ססיליה פיין-גפושקין

ססיליה פיין-גפושקין

ססיליה פיין-גפושקין (נולדה כססיליה הלנה פיין; (10.05.1900) 10 במאי 1900 – (07.12.1979) 7 בדצמבר 1979) הייתה אסטרונומית ואסטרופיזיקאית אמריקאית ממוצא בריטי. עבודתה על ההרכב הקוסמי של היקום ועל טבעם של כוכבים משתנים היוותה יסוד לאסטרופיזיקה המודרנית.

בתזה לדוקטורט שלה משנת 1925 היא קבעה כי כוכבים מורכבים בעיקר ממימן ומהליום. מסקנתה פורצת הדרך נדחתה בתחילה על ידי אסטרופיזיקאים מובילים, בהם הנרי נוריס ראסל (Henry Norris Russell), מכיוון שהיא עמדה בסתירה למדע של אותה תקופה, שגרס כי אין הבדלים מהותיים בהרכב היסודות בין השמש לכדור הארץ. תצפיות בלתי תלויות הוכיחו בסופו של דבר שהיא צדקה.

על אף שסיימה את לימודיה, בגלל היותה אישה לא הייתה פיין זכאית לקבל תואר מאוניברסיטת קיימברידג'. באופן דומה באמריקה, היא לא הייתה זכאית לקבל תואר דוקטור (PhD) על לימודיה באוניברסיטת הרווארד, שכן האוניברסיטה לא העניקה תארים כאלו לנשים באותה עת. במקום זאת, היא קיבלה את הדוקטורט שלה ממכללת רדקליף – מכללה לאמנויות חופשיות לנשים שהחלה כתוכנית לימודים לנשים בתוך הרווארד. היא המשיכה להתגבר על מחסומים שעמדו בפני נשים במדע, והצלחתה סללה את הדרך לאינספור אסטרונומיות, כולל עמיתתה מהרווארד, הלן סוייר הוג (Helen Sawyer Hogg).

בהיותה סטודנטית בקיימברידג', נבחרה פיין לחברה באגודה האסטרונומית המלכותית. מאוחר יותר, היא הפכה לזוכה הראשונה בפרס אנני ג'אמפ קאנון (Annie Jump Cannon Award in Astronomy) היוקרתי של האגודה האסטרונומית האמריקאית. בשנת 1956, היא הייתה האישה הראשונה שמונתה לפרופסור וראש מחלקה בהרווארד.

עבודתה הניבה מספר ספרים שפורסמו, ביניהם "כוכבים בעלי בהירות גבוהה" (The Stars of High Luminosity, 1930), "כוכבים משתנים" (Variable Stars, 1938), ו"כוכבים משתנים ומבנה גלקטי" (Variable Stars and Galactic Structure, 1954).

חיים מוקדמים

ססיליה הלנה פיין, שנולדה בוונדובר שבבקינגהאמשייר, אנגליה, הייתה אחת משלושת ילדיהם של אמה לאונורה הלנה (לבית פרץ), ממשפחה פרוסית מלומדת, ואדוארד ג'ון פיין, עורך דין לונדוני. אביה היה היסטוריון ומוזיקאי שהיה עמית באוקספורד. לפיין היו שני דודים בולטים, ההיסטוריון גאורג היינריך פרץ (Georg Heinrich Pertz) והסופר השוודיבורגי ג'יימס ג'ון גארת' וילקינסון (James John Garth Wilkinson). כשהייתה ססיליה בת ארבע, אביה נפטר והותיר את אמה לגדל את המשפחה לבדה.

השכלה

פיין החלה את השכלתה הפורמלית בוונדובר בבית ספר פרטי שניהלה אליזבת אדוארדס. כשפיין הייתה בת 12, עברה משפחתה ללונדון כדי לסייע בחינוכו של אחיה, המפרי; מאוחר יותר הוא הפך לארכאולוג. פיין למדה בתחילה בקולג' סנט מרי, פדינגטון, שם לא התאפשר לה ללמוד מתמטיקה או מדעים. בשנת 1918 עברה לבית הספר לבנות סנט פול, שם עודד אותה המורה שלה למוזיקה, גוסטב הולסט (Gustav Holst), לפתח קריירה מוזיקלית. עם זאת, פיין החליטה להתמקד במדע. בשנה שלאחר מכן היא זכתה במלגה שכיסתה את הוצאותיה בקולג' ניונהאם, אוניברסיטת קיימברידג', שם למדה פיזיקה וכימיה.

