Если пропустить солнечный свет через призму, он разложится в радугу от красного до фиолетового. Если смотреть внимательно, в этой радуге видны тёмные полоски на строго определённых местах. Это спектральные линии. Они появляются потому что атомы каждого элемента поглощают свет только на своих конкретных длинах волны и это как уникальный штрихкод каждого конкретного атома.
Водород поглощает в одних местах, железо в других, кальций в третьих. Глядя на эти полоски, можно понять, какие элементы есть в звезде. Эта методика используется астрономами долгие годы.
Но, как это часто бывает, без юмора тут не обошлось. Учёные долгое время смотрели на спектры звёзд и видели там много линий кальция и железа, мало линий водорода и делали простой вывод. Значит, звёзды в основном состоят из кальция и железа, примерно как Земля. Это было довольно авторитетная позиция и она активно транслировалась академией наук и официальным научным сообществом. И вы ведь уже понимаете, что это "провал".
Тут в истории появляется Сесилия Пейн-Гапошкин. В 1925 году молодая британка Сесилия защищает в Гарварде диссертацию по астрофизике. В ней содержится результат, который перевернёт науку о звёздах.
В работе она доказала, что Солнце и все звёзды состоят в основном из водорода - самого лёгкого и простого элемента во Вселенной. Это противоречило всему, во что верила наука того времени.
Ведущий астроном эпохи читает её рукопись и пишет, что результат "почти наверняка неверен". Она вставляет эту фразу в собственную диссертацию. Тем не менее, учёный совет оказался вполне адекватен и диссертация была защищена.
Ирония в том, что проходит четыре года и астроном, который написал негативный отзыв, сам публикует те же выводы.
Сесилия Пейн родилась в 1900 году в Англии. С детства её влекли наука и звёзды. Она поступила в Кембриджский университет и блестяще его окончила. В 1923 году она уехала в США, где директор Харлоу Шепли создавал сильную исследовательскую группу. Пейн стала одной из первых аспиранток, записавшихся на новую программу по астрономии.
Её научным руководителем стал Шепли, но главным интеллектуальным влиянием на неё в тот период был другой человек — индийский физик Меган Сагх, разработавший уравнение, которое связывало температуру звезды с состоянием ионизации атомов в её атмосфере. Это уравнение и стало для Пейн ключом.
Пейн увидела в этом инструмент. Если знаешь температуру звезды и видишь, какие линии присутствуют в спектре и насколько они сильны, можно вычислить, сколько каждого элемента в звезде на самом деле. Она принялась за работу.
Пейн методично анализировала спектры сотен звёзд разных типов. Она применяла уравнение Сагха, учитывала температуры, рассчитывала содержание элементов. Работа была огромной и делалась вручную, без компьютеров и с логарифмическими таблицами.
Результат был неожиданным настолько, что поначалу она сама не могла в него поверить. Водород в звёздах оказался не просто распространённым элементом. Он был подавляюще доминирующим. По её расчётам, водород составлял около 90% всех атомов в звёздной атмосфере. Гелий — почти всё остальное. Все остальные элементы (железо, кальций, кремний, кислород) присутствовали в ничтожных следовых количествах, в миллион раз меньше, чем водород.
К концу 1920-х годов несколько независимых исследований подтвердили, что водород действительно доминирует. Данные накапливались, интерпретации сходились в одну точку. Расселл провёл собственный анализ и получил те же результаты, что и Пейн четыре года назад. В 1929 году он опубликовал статью, в которой пришёл к выводу, что звёзды состоят преимущественно из водорода.
Открытие Пейн означало, что звёзды - это гигантские водородные шары, сжатые гравитацией до такого давления и температуры, что водород горит в термоядерных реакциях, превращаясь в гелий. Именно в этих реакциях рождается весь свет и тепло звёзд. Именно в недрах звёзд, когда водород заканчивается и начинаются другие реакции, создаются все тяжёлые элементы - вплоть до железа. А когда массивная звезда взрывается сверхновой, эти элементы разлетаются в пространство - и из них потом формируются планеты, океаны, и даже мы с вами.
После защиты Пейн осталась в Гарварде. Она публиковала исследования, но формально была «техническим ассистентом». В 1934 году она вышла замуж за русского астронома-эмигранта Сергея Гапошкина. Отсюда и двойная фамилия Пейн-Гапошкин. Они работали вместе, опубликовали совместные исследования переменных звёзд.
Только в 1956 году (через тридцать один год после диссертации) Гарвард назначил её полным профессором и заведующей кафедрой астрономии. Она стала первой женщиной, возглавившей кафедру в истории Гарварда.
Её имя носят астероид 2039 Пейн-Гапошкин и кратер на Венере. Но, пожалуй, лучший памятник ей — это каждый школьный учебник, в котором написано, что Солнце состоит из водорода. Там нет её имени. Но это её открытие.
⚠️ Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это важно для развития проекта.