Cecilia Payne-Gaposchkin

Cecilia Payne-Gaposchkin (født 10. mai 1900 i Wendover i Buckinghamshire, død 7. desember 1979) var en britisk-amerikansk astronom som i 1925 ble den første til å vise at solen hovedsakelig er sammensatt av hydrogen, og motsa etablert vitenskap på den tiden.

Tidlig i livet 
Cecilia Helena Payne var et av tre barn født i Wendover i Buckinghamshire, England, av Emma Leonora Helena (født Pertz) og Edward John Payne, en advokat, historiker og musiker i London som hadde vært en stipendiat i Oxford. Moren hennes, Emma Leonora Helena Pertz, kom fra en preussisk familie og hadde to fremtredende onkler, historikeren Georg Heinrich Pertz og den swedenborgianistiske forfatteren James John Garth Wilkinson; hennes søster Florence var pianist. Faren til Cecilia Payne døde da hun var fire år gammel, noe som tvang moren til å oppdra familien alene.

Cecilia Payne begynte på skolen i Wendover på en privat skole drevet av Elizabeth Edwards. Da hun var tolv, flyttet moren til London av hensyn til utdannelsen til Cecilias bror Humfry, som senere ble arkeolog. Cecilia gikk på St Mary's College, Paddington, hvor hun ikke fikk til å studere mye matematikk eller naturfag, men i 1918 skiftet hun skole til St Paul's Girls 'School. Der ble hun oppfordret av Gustav Holst, som underviste i musikk på skolen, til å gjøre karriere innen musikk, men hun foretrakk å fokusere på vitenskap. Året etter vant hun et stipend som betalte alle utgiftene hennes ved Newnham College, Cambridge University, hvor hun i utgangspunktet leste botanikk, fysikk og kjemi, men hun droppet botanikk etter sitt første år. Hennes interesse for astronomi begynte etter at hun deltok på et foredrag av Arthur Eddington om hans ekspedisjon fra 1919 til øya Príncipe i Guineabukta utenfor Afrikas vestkyst for å observere og fotografere stjernene i nærheten av en solformørkelse som en test av Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Hun sa om foredraget: "Resultatet var en fullstendig transformasjon av verdensbildet mitt. [...] Verden min hadde blitt så rystet at jeg opplevde noe som lignet på et nervøst sammenbrudd." Hun fullførte studiene, men ble ikke tildelt en grad på grunn av sitt kjønn; Cambridge ga ikke kvinner grader før i 1948.

Payne innså at hennes eneste karrierealternativ i Storbritannia var å bli lærer, så hun lette etter stipender som kunne gjøre det mulig for henne å flytte til USA. Etter å ha blitt introdusert for Harlow Shapley, direktør for Harvard College Observatory, hvor han nettopp hadde etablert et kandidatprogram i astronomi, forlot hun England i 1923. Dette ble muliggjort av et stipend for å oppmuntre kvinner til å studere ved observatoriet. Adelaide Ames ble den første studenten på stipendiet i 1922; den andre var Payne.

Doktoravhandling 
Shapley overtalte Payne til å skrive en doktoravhandling, og i 1925 ble hun den første personen som tok doktorgrad i astronomi fra Radcliffe College ved Harvard University. Avhandlingens tittel var Stellar Atmospheres; Et bidrag til observasjonsstudien om høy temperatur i reverserende lag av stjerner. 

Payne var i stand til å relatere spektralklassene til stjerner nøyaktig til deres faktiske temperaturer ved å anvende ioniseringsteorien utviklet av den indiske fysikeren Meghnad Saha. Hun viste at den store variasjonen i stjerneabsorpsjonslinjer skyldtes forskjellige mengder ionisering ved forskjellige temperaturer, ikke forskjellige mengder elementer. Hun fant ut at silisium, karbon og andre vanlige metaller som ble sett i solens spektrum, var tilstede i omtrent samme relative mengder som på jorden, i samsvar med den aksepterte troen på den tiden, som mente at stjernene hadde omtrent samme grunnleggende sammensetning som jorden. Hun fant imidlertid at helium og spesielt hydrogen var langt mer rikelig (for hydrogen, med en faktor på omtrent en million). Avhandlingen hennes konkluderte med at hydrogen var den overveldende bestanddelen av stjerner (se Metallicitet), noe som gjør det til det mest utbredte elementet i universet. 

Da Paynes avhandling ble gjennomgått, frarådet astronomen Henry Norris Russell, som sto ved teoriene til den amerikanske fysikeren Henry Rowland, henne fra å konkludere med at sammensetningen av solen overveiende var hydrogen fordi den ville motsette den nåværende vitenskapelige enigheten om at den elementære sammensetningen av solen og jorden var like. I 1914 hadde han skrevet i en akademisk artikkel:

Enigheten mellom sol- og jordlister er slik at den bekrefter veldig sterkt Rowlands mening om at hvis jordskorpen skulle heves til temperaturen i solens atmosfære, ville det gi et veldig likt absorpsjonsspekter. Spektrene til solen og andre stjerner var like, så det så ut til at den relative overflod av elementer i universet var som i jordskorpen.

Payne beskrev følgelig resultatene som "falske". Noen år senere beskrev astronom Otto Struve arbeidet hennes som "den mest strålende doktorgradsavhandlingen som noensinne er skrevet i astronomi". Russell innså også at hun hadde rett når han oppnådde de samme resultatene på forskjellige måter. I 1929 publiserte han sine funn i en artikkel som beundrende anerkjente Paynes tidligere arbeid og oppdagelse; likevel blir han ofte kreditert for konklusjonene hun kom til.

Karriere 
Etter doktorgraden studerte Payne stjerner med høy lysstyrke for å forstå Melkeveiens struktur. Senere undersøkte hun alle stjernene lysere enn den tiende størrelsen. Hun studerte deretter variable stjerner, og gjorde over 1 250 000 observasjoner med sine assistenter. Dette arbeidet ble senere utvidet til Magellanske skyer, og tilførte ytterligere 2.000.000 observasjoner av variable stjerner. Disse dataene ble brukt til å bestemme stiene til stjernevolusjonen. Hun publiserte sine konklusjoner i sin andre bok, The Stars of High Luminosity (1930). Hennes observasjoner og analyse av variable stjerner, som hun utførte sammen med sin mann, Sergei Gaposchkin, la grunnlaget for alt påfølgende arbeid med slike gjenstander.

Payne-Gaposchkin forble vitenskapelig aktiv gjennom hele livet og tilbrakte hele sin akademiske karriere ved Harvard. Da hun begynte, ble kvinner utestengt fra å bli professor ved Harvard, så hun brukte år på å gjøre mindre prestisjefylte, lavtlønnede forskningsjobber. Likevel resulterte arbeidet hennes i flere publiserte bøker, inkludert The Stars of High Luminosity (1930), Variable Stars (1938) og Variable Stars and Galactic Structure (1954). Shapley hadde anstrengt seg for å forbedre sin stilling, og i 1938 fikk hun tittelen "Astronom." På Paynes forespørsel ble tittelen senere endret til Phillips Astronomer. Hun ble valgt til stipendiat i American Academy of Arts and Sciences i 1943. Kursene hennes ble ikke registrert i Harvard University-katalogen før i 1945.

Da Donald Menzel ble direktør for Harvard College Observatory i 1954, prøvde han å forbedre utnevnelsen hennes, og i 1956 ble hun den første kvinnen som ble forfremmet til full professor innen fakultetet ved Harvards fakultet for kunst og vitenskap. Senere, da hun ble utnevnt til leder for Institutt for astronomi, ble hun også den første kvinnen som ledet en avdeling ved Harvard. 

Studentene hennes inkluderte Helen Sawyer Hogg, Joseph Ashbrook, Frank Drake, Harlan Smith og Paul W. Hodge, som alle ga viktige bidrag til astronomi. Hun ledet også Frank Kameny, som ble en fremtredende talsmann for homofile rettigheter.

Payne-Gaposchkin trakk seg fra aktiv undervisning i 1966 og ble deretter utnevnt til emeritusprofessor i Harvard. Hun fortsatte sin forskning som ansatt ved Smithsonian Astrophysical Observatory, samt redigerte tidsskrifter og bøker utgitt av Harvard Observatory i tjue år.

Arv 
Paynes karriere markerte et vendepunkt ved Harvard College Observatory. Under ledelse av Harlow Shapley og Dr EJ Sheridan (som Payne-Gaposchkin beskrev som en mentor) hadde observatoriet allerede tilbudt kvinner flere muligheter innen astronomi enn andre institusjoner, og bemerkelsesverdige prestasjoner hadde blitt gjort tidligere på århundret. av Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon og Henrietta Swan Leavitt. Men med Paynes doktorgrad gikk kvinner inn i mainstream.

Stiene hun gikk opp i det stort sett mannsdominerte vitenskapelige samfunnet var en inspirasjon for mange. For eksempel ble hun et forbilde for astrofysiker Joan Feynman. Feynmans mor og bestemor hadde frarådet henne å forfølge vitenskap, siden de mente kvinner ikke var fysisk i stand til å forstå vitenskapelige begreper. Feynman ble senere inspirert av Payne-Gaposchkin da hun kom over noe av hennes arbeid i en astronomilærebok. Å se Payne-Gaposchkins forskning publisert på denne måten overbeviste Feynman om at hun faktisk kunne følge sine vitenskapelige lidenskaper. 

Da hun mottok Henry Norris Russell-prisen fra American Astronomical Society, snakket Payne om sin livslange lidenskap for forskning: "Belønningen til den unge forskeren er den følelsesmessige spenningen ved å være den første personen i verdenshistorien som ser noe eller forstår noe . Ingenting kan sammenlignes med den opplevelsen [...] Belønningen til den gamle forskeren er følelsen av å ha sett en vag skisse vokse til et mesterlig landskap. "

Privatliv 
I sin selvbiografi forteller Payne at mens hun var på skolen,  laget hun et eksperiment om effekten av bønn ved å dele eksamenene sine i to grupper og bare be om suksess på den ene, den andre var en kontrollgruppe. Hun oppnådde høyere karakterer i sistnevnte gruppe.  Senere ble hun agnostiker.

I 1931 ble Payne amerikansk statsborger. På en tur gjennom Europa i 1933 møtte hun russefødt astrofysiker Sergei I. Gaposchkin i Tyskland. Hun hjalp ham med å få visum til USA, og de giftet seg i mars 1934 og bosatte seg i den historiske byen Lexington, Massachusetts, en kort tur fra Harvard. Payne la til ektemannens navn til sitt eget, og Payne-Gaposchkins hadde tre barn: Edward, Katherine og Peter. Datteren til Payne husker henne som "en inspirert syerske, en oppfinnsom strikker og en glupsk leser". Payne og hennes familie var medlemmer av First Unitarian Church i Lexington, hvor Cecilia underviste på søndagsskolen. Hun var også aktiv med Quakers. Hun døde hjemme i Cambridge, Massachusetts, 7. desember 1979. Kort før hennes død fikk Payne selvbiografien trykt som The Dyer's Hand. Den ble senere trykt som Cecilia Payne-Gaposchkin: En selvbiografi og andre erindringer. 

Paynes yngre bror, Humfry Payne (1902–1936), som giftet seg med forfatter og filmkritiker Dilys Powell, ble regissør for British School of Archaeology i Athen. Paynes barnebarn Cecilia Gaposchkin er professor i senmiddelalderens kulturhistorie og fransk historie ved Dartmouth College.

Bibliografi 
 Stars of High Luminosity (1930),
 Variable Stars (1938),
 Variable Stars and Galactic Structure (1954),
 Introduction to Astronomy (1956),
 The Galactic Novae (1957),
 Cecilia Payne-Gaposchkin: an autobiography and other recollections (1984) ed. Katherine Haramundanis

Videre lesning 
 Rubin, Vera (2006), «Cecilia Payne-Gaposchkin» i OUT OF THE SHADOWS: Contributions of 20th Century Women to Physics, Nina Byers og Gary Williams, red., Cambridge University Press  (ISBN 978-0-521-82197-1 | ISBN 0-521-82197-5).

Referanser

Eksterne lenker 
  Cecilia Payne Gaposchkin i CWP at UCLA
  Harvard Square Library
  Biography
  Bibliography fra Astronomical Society of the Pacific

Astronomer fra USA
Britiske astronomer
Personer fra distriktet Aylesbury Vale
Artikler i astronomiprosjektet