התעניינותה באסטרונומיה החלה לאחר שהשתתפה בהרצאה של ארתור אדינגטון (Arthur Eddington), שפירט על משלחתו ב-1919 לאי פרינסיפה במפרץ גינאה מול החוף המערבי של אפריקה, לצורך תצפית וצילום כוכבים בקרבת ליקוי חמה כבדיקה לתורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. היא אמרה על ההרצאה: "התוצאה הייתה תמורה מלאה בתפיסת עולמי. [...] עולמי התערער כל כך שחוויתי משהו שדומה מאוד להתמוטטות עצבים". אף שסיימה את לימודיה, היא לא קיבלה תואר רשמי מכיוון שקיימברידג' לא העניקה תארים לנשים עד 1948.

פיין הבינה שאופציית הקריירה היחידה שלה בבריטניה היא להיות מורה, ולכן חיפשה מענקים שיאפשרו לה לעבור לארצות הברית. לסלי קומרי (Leslie Comrie), אז סטודנט לדוקטורט באוניברסיטת קיימברידג', הציג אותה בפני הארלו שייפלי (Harlow Shapley), מנהל מצפה הכוכבים של מכללת הרווארד, לאחר הרצאה בלונדון באגודה האסטרונומית הבריטית. מלגה שהוקמה לעידוד נשים ללמוד במצפה הכוכבים של הרווארד אפשרה לפיין לעבור לארצות הברית ללימודים בהרווארד ב-1923. אדלייד איימס (Adelaide Ames) הייתה הזוכה הראשונה במלגה זו ב-1922, ופיין הייתה השנייה.

לורנס ה' אלר (Lawrence H. Aller) תיאר מאוחר יותר את פיין כאחת ה"נמרצות והיעילות ביותר" במצפה הכוכבים של שייפלי. לאחר מכן היא למדה קורסים רלוונטיים בהרווארד במסגרת התוכנית לנשים, ושייפלי שכנע את פיין לכתוב עבודת דוקטורט בנושא אסטרונומי.

### תזה לדוקטורט

בשנת 1925 הפכה פיין לאדם הראשון שקיבל תואר דוקטור (PhD) באסטרונומיה ממכללת רדקליף של אוניברסיטת הרווארד. התזה שלה נקראה "אטמוספרות כוכבים: תרומה למחקר תצפיתי של טמפרטורה גבוהה בשכבות ההיפוך של כוכבים".

בזמן שניתחה לוחות זכוכית במצפה הכוכבים של הרווארד, פיין עשתה תגלית פורצת דרך על ידי קישור מדויק בין המחלקות הספקטרליות של כוכבים לטמפרטורות הנמדדות שלהם, תוך שימוש בתאוריית היינון של הפיזיקאי ההודי מגנאד סהה (Meghnad Saha). היא הדגימה שהשונות הגדולה בקווי הבליעה הכוכביים נבעה מכמויות שונות של יינון בטמפרטורות שונות, ולא מכמויות משתנות של יסודות. פיין מצאה שסיליקון, פחמן וכמה מתכות נפוצות הנראות בספקטרום של השמש קיימים בכמויות יחסיות דומות לאלו שבכדור הארץ, מה שתאם את האמונה הרווחת שכוכבים בעלי הרכב יסודות דומה לזה של כדור הארץ; עם זאת, היא מצאה שהליום, ובעיקר מימן, נפוצים הרבה יותר בכוכבים, כאשר המימן שכיח פי מיליון בערך. תגלית זו הייתה הבסיס למסקנתה שמימן הוא המרכיב המכריע בכוכבים, מה שהופך אותו ליסוד הנפוץ ביותר ביקום.

במהלך תהליך הבדיקה של עבודת הדוקטורט של פיין, הנרי נוריס ראסל, אסטרונום בולט באותה תקופה שדבק בתאוריות של הפיזיקאי האמריקאי הנרי רולנד (Henry Rowland), הפציר בה שלא לטעון שהרכב השמש הוא בעיקרו מימן, מכיוון שזה עמד בסתירה לקונצנזוס המדעי של אותה עת, לפיו הרכב היסודות של השמש וכדור הארץ דומים. ראסל, במאמר מ-1914, טען:

> ההסכמה בין רשימות השמש לכדור הארץ היא כזו שמאשרת מאוד את דעתו של רולנד, שאם קרום כדור הארץ היה מועלה לטמפרטורה של אטמוספרת השמש, הוא היה נותן ספקטרום בליעה דומה מאוד. הספקטרום של השמש ושל כוכבים אחרים היו דומים, ולכן נראה שהשפע היחסי של יסודות ביקום דומה לזה שבקרום כדור הארץ.

כתוצאה מכך, ראסל תיאר את המסקנה המדעית שלה כ"מזויפת". אף שכללה את כל החישובים והתוצאות, פיין נענתה לביקורת של המבקר שלה בכך שכללה בתזה שלה הצהרה שתוצאותיה "כמעט בוודאות אינן אמיתיות".

ארבע שנים לאחר מכן, עם זאת, ראסל הבין שפיין צדקה כשגזר את אותן תוצאות באמצעים שונים, ובכך הדגים למעשה שמימן והליום הם היסודות הנפוצים ביותר בשביל החלב, בדיוק כפי שפיין הגיעה למסקנה בתזה שלה. כששיתף את תוצאותיו באופן מקצועי ב-1929, ראסל הכיר בקצרה בעבודתה ובתגליתה המוקדמת של פיין, כולל ציון ש"הקביעה הקודמת החשובה ביותר של שפע היסודות באמצעים אסטרופיזיקליים היא זו של מיס פיין [...]", ובכל זאת, הקרדיט על המסקנות אליהן הגיעה פיין ארבע שנים קודם לכן ניתן בדרך כלל לראסל.

כמעט 40 שנה לאחר פרסום התזה של פיין, הכרה מקצועית בתגליתה ניתנה לה על ידי האסטרונום אוטו שטרובה (Otto Struve), כאשר תיאר את עבודתה כ"תזה לדוקטורט המבריקה ביותר שנכתבה אי פעם באסטרונומיה". היחסים המקובלים כיום עבור מימן והליום בגלקסיית שביל החלב הם כ-74% מימן וכ-24% הליום, מה שמאשר את תוצאות החישובים של פיין-גפושקין משנת 1925.

עבודתה הניבה גם מספר ספרים שפורסמו, ביניהם "כוכבים בעלי בהירות גבוהה" (1930), "כוכבים משתנים" (1938), ו"כוכבים משתנים ומבנה גלקטי" (1954).

קריירה

לאחר שקיבלה את הדוקטורט שלה ב-1925, פיין נשארה בהרווארד לאורך כל הקריירה האקדמית שלה. בתחילה נמנעה מנשים האפשרות להיות פרופסוריות בהרווארד, ולכן היא בילתה שנים בביצוע מחקרים פחות יוקרתיים ובעלי שכר נמוך. עבודתה המוקדמת התמקדה בכוכבים בעלי בהירות גבוהה ובניסיון להבין את מבנה שביל החלב.

מאוחר יותר, היא סקרה את כל הכוכבים הבהירים יותר מדרגה עשירית. לאחר מכן היא חקרה כוכבים משתנים, תוך ביצוע יותר מ-1,250,000 תצפיות עם עוזריה. עבודה זו הורחבה מאוחר יותר לענני מגלן, והוסיפה עוד 2,000,000 תצפיות של כוכבים משתנים. נתונים אלו שימשו לקביעת מסלולי האבולוציה הכוכבית. היא פרסמה את מסקנותיה בספרה השני, "כוכבים בעלי בהירות גבוהה" (1930).

בסיור באירופה בשנת 1933, פגשה פיין בגרמניה את האסטרופיזיקאי יליד רוסיה סרגיי אילאריונוביץ' גפושקין [ru]. היא סייעה לו להשיג ויזה לארצות הברית, שם נישאו במרץ 1934. התצפיות והניתוח שלה על כוכבים משתנים, שבוצעו עם סרגיי גפושקין, הניחו את הבסיס לכל העבודה הבאה בנושא זה.

הארלו שייפלי (מנהל מצפה הכוכבים של מכללת הרווארד) השקיע מאמצים לשפר את מעמדה, ובשנת 1938 היא קיבלה את התואר "אסטרונומית". כדי לקבל אישור לתוארה, שייפלי הבטיח לאוניברסיטה שמתן משרה זו לפיין-גפושקין לא יהפוך אותה לשוות ערך לפרופסור. מאוחר יותר ביקשה פיין לשנות את תוארה ל"אסטרונומית פיליפס", משרה ממומנת שהייתה הופכת אותה ל"פקידת אוניברסיטה", ושייפלי לחץ באופן פרטי להמרת המשרה לפרופסורה מפורשת כ"פרופסור פיליפס לאסטרונומיה".

פיין-גפושקין נבחרה כעמיתה באקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים ב-1943.

אף על פי כן, הקורסים שלימדה לא נרשמו כזמינים בקטלוג של אוניברסיטת הרווארד עד 1945.

כשדונלד מנזל (Donald Menzel) הפך למנהל מצפה הכוכבים של מכללת הרווארד ב-1954, הוא ניסה לשפר את מינויה, וב-1956 היא הפכה לאישה הראשונה שקודמה לפרופסור מן המניין מתוך סגל הפקולטה לאמנויות ומדעים של הרווארד. היא מונתה לפרופסור פיליפס לאסטרונומיה בשנת 1958. מאוחר יותר, עם מינויה לראש המחלקה לאסטרונומיה, היא הפכה גם לאישה הראשונה שעמדה בראש מחלקה בהרווארד.

בין תלמידיה היו ג'וזף אשברוק (Joseph Ashbrook), פרנק דרייק (Frank Drake), הרלן סמית' (Harlan Smith) ופול וו' הודג' (Paul W. Hodge), שכולם תרמו תרומות חשובות לאסטרונומיה. היא גם הנחתה את הלן סוייר הוג, פרנק קמיני (Frank Kameny) ואוון גינגריך (Owen Gingerich).

פיין-גפושקין פרשה מהוראה פעילה ב-1966 ולאחר מכן מונתה לפרופסור אמריטה של הרווארד. היא המשיכה במחקרה כחברת צוות במצפה הכוכבים האסטרופיזיקלי סמית'סוניאן, וכן ערכה את כתבי העת והספרים שפורסמו על ידי מצפה הכוכבים של הרווארד במשך עשר שנים. היא ערכה ופרסמה את הרצאותיו של וולטר באדה (Walter Baade), "אבולוציה של כוכבים וגלקסיות" (1963).

מורשת

הקריירה של פיין-גפושקין סימנה נקודת מפנה במצפה הכוכבים של מכללת הרווארד. תחת הנהגתם של הארלו שייפלי וד"ר א' ג' שרידן (אותו תיארה פיין-גפושקין כמנטור), מצפה הכוכבים כבר הציע יותר הזדמנויות באסטרונומיה לנשים מאשר מוסדות אחרים. הדבר ניכר בהישגים שבוצעו מוקדם יותר במאה על ידי ויליאמינה פלמינג (Williamina Fleming), אנטוניה מורי (Antonia Maury), אנני ג'אמפ קאנון והנרייטה סוואן ליוויט (Henrietta Swan Leavitt). עם זאת, עם הדוקטורט של פיין, נשים נכנסו לזרם המרכזי.

הדרך שסללה לקהילה המדעית שנשלטה ברובה על ידי גברים הייתה השראה לרבים. לדוגמה, היא הפכה למודל לחיקוי עבור האסטרופיזיקאית ג'ואן פיינמן (Joan Feynman). אמה וסבתה של פיינמן הניאו אותה מלעסוק במדע, מכיוון שהאמינו שנשים אינן מסוגלות פיזית להבין מושגים מדעיים. פיינמן קיבלה השראה מפיין-גפושקין כשנתקלה בעבודתה בספר לימוד באסטרונומיה. ראיית המחקר שפורסם של פיין-גפושקין שכנעה את פיינמן שהיא אכן יכולה לעסוק בתשוקותיה המדעיות.

במהלך קבלת פרס הנרי נוריס ראסל מהאגודה האסטרונומית האמריקאית, דיברה פיין על תשוקתה רבת השנים למחקר: "התגמול של המדען הצעיר הוא הריגוש הרגשי להיות האדם הראשון בהיסטוריה של העולם שרואה משהו או מבין משהו. שום דבר לא יכול להשתוות לחוויה הזו [...] התגמול של המדען המבוגר הוא התחושה של ראיית סקיצה מעורפלת צומחת לכדי נוף מופתי".

חיים אישיים

באוטוביוגרפיה שלה, סיפרה פיין שבזמן הלימודים יצרה ניסוי על יעילות התפילה על ידי חלוקת בחינותיה לשתי קבוצות, כאשר התפללה להצלחה רק באחת, והשנייה היוותה קבוצת ביקורת מדעית. היא השיגה ציונים גבוהים יותר בקבוצה השנייה. מאוחר יותר הפכה לאגנוסטית.

בשנת 1931 הפכה פיין לאזרחית ארצות הברית, כך שהחזיקה באזרחות כפולה של בריטניה ושל ארה"ב. בסיור באירופה ב-1933, פגשה בגרמניה את האסטרופיזיקאי יליד רוסיה סרגיי אילאריונוביץ' גפושקין (1898-1984). היא סייעה לו לקבל ויזה לארצות הברית. הם נישאו במרץ 1934 והשתקעו בלקסינגטון, מסצ'וסטס, נסיעה קצרה מהרווארד. פיין הוסיפה את שם בעלה לשמה, ולבני הזוג פיין-גפושקין היו שלושה ילדים: אדוארד, קתרין ופיטר. בתה של פיין זוכרת אותה כ"תופרת בעלת השראה, סורגת יצירתית וקוראת רעבתנית". פיין ומשפחתה היו חברים בכנסייה האוניטריאנית הראשונה בלקסינגטון, שם ססיליה לימדה בבית הספר של יום ראשון. היא הייתה פעילה גם עם הקוויקרים.

במהלך שנות מלחמת העולם השנייה, העבודה במצפה הכוכבים כמעט נעצרה, אך פיין ובעלה המשיכו, ולעיתים קרובות לקחו את ילדיהם לעבודה. הם התגוררו בלקסינגטון, בעוד שבחווה קטנה שהייתה להם ליד טאונסנד, שכן סייע להם לגדל חזירים ועופות ולספק בשר וביצים לשווקים מקומיים.

היא נפטרה בביתה בקיימברידג', מסצ'וסטס, ב-7 בדצמבר 1979, בגיל 79. זמן קצר לפני מותה, הדפיסה פיין את האוטוביוגרפיה שלה באופן פרטי בשם "יד הצבע" (The Dyer's Hand). מאוחר יותר היא הודפסה מחדש בשם "ססיליה פיין-גפושקין: אוטוביוגרפיה וזיכרונות אחרים".

אחיה הצעיר של פיין, הארכאולוג המפרי פיין (1902–1936), שנישא לסופרת ומבקרת הקולנוע דיליס פאוול (Dilys Powell), הפך למנהל בית הספר הבריטי לארכאולוגיה באתונה, שם נפטר ב-1936, בגיל 34. נכדתה של פיין, ססיליה גפושקין, היא פרופסור להיסטוריה תרבותית של ימי הביניים המאוחרים והיסטוריה צרפתית בקולג' דארטמות', ניו המפשייר.

גם ילדיה של פיין-גפושקין הפכו למדענים כמו הוריהם. קתרין הרמונדניס (Katherine Haramundanis) ופיטר ג'ון ארתור גפושקין הפכו לאסטרונומים. אדוארד מייקל גפושקין הפך למדען מחשב וגאולוג.

כיבודים ופרסים

- נבחרה לחברה באגודה האסטרונומית המלכותית בעודה סטודנטית בקיימברידג' (1923)

- נכללה בין 250 מדענים שנוספו למהדורה הרביעית של "אמריקאים מדענים" (American Men of Science, 1927)

- זוכה ראשונה בפרס אנני ג' קאנון באסטרונומיה (1934)

- חברה בחברה הפילוסופית האמריקאית (1936)

- חברה באקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים (1943)

- קיבלה את פרס ההצטיינות ממכללת רדקליף (1952)

- זכתה במדליית ריטנהאוס מהאגודה האסטרונומית ריטנהאוס במכון פרנקלין (1961)

- מונתה לפרופסור אמריטה של אוניברסיטת הרווארד (1967)

- האסטרואיד 2039 פיין-גפושקין נקרא על שמה, התגלה ב-1974

- הרצאת הנרי נוריס ראסל של האגודה האסטרונומית האמריקאית (1976)

- מדליה ופרס ססיליה פיין-גפושקין של המכון לפיזיקה נקראו על שמה (2008)

- פרס הדוקטורט באסטרופיזיקה של האגודה האמריקאית לפיזיקה שונה לשמו: פרס ססיליה פיין-גפושקין לדוקטורט באסטרופיזיקה (2018)

- נקרא על שמה אחד הטלסקופים של ASAS-SN שהוצבו בדרום אפריקה

- תארים של כבוד מאוניברסיטת ראטגרס, מכללת וילסון, מכללת סמית', מכללת ווסטרן, מכללת קולבי, והמכללה הרפואית לנשים של פנסילבניה

- מכתש פיין-גפושקין (הר געש) על כוכב הלכת נוגה נקרא על שמה

- בשנת 2026, הציבה "מורשת אנגלית" (English Heritage) לוח כחול לכבודה ב-70 לאנסדאון רואד, לונדון, שם התגוררה בנעוריה.

ביבליוגרפיה נבחרת

ספרים אקדמיים שפורסמו:

- The Stars of High Luminosity. Harvard Observatory monographs; no. 3. New York; London: published for the Harvard Observatory by McGraw Hill. 1930. LCCN 30-34245. OCLC 3196276.

- Payne-Gaposchkin, Cecilia; Gaposchkin, Sergei (1938). Variable Stars. Harvard Observatory monographs; no. 5. Cambridge, Massachusetts: Harvard Observatory. LCCN 39-18855. OCLC 831947.

- Variable Stars & Galactic Structure. London: University of London; Athlone Press. 1954. LCCN 55-37995. OCLC 530546.

- Introduction to Astronomy. Prentice-Hall physics series. New York: Prentice-Hall. 1954. Bibcode:1954inas.book.....G. LCCN 54-10155. OCLC 416552.

- The Galactic Novae. Series in astrophysics. Amsterdam; New York: North-Holland; Interscience Publishers. 1957. LCCN 57-3656. OCLC 838013.

מאמרי מחקר משמעותיים:

- —— (1936), "On the Physical Condition of the Supernovae", Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 (6): 332–6, Bibcode:1936PNAS...22..332P, doi:10.1073/pnas.22.6.332, JSTOR 86556, PMC 1076773, PMID 16588077

- Whipple, F. L.; —— (1936), "On the Bright Line Spectrum of Nova Herculis", Proceedings of the National Academy of Sciences, 22 (4): 195–200, Bibcode:1936PNAS...22..195W, doi:10.1073/pnas.22.4.195, JSTOR 86718, PMC 1076741, PMID 16577695

- —— (1941), "Obituary – Annie Jump Cannon", Science, 93 (2419): 443–444, Bibcode:1941Sci....93..443P, doi:10.1126/science.93.2419.443, PMID 17820707, S2CID 42913492

- Payne-Gaposchkin, Cecilia (September 1, 1963). "Novae and Novalike Stars". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 1 (1): 145–148. Bibcode:1963ARA&A...1..145P. doi:10.1146/annurev.aa.01.090163.001045. ISSN 0066-4146.

- Payne-Gaposchkin, Cecilia (September 1, 1978). "The Development of our Knowledge of Variable Stars". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 16 (1): 1–13. Bibcode:1978ARA&A..16....1P. doi:10.1146/annurev.aa.16.090178.000245. ISSN 0066-4146.