Генриетта Левитт және жұлдыздық қашықтықты өлшеудегі жаңалықтары

Кіріспе

Американдық астроном (1868–1921)

Левитт Цефеидтердің период-жарықтық қатынасын (кейде Левитт заңы деп аталады) ашқанға дейін, астрономдар жұлдызға дейінгі қашықтықты өлшеу үшін тек жұлдыздық параллакс әдісін қолданды. Мұндай әдістерді тек бірнеше жүз жарық жылына дейінгі қашықтықты өлшеуге болады. Левиттің маңызды түсінігі – ешкімге Кіші Магеллан Бұлтының қашықтығы белгілі болмаса да, оның барлық жұлдыздары шамамен Жерден бірдей қашықтықта болуы керек еді. Сондықтан ол ондағы белгілі бір айнымалы жұлдыздардың (Цефеидтердің) периоды мен олардың көрінетін жарықтығы арасындағы қатынасты тапты, бұл олардың абсолютті жарықтығындағы байланысты көрсетті. Бұл қатынас, жақын маңдағы сол типтегі жұлдызға дейінгі қашықтықты параллакс арқылы өлшеу арқылы калибрленгеннен кейін, әлдеқайда үлкен ауқымда қолданылатын өлшем құралына айналды. Ол XVII ғасырдың басында Массачусетс шығанағының колониясына қоныс аударған ағылшын пуритан тігіншісі Дикон Джон Левиттің ұрпағы болды. (Массачусетс штатының ерте жазбаларында отбасының тегі "Левет" деп жазылған.) Генриетта Левитт өмірі бойы дінге берілген және шіркеуіне адал болды. Левитт екі жыл Оберлин колледжінде оқыды, содан кейін Гарвард университетінің Әйелдерді колледждік оқыту қоғамына (кейін Рэдклифф колледжі) ауысты, онда 1892 жылы бакалавр дәрежесін алды. Оберлин мен Гарвардта Левитт латын және классикалық грек тілдері, бейнелеу өнері, философия, аналитикалық геометрия және есептеу кіріспесін қамтитын кеңінен таралған оқу бағдарламасын оқыды. Левитт колледждің төртінші курсына келгенде ғана астрономия курсын алды, онда А− бағасын алды. Левитт сонымен қатар Гарвард колледжінің обсерваториясындағы "компьютерлердің" бірі ретінде ерікті көмекші болып жұмыс істеді. 1902 жылы обсерватория директоры Эдвард Чарльз Пикеринг оны обсерваторияның фотопластинкалар жинағындағы жұлдыздардың жарықтығын өлшеуге және каталогтауға алды. (ХХ ғасырдың басында әйелдерге телескоптарды пайдалануға рұқсат берілмеген, бірақ ғылыми деректер фотопластинкаларда сақталған.) 1893 жылы Левитт Гарвард колледжінің обсерваториясындағы жұмысы үшін астрономия бойынша аспирантураға қабылданды, бірақ созылмалы ауруына байланысты бұл дәрежесін аяқтамады. 1898 жылы ол Гарвард қызметкері болды. Левитт обсерваториядан екі рет Еуропаға сапар шекті және Висконсин штатындағы Белоит колледжінде суретшінің ассистенті болып жұмыс істеді. Осы кезде ол есту қабілетін бірте-бірте жоғалтатын ауруға шалдықты.

Before Leavitt discovered the period luminosity relationship for Cepheid variables (sometimes referred to as Leavitt's Law), the only techniques available to astronomers for measuring the distance to a star were based on stellar parallax. Such techniques can only be used for measuring distances out to several hundred light years. Leavitt's great insight was that while no one knew the distance to the Small Magellanic Cloud, all its stars must be roughly the same distance from Earth. Therefore, a relationship she discovered in it, between the period of certain variable stars (Cepheids) and their apparent brightness, reflected a relationship in their absolute brightness. Once calibrated by measuring, via parallax, the distance to a nearby star of the same type. Her discovery became a measuring stick with vastly greater reach. She was a descendant of Deacon John Leavitt, an English Puritan tailor, who settled in the Massachusetts Bay Colony in the early seventeenth century. (In the early Massachusetts records the family name was spelled "Levett".) Henrietta Leavitt remained deeply religious and committed to her church throughout her life. Leavitt attended Oberlin College for two years before transferring to Harvard University's Society for the Collegiate Instruction of Women (later Radcliffe College), where she received a bachelor degree in 1892. At Oberlin and Harvard, Leavitt studied a broad curriculum that included Latin and classical Greek, fine arts, philosophy, analytic geometry, and calculus. It wasn't until her fourth year of college that Leavitt took a course in astronomy, in which she earned an A−. Leavitt also began working as volunteer assistant, one of the "computers" at the Harvard College Observatory. In 1902, she was hired by the director of the observatory, Edward Charles Pickering, to