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Cecilia Helena Payne-Gaposchkin는 영국 태생의 미국 천문학자이자 천체물리학자로, 1925년 박사 논문에서 별이 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있다고 제안했습니다. 당시의 과학적 상식인 태양과 지구 사이에 유의미한 원소 차이가 없다는 주장과 모순되었기 때문에 그녀의 획기적인 결론은 처음에 거부되었습니다. 그러나 독립적인 관측을 통해 결국 그녀가 옳았음이 증명되었습니다.
초기 생애
Cecilia Helena Payne는 영국 Buckinghamshire의 Wendover에서 태어난 3명의 자녀 중 한 명으로, Emma Leonora Helena née Pertz와 런던 변호사이자 역사가, 음악가였던 Edward John Payne의 딸입니다. 그의 아버지는 Oxford의 펠로우였습니다. 그녀의 어머니는 프로이센 가문 출신이었으며, 역사가 Georg Heinrich Pertz와 Swedenborgian 작가 James John Garth Wilkinson이라는 두 명의 저명한 삼촌을 두었습니다. 그녀의 누나 Florence는 피아니스트였습니다. Cecilia Payne의 아버지는 그녀가 4세일 때 사망했으며, 어머니는 혼자 가족을 양육해야 했습니다.
Cecilia Payne는 Wendover의 Elizabeth Edwards가 운영하는 사립학교에서 학교를 다니기 시작했습니다. 12세일 때 그녀의 어머니는 나중에 고고학자가 된 형 Humfry의 교육을 위해 런던으로 이사했습니다. Cecilia는 St Mary's College, Paddington에 다녔으며, 여기서 수학과 과학을 많이 공부할 수 없었지만 1918년 St Paul's Girls' School로 전학했습니다. 그곳에서 학교에서 음악을 가르친 Gustav Holst는 음악 경력을 추구하도록 권유했지만, 그녀는 과학에 집중하기를 원했습니다. 그 다음 해 그녀는 Cambridge University의 Newnham College에 모든 경비를 지원하는 장학금을 획득했으며, 처음에는 식물학, 물리학, 화학을 공부했지만 1학년 후 식물학을 중단했습니다. 그녀의 천문학에 대한 관심은 Arthur Eddington이 Albert Einstein의 일반상대성이론을 검증하기 위해 아프리카 서해안 앞의 Guinea 만의 Príncipe 섬으로 가서 일식 근처의 별을 관측하고 촬영한 1919년 원정에 대한 강연을 들은 후 시작되었습니다. 그녀는 강연에 대해 다음과 같이 말했습니다. "그 결과 나의 세계상이 완전히 변형되었습니다. 나의 세계가 너무 흔들려서 신경쇠약과 매우 유사한 것을 경험했습니다." 그녀는 학위를 완료했지만, Cambridge가 1948년까지 여성에게 학위를 부여하지 않았기 때문에 학위를 받지 못했습니다.
Payne는 영국에서의 유일한 경력 선택지가 교사가 되는 것임을 깨달았고, 미국으로 이주할 수 있는 보조금을 찾았습니다. Harvard College Observatory의 이사인 Harlow Shapley에게 소개된 후, 그녀는 방금 천문학 대학원 프로그램을 설립한 곳으로, 1923년에 영국을 떠났습니다. 이는 여성들이 관측소에서 공부하도록 권장하는 펠로우십 덕분에 가능했습니다. Adelaide Ames는 1922년에 펠로우십의 첫 번째 학생이 되었으며, Payne은 두 번째였습니다.
박사 논문
Shapley는 Payne에게 박사 논문을 작성하도록 설득했으며, 1925년에 그녀는 Harvard University의 Radcliffe College에서 천문학 박사학위를 받은 첫 번째 사람이 되었습니다. 그녀의 논문 제목은 "Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars"였습니다.
Payne은 인도 물리학자 Meghnad Saha가 개발한 이온화 이론을 적용하여 별의 분광 분류를 그들의 실제 온도와 정확하게 연관시킬 수 있었습니다. 그녀는 별의 흡수선의 큰 변화가 서로 다른 원소의 양 때문이 아니라 서로 다른 온도에서의 서로 다른 양의 이온화 때문임을 보여주었습니다. 그녀는 태양의 스펙트럼에서 보이는 실리콘, 탄소 및 기타 일반적인 금속이 지구의 금속과 약 같은 상대적인 양으로 존재하며, 당시의 별들이 지구와 대략 같은 원소 구성을 가지고 있다는 당시의 일반적인 믿음과 일치함을 발견했습니다. 그러나 그녀는 헬륨과 특히 수소가 수소의 경우 약 백만 배 정도 훨씬 더 풍부함을 발견했습니다. 그녀의 논문은 수소가 별의 압도적 구성 요소이며 우주에서 가장 풍부한 원소임을 결론지었습니다(금속성 참조).
그러나 Payne의 논문이 검토되었을 때, 미국 물리학자 Henry Rowland의 이론을 고수하던 천문학자 Henry Norris Russell은 태양의 구성이 주로 수소라는 결론을 내리지 말도록 설득했습니다. 왜냐하면 그것이 태양과 지구의 원소 구성이 유사하다는 현재의 과학적 합의와 모순되기 때문입니다. 1914년에 그는 학술 기사에 다음과 같이 썼습니다:
태양과 지구 목록의 일치는 Rowland의 의견을 매우 강력하게 확인하는 것이며, 만약 지구의 지각이 태양 대기의 온도로 올라간다면 매우 유사한 흡수 스펙트럼을 제공할 것입니다. 태양과 다른 별들의 스펙트럼이 유사했으므로, 우주의 원소의 상대적 풍부도가 지구 지각과 같은 것으로 보였습니다.
태양과 지구 목록의 일치는 Rowland의 의견을 매우 강력하게 확인하는 것이며, 만약 지구의 지각이 태양 대기의 온도로 올라간다면 매우 유사한 흡수 스펙트럼을 제공할 것입니다. 태양과 다른 별들의 스펙트럼이 유사했으므로, 우주의 원소의 상대적 풍부도가 지구 지각과 같은 것으로 보였습니다.
Payne은 결과적으로 그녀의 결과를 "가짜"라고 설명했습니다. 몇 년 후, 천문학자 Otto Struve는 그녀의 작업을 "천문학에서 작성된 가장 뛰어난 박사 논문"이라고 설명했습니다. Russell은 또한 다른 방법으로 같은 결과를 도출했을 때 그녀가 맞았음을 깨달았습니다. 1929년에 그는 Payne의 이전 작업과 발견을 감탄하며 인정하는 논문을 발표했습니다. 그럼에도 불구하고, 그는 종종 그녀가 도달한 결론으로 인정을 받고 있습니다.
경력
박사 학위 후, Payne은 은하수의 구조를 이해하기 위해 고광도 별들을 연구했습니다. 나중에 그녀는 10등급보다 밝은 모든 별들을 조사했습니다. 그 후 그녀는 변광성을 연구하여 그녀의 조수들과 함께 1,250,000회 이상의 관측을 수행했습니다. 이 작업은 나중에 Magellanic Clouds로 확대되어 변광성의 2,000,000회 이상의 관측을 추가했습니다. 이 데이터는 별 진화의 경로를 결정하는 데 사용되었습니다. 그녀는 그녀의 두 번째 책인 "The Stars of High Luminosity"(1930)에서 그녀의 결론을 발표했습니다. 남편 Sergei Gaposchkin과 함께 수행한 변광성의 관측과 분석은 이러한 객체에 대한 모든 후속 작업의 기초를 마련했습니다.
Payne-Gaposchkin는 생애 내내 과학적으로 활동적으로 남았으며, Harvard에서 전체 학업 경력을 보냈습니다. 그녀가 시작했을 때, 여성들은 Harvard에서 교수가 되는 것이 금지되었으므로, 그녀는 명성이 낮고 급여가 적은 연구 직책에서 여러 해를 보냈습니다. 그럼에도 불구하고, 그녀의 작업은 "The Stars of High Luminosity"(1930), "Variable Stars"(1938), "Variable Stars and Galactic Structure"(1954)를 포함한 여러 출판된 책을 초래했습니다. Shapley는 그녀의 지위를 개선하기 위해 노력했으며, 1938년에 그녀는 "Astronomer"라는 직책을 받았습니다. Payne의 요청에 따라, 그녀의 직책은 나중에 Phillips Astronomer로 변경되었습니다. 그녀는 1943년 미국 예술과학 아카데미의 펠로우로 선출되었습니다. 그녀의 과정은 1945년까지 Harvard University 카탈로그에 기록되지 않았습니다.
Donald Menzel이 1954년 Harvard College Observatory의 이사가 되었을 때, 그는 그녀의 임명을 개선하려고 노력했으며, 1956년에 그녀는 Harvard의 Arts and Sciences Faculty 내에서 처음으로 여성으로서 정교수로 승진했습니다. 나중에 천문학과 의장직 임명으로, 그녀는 또한 Harvard에서 학과를 이끈 첫 번째 여성이 되었습니다.
그녀의 제자들은 Helen Sawyer Hogg, Joseph Ashbrook, Frank Drake, Harlan Smith, Paul W. Hodge로 모두 천문학에 중요한 기여를 했습니다. 그녀는 또한 나중에 게이 인권 옹호자가 된 Frank Kameny를 감독했습니다.
Payne-Gaposchkin는 1966년에 적극적인 교육에서 은퇴했으며, 그 후 Harvard의 명예교수로 임명되었습니다. 그녀는 Smithsonian Astrophysical Observatory의 직원으로서 계속 연구를 진행했으며, 20년 동안 Harvard Observatory에서 출판한 저널과 책을 편집했습니다.
유산
Payne의 경력은 Harvard College Observatory의 전환점을 표시했습니다. Harlow Shapley와 Payne-Gaposchkin이 멘토로 설명한 Dr E. J. Sheridan의 지도 아래, 관측소는 이미 다른 기관보다 천문학에서 여성들에게 더 많은 기회를 제공했으며, 세기 초에 Williamina Fleming, Antonia Maury, Annie Jump Cannon, Henrietta Swan Leavitt가 주목할 만한 성과를 이루었습니다. 그러나 Payne의 박사 학위로 여성들은 주류에 들어섰습니다.
그녀가 개척한 남성 중심의 과학 공동체로의 길은 많은 사람들에게 영감을 주었습니다. 예를 들어, 그녀는 천체물리학자 Joan Feynman의 역할 모델이 되었습니다. Feynman의 어머니와 할머니는 여성이 과학적 개념을 이해할 수 없다고 믿었기 때문에 그녀가 과학을 추구하지 말도록 권고했습니다. Feynman은 나중에 천문학 교과서에서 그녀의 일부를 접했을 때 Payne-Gaposchkin에게 영감을 받았습니다. 이러한 방식으로 Payne-Gaposchkin의 연구가 출판된 것을 본 것은 Feynman이 실제로 그녀의 과학적 열정을 따를 수 있다는 것을 확신시켰습니다.
미국 천문학회에서 Henry Norris Russell Prize를 받아들이면서, Payne은 연구에 대한 평생의 열정에 대해 말했습니다. "젊은 과학자의 보상은 세상의 역사에서 처음으로 무언가를 보거나 이해하는 사람이 되는 감정적인 설렘입니다. 그 경험과 비교할 수 있는 것은 없습니다. 나이 든 과학자의 보상은 막연한 스케치가 뛰어난 풍경으로 자라나는 것을 본 감각입니다."
개인 생활
자신의 자서전에서 Payne은 학교 다닐 때 기도의 효능에 대한 실험을 만들었으며, 시험을 두 그룹으로 나누어 한 그룹에서만 성공을 위해 기도했고, 다른 하나는 대조군이었습니다. 그녀는 후자의 그룹에서 더 높은 점수를 얻었습니다. 나중에 그녀는 불가지론자가 되었습니다.
1931년에 Payne은 미국 시민이 되었습니다. 1933년 유럽 투어에서 그녀는 독일에서 러시아 태생의 천체물리학자 Sergei I. Gaposchkin을 만났습니다. 그녀는 그를 미국 비자를 받도록 도왔으며, 그들은 1934년 3월에 결혼하여 Harvard에서 가까운 Massachusetts의 역사적인 도시인 Lexington에 정착했습니다. Payne은 남편의 이름을 자신의 이름에 추가했으며, Payne-Gaposchkins는 Edward, Katherine, Peter 세 명의 자녀를 두었습니다. Payne의 딸은 그녀를 "영감받은 재봉사, 독창적인 뜨개질 선수, 탐욕스러운 독서가"로 기억합니다. Payne과 그녀의 가족은 Lexington의 First Unitarian Church의 회원이었으며, Cecilia는 주일학교를 가르쳤습니다. 그녀는 또한 Quakers와 활동적으로 활동했습니다. 그녀는 1979년 12월 7일 Massachusetts의 Cambridge의 자택에서 사망했습니다. 사망하기 직전에 Payne은 자신의 자서전을 "The Dyer's Hand"로 비공개 인쇄했습니다. 나중에 "Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections"로 재인쇄되었습니다.
Payne의 남동생 Humfry Payne (1902–1936)은 저자이자 영화 평론가 Dilys Powell과 결혼하여 Athens의 British School of Archaeology의 이사가 되었습니다. Payne의 손녀 Cecilia Gaposchkin은 Dartmouth College에서 중세 말 문화사와 프랑스 역사 교수입니다.
명예와 상
- Cambridge 학생으로 재직 중 Royal Astronomical Society의 선출된 회원 1923
- Annie J. Cannon Astronomy Award 1934 – 첫 번째 수상자
- American Philosophical Society의 회원 1936
- American Academy of Arts and Sciences의 회원 1943
- Radcliffe College Award of Merit 1952
- Franklin Institute의 Rittenhouse Astronomical Society에서 Rittenhouse Medal 1961
- Harvard University 명예교수 1967
- 미국 천문학회의 Henry Norris Russell Lectureship 1976
- 미국 물리학회의 박사 논문상, 천체물리학에서 Cecilia Payne-Gaposchkin 박사 논문상으로 개명됨 2018
- Rutgers University, Wilson College, Smith College, Western College, Colby College, Pennsylvania의 Women's Medical College의 명예 학위
- 소행성 2039 Payne-Gaposchkin이 그녀의 이름으로 명명됨
- Venus의 Payne-Gaposchkin Patera 화산이 그녀의 이름으로 명명됨
- 남아프리카에 배치된 ASAS-SN 망원경 중 하나가 그녀의 이름으로 명명됨
- 2008년에 그녀를 기념하여 명명된 물리학 연구소 Cecilia Payne-Gaposchkin 메달과 상
선집 참고문헌
출판된 학술서:
