodajući još 2.000.000 promatranja promjenljivih zvijezda. Ovi podaci su korišteni za određivanje staza evolucije zvijezda. Svoje zaključke objavila je u svojoj drugoj knjizi, The Stars of High Luminosity (1930).^[13] Njena zapažanja i analize promjenjivih zvijezda, koje je objavila sa suprugom Sergejem Gapoškinom, postavile su osnovu za sve naredne radove na takvim objektima.^[1]

Reference

1. Turner, J. (16. 3. 2001). "Cecilia Helena Payne-Gaposchkin". Contributions of 20th Century Women to Physics. Arhivirano s originala, 12. 10. 2012. Pristupljeno 10. 10. 2012.
2. Joyce, Maureen (9. 12. 1979). "Dr. Cecilia H. Payne-Gaposchkin Dies". The Washington Post. Pristupljeno 10. 9. 2016.
3. "Cecilia Helena Payne-Gaposchkin". HowStuffWorks. 23. 4. 2009. Pristupljeno 10. 9. 2016.
4. Gingerich, O. (1982). "Cecilia Payne-Gaposchkin". Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 23: 450. Bibcode:1982QJRAS..23..450G.
5. O'Connor, J. J.; Robertson, E. F. (novembar 2017). "Cecilia Helena Payne-Gaposchkin". MacTutor: Biographies. University of St. Andrews. Pristupljeno 5. 9. 2019.
6. Payne, H.; Mackworth-Young, G. (1981). La scultura arcaica in marmo dell'Acropoli. La storiografia della scultura greca del VI sec. A. C. Edited by Arias, P.E. L'Erma Di Bretschneider. str. 79. ISBN 978-88-7062-500-4. Payne, Humfrey Gilbert Garth... figlio unico dello storico Edward John Payne e di sua moglie Emma Leonora Helena Pertz, nipote di Georg Heinrich Pertz, il curatore dei "Monumenta Germaniae Historica", e di James John Garth Wilkinson, il discepolo di Swedenborg.
7. Wayman, Patrick A. (1. 2. 2002). "Cecilia Payne-Gaposchkin: astronomer extraordinaire". Astronomy & Geophysics. 43 (1): 1.27–1.29. Bibcode:2002A&G....43a..27W. doi:10.1046/j.1468-4004.2002.43127.x. ISSN 1366-8781.
8. Payne-Gaposchkin, Cecilia; Haramundanis, Katherine; Payne-Gaposchkin, Cecilia The dyer's hand (1984). Cecilia Payne-Gaposchkin : an autobiography and other recollections. Internet Archive. Cambridge : Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-25752-7.
9. Tullberg, Rita McWilliams (24. 9. 1998). Women at Cambridge (jezik: engleski). Cambridge University Press. str. 183. ISBN 9780521644648.
10. Aller, Lawrence H. (1. 9. 1995). "An Astronomical Rescue". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 33 (1): 1–18. Bibcode:1995ARA&A..33....1A. doi:10.1146/annurev.aa.33.090195.000245. ISSN 0066-4146. Pristupljeno 20. 1. 2022.
11. Sobel, Dava (2016). The Glass Universe: How the Ladies of the Harvard Observatory Took the Measure of the Stars. Viking. str. 203-213. ISBN 9780670016952.
12. Payne, Cecilia H. (1925). Stellar Atmospheres; a Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (PhD thesis). Radcliffe College. Bibcode:1925PhDT.........1P. OCLC 1443459.
13. Gregersen, Erik (6. 5. 2023). "Cecilia Payne-Gaposchkin". Encyclopædia Britannica.
14. Chown, Marcus (2009). We Need to Talk About Kelvin. London: Faber and Faber. str. 99–100. ISBN 9780571244027.
15. Steven Soter and Neil deGrasse Tyson (2000). "Cecilia Payne and the Composition of the Stars". American Museum of Natural History.
16. Russell, Henry (29. 5. 1914). "The Solar Spectrum and the Earth's Crust". Science. 39 (1013): 791–794. Bibcode:1914Sci....39..791R. doi:10.1126/science.39.1013.791. JSTOR 1638885. PMID 17812658.
17. "1925PhDT.........1P Page 6". articles.adsabs.harvard.edu. Pristupljeno 22. 4. 2024.
18. "January 1, 1925: Cecilia Payne-Gaposchkin and the Day the Universe Changed". American Physical Society. januar 2015.
19. Russell, Henry Norris (juli 1929). "On the Composition of the Sun's Atmosphere". Astrophysical Journal. 70: 64. Bibcode:1929ApJ....70...11R. doi:10.1086/143197. Pristupljeno 15. 10. 2022.
20. Russell, Henry (juli 1929). "On the Composition of the Sun's Atmosphere". Astrophysical Journal. 70: 11–82. Bibcode:1929ApJ....70...11R. doi:10.1086/143197.
21. Padman, Rachel (2004). "Cecilia Payne-Gaposchkin (1900–1979)". Newnham College Biographies. Newnham College. Arhivirano s originala, 19. 7. 2009. Pristupljeno 13. 10. 2020.
22. "A friend to the stars: Cecilia Payne-Gaposchkin". epigenesys.eu. Arhivirano s originala, 7. 3. 2015. Pristupljeno 22. 9. 2014.
23. "This Month in Physics History". www.aps.org (jezik: engleski). Pristupljeno 8. 9. 2023.