Десять лет истории науки: женщина, наполнившая звезды водородом

Как лекция о солнечном затмении пробудила любовь к астрономии, а девушка, которой Кембридж отказался присуждать ученую степень, стала одним из крупных астрофизиков своего времени, рассказывают наши рубрики «Десять лет истории науки» и «Женская история науки».

Сесилия Пейн родилась 10 мая 1900 года в семье Эдварда Пейна в Уэндовере. Ее отец был музыкантом и историком, а также содержал бар, однако умер, когда дочери было всего четыре, оставив жену, Эмму Леонору Хелену, одну с тремя детьми. Матери приходилось несладко, и, когда встал вопрос, кому из детей оплатить высшее образование, она выбрала сына, а не дочь (что в начале XX века было вовсе не удивительно). Но Сесилия, которая посещала только школу для девочек St Paul’s Girls’ School, где естественные науки не преподавали, всерьез заинтересовалась ими, читая труды Томаса Хаксли, Исаака Ньютона и Эммануила Сведенборга, и решила продолжить обучение. Ей повезло: девушка смогла получить стипендию в Ньюхем-колледже Кембриджского университета, где принялась изучать ботанику, физику и химию.

© Wikimedia Commons

В то время (1919 год) в колледже выступал с лекциями Артур Эддингтон, который рассказывал о своей недавней экспедиции на остров Принсипи в Гвинейском заливе. Этот американский астрофизик был одним из первых ученых, кто в 1916 году оценил важность общей и специальной теорий относительности Альберта Эйнштейна, начал работать в этом направлении и публиковать статьи на эту тему. У побережья Африки Эддингтон пронаблюдал отклонение лучей во время солнечного затмения, чтобы подтвердить эффекты, предсказанные гениальным физиком. И хотя его снимки из-за скверной погоды были не лучшего качества (небо затянуло тучами, лил сильный дождь, начался шторм), «на одной пластинке измерения дали результат, предсказанный Эйнштейном», вспоминал ученый.

© Wikimedia Commons

Лекция Эддингтона зажгла в сердце Сесилии любовь к астрофизике. «Результатом стала полная трансформация моей картины мира. Основы моего мироздания были так потрясены, что я пережила что-то очень похожее на нервный срыв», — вспоминала она. Тогда мало кто мог подумать, что девушка будет изучать то, что горит в недрах звезд, и поможет изменить астрономическую картину мира многих других людей: завершив обучение, Сесилия Пейн не получила научную степень из-за своего пола. Кембридж нарушил свой патриархальный уклад только в 1948 году, присудив ей ученую степень (даже Оксфорд обогнал его в этом почти на 28 лет).

Девушка поняла, что в консервативной Великобритании у нее нет никакого научного будущего, ведь там она могла стать в лучшем случае учительницей. Такая судьба не устраивала Сесилию Пейн, и она в 1923 году перебралась в США. По приглашению директора Гарвардской обсерватории Харлоу Шепли она в 1923 году начала работать в Гарварде. Шепли убедил ее написать кандидатскую диссертацию.

Сесилия решила углубиться в изучение физики звезд и посвятила работу физическим условиям в этих объектах, которые, как считалось на тот момент, должны состоять преимущественно из железа. Используя теорию ионизации индийского физика Мегнада Саха и сотни фотографий Гарвардской обсерватории, она смогла сопоставить спектральные классы звезд с их температурой, сделав вывод, что разная интенсивность спектральных линий связана не с содержанием различных элементов в составе звезды, а именно с возбуждением атомов и ионизацией при различных температурах. Это помогло понять, что химический состав большинства звезд (в том числе и Солнца) примерно одинаков, а больше всего в них водорода и гелия.

© Wikimedia Commons

Ее работа «Звездные атмосферы» в 1925 году стала первой из сделанных в Гарвардской обсерватории, за которую присудили ученую степень (правда, ей дали степень колледжа Рэдклиффа, а не Гарварда). Эта работа стала, по мнению крупнейшего астрофизика прошлого столетия Отто Струве, «несомненно, самой блестящей диссертацией по астрономии из когда-либо написанных». «Звездные атмосферы» были опубликованы в сборнике монографий Гарвардской обсерватории под номером 1.

Работа была довольно смелой для того времени, и коллеги убедили Сесилию включить оговорку о том, что в анализ могла вкрасться ошибка. Как выяснилось позже, Сесилия все-таки была права.

© Wikimedia Commons

В 1931 году Пейн удалось получить американское гражданство. В это время по совету Шепли она занималась звездами-гигантами, которые тот считал ключом к разгадке многих тайн Вселенной. Для своей второй монографии Сесилия обработала колоссальный объем данных, сделав ее настоящей энциклопедией по астрофизике.

В 1934 году она вышла замуж за русского эмигранта Сергея Гапошкина, с которым познакомилась в 1933 году во время поездки в Германию. В астрономию Сергей пришел длинной дорогой, успев послужить в царской армии и поработать садовником у изгнанного персидского шаха. Получив гражданство в 1939 году, он наконец смог занять пост научного сотрудника. Вместе супруги занимались цефеидами, звездами с переменной светимостью, и провели анализ спектров всех известных объектов этого класса больше десятой звездной величины. Работа была сделана на основе более чем миллиона фотографий, которые они обработали со своими ассистентами, построив около 2000 кривых блеска цефеид. Потом супруги добавили еще около двух миллионов наблюдений звезд из Магеллановых Облаков (1139 звезд в Большом и 1132 в Малом), обнаружив, что их период уменьшается с удалением от центра галактики. Монография супругов по этому вопросу также вошла в анналы астрофизики.

© ESO

Исследования цефеид, за которые супруги были удостоены множества наград, помогли лучше разобраться в эволюции Вселенной, о чем Сесилия Пейн-Гапошкина позднее опубликовала книгу, которая выросла из цикла лекций, прочитанных ею в Бостоне.

Во вступлении она написала: «Тот, кто решается толковать об эволюции звезд, должен быть оптимистом и обладать чувством юмора. Астрономы и являются неисправимыми оптимистами. Они вглядываются сквозь бурлящий океан земной атмосферы в недостижимые звезды и галактики; они ведут речь о температурах в миллионы градусов, о плотностях, меньших плотности газа в наших лучших вакуумах; они изучают свет, покинувший свои источники двести миллионов лет назад. По мимолетным образам они восстанавливают всю историю Вселенной. Изучение эволюции космоса является, пожалуй, одним из самых дерзновенных взлетов человеческого воображения».

Супруги также вырастили троих детей. В разговорах с репортерами Сесилия предполагала, что женщины скоро начнут понимать, что односторонняя жизнь, посвященная только семье, очень ограниченна, и что она своим примером показывает, как можно совместить в себе и мать, и признанного астронома. Ее жизнь вдохновила многих женщин заниматься наукой и в очередной доказала, что женщины также могут внести достойный вклад в изучение мира.

Проект создается в рамках инициативы «Работа с опытом» Десятилетия науки и технологий