Cecilia Payne-Gaposchkin

Lapsepõlv ja noorpõlv

Cecilia Helena Payne oli üks kolmest lapsest, kes sündis Wendoveris Inglismaal Emma Leonora Helena (sündinud Pertz) ja Edward John Payne'i peres. Tema isa oli Londonis advokaat, ajaloolane ja muusik. Tema ema pärines preisi perest ning tal oli kaks silmapaistvat onu, ajaloolane Georg Heinrich Pertz ja svedenborgiaanist kirjanik James John Garth Wilkinson. Cecilia Payne'i isa suri, kui tüdruk oli 4-aastane, jättes pere ema kasvatada.
Cecilia Payne käis Püha Pauluse Tütarlastekoolis (St Paul's Girls' School). Emalt ta ülikoolihariduseks raha ei saanud, see läks vaid venna koolitamiseks. 1919. aastal pälvis ta stipendiumi, mille abil õppida Cambridge'i Ülikooli Newnham College'is, kus ta kuulas loenguid botaanika, füüsika ja keemia alal. Ta osales ka Arthur Eddingtoni loengus, mis rääkis tema 1919. aasta ekspeditsioonist Aafrika lääneranniku lähedal Guinea lahes asuvale Príncipe saarele, kus ta jälgis ja pildistas 29. mail tähti päikesevarjutuse lähedal, et panna proovile Einsteini üldrelatiivsusteooria. See loeng tekitas Cecilia Payne'is suure huvi astronoomia vastu. Ta viis oma õpingud lõpuni, ent ei saanud soo tõttu kraadi (Cambridge'is hakati naistele ülikoolikraade andma alles 1948. aastal).
Cecilia Payne mõistis, et tema ainus karjäärivalik Suurbritannias on hakata õpetajaks, seetõttu otsis ta stipendiume, mis võimaldaksid tal suunduda Ameerika Ühendriikidesse. Pärast kohtumist Harvardi Kolledži Observatooriumi direktori Harlow Shapleyga, kes oli just rajanud astronoomia kraadiõppeprogrammi, lahkus Payne 1923. aastal Inglismaalt. Seda võimaldas stipendium, mis oli mõeldud naiste suuremaks kaasamiseks observatooriumi uurimistöösse. Stipendiumi pälvis esimesena 1922. aastal Adelaide Ames, teisena Cecilia Payne.

Doktoritöö

Shapley veenis Payne'i doktoritööd kirjutama, ning 1925. aastal sai Payne esimese teadlasena doktorikraadi astronoomias Radcliffe'i Kolledžist (praegu osa Harvardi Ülikoolist). Tema väitekirja teema oli "Stellar Atmospheres, A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars". Astronoom Otto Struve sõnul oli see "kahtlemata briljantseim doktoriväitekiri, mis on astronoomia vallas kunagi kirjutatud".
Payne seostas korrektselt tähtede spektraalklassid nende tegelike temperatuuridega, kasutades ionisatsiooniteooriat, mille oli välja töötanud India füüsik Meghnad Saha. Ta näitas, et suure variatiivsuse tähtede spektrijoontes põhjustab erinev ionisatsioonihulk eri temperatuuridel, mitte aga elementide erinev hulk. Ta oletas korrektselt, et räni, süsinikku ja tavapäraseid metalle, mille olemasolu näitas Päikese spektrum, esineb Päikesel umbes samas koguses nagu Maal, ent heeliumi ja eriti vesinikku esineb oluliselt suuremal hulgal (vesinikku umbes miljon korda rohkem). Seega näitas tema väitekiri, et vesinik on tähtede põhiline koostisosa.
Väitekirja retsensent astronoom Henry Norris Russell veenis Payne'i loobuma järeldusest, et Päikese koostis erineb Maa omast, sest see rääkis vastu toona aktsepteeritud teooriale. Ta muutis oma arvamust neli aastat hiljem, olles ise jõudnud teiste vahenditega samale tulemusele. Ehkki selgus, et Payne'il oli olnud õigus, langes avastajakuulsus sageli Russellile, ehkki ta ise tunnistas oma artiklis Payne'i tulemusi.

Isiklik elu

Kooliajal viis Cecilia läbi katse, millega soovis tõestada palve efektiivsust. Ta pani kokku kaks gruppi, millest üks oli kontrollgrupp. Hiljem sai temast agnostik.
1931. aastal sai Cecilia Payne Ameerika Ühendriikide kodakondsuse. Euroopa-reisil kohtus ta 1933. aastal Saksamaal vene päritolu astrofüüsiku Sergei I. Gaposchkiniga. Naine aitas tal saada USA viisa ning nad abiellusid 1934. aasta märtsis, asudes elama Massachusettsi osariiki ajaloolisse Lexingtoni, mis asub Harvardi lähedal. Neil oli kolm last: Edward, Katherine ja Peter. Cecilia Payne'i tütar mäletab teda kui "innustunud õmblejat, leidlikku kudujat ja ablast lugejat". Tema ja ta pere olid Esimese Unitaaride Kiriku liikmed ning ta õpetas pühapäevakoolis.

Karjäär

Pärast doktoriõpet uuris Payne suure heledusega tähti, et mõista Linnutee struktuuri. Hiljem vaatles ta kõiki tähti, mis olid heledamad kui kümnendik magnituudi. Seejärel uuris ta muutlikke tähti, tehes koos oma abilistega üle 1 250 000 vaatluse. Hiljem laiendati seda tööd Magellani Pilvedele, lisades veel umbes 2 000 000 vaatlust. Neid andmeid kasutati selleks, et määrata tähearengu teid. Payne'i ja tema abikaasa muutlike tähtede vaatlused ja analüüsid olid aluseks kogu hilisemale tööle selles vallas.
Payne-Gaposchkin oli teaduslikult tegev kogu elu, veetes kogu akadeemilise karjääri Harvardis. Alguses ei olnud tal ametlikku positsiooni ning 1927–1938 töötas ta Shapley tehnilise assistendina. Ühel hetkel kaalus ta madala staatuse ja viletsa palga tõttu Harvardist lahkumist, ent Shapley püüdis olukorda parandada, ning 1938. aastal sai Payne-Gaposchkin ametinimetuse "astronoom". Hiljem palus ta selle muuta "Phillipsi astronoomiks". Mitte ükski tema Harvardis õpetatud kursusest ei jõudnud ametlikku loengukataloogi enne 1945. aastat.
Kui Harvardi Kolledži Observatooriumi direktoriks sai 1954. aastal Donald Menzel, püüdis ta tema positsiooni parandada, ning 1956. aastal sai Cecilia Payne-Gaposchkinist esimene naine, kes nimetati Harvardi humanitaar- ja reaalteaduste teaduskonnas täisprofessori kohale. Hiljem, kui ta määrati astronoomiaosakonna juhatajaks, sai temast ka esimene naisosakonnajuhataja Harvardis. 1967. aastal sai ta Harvardi Ülikooli emeriitprofessoriks.
G. Kass-Simoni ja Patricia Farnesi arvates märkis Payne'i karjäär teatud mõttes pöördepunkti Harvardi Kolledži Observatooriumis. Juba Harlow Shapley juhtimisel oli observatoorium pakkunud naistele astronoomia vallas rohkem võimalusi kui ükski teine institutsioon, ning varem olid oluliste saavutusteni jõudnud Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon ja Henrietta Leavitt. Payne-Gaposchkini doktoriväitekiri aga tähistas naiste sisenemist astronoomia "peavoolu" ning oli paljudele inspiratsiooniks.

Mälestuse jäädvustamine

Tema järgi on nime saanud asteroid 2039 Payne-Gaposchkin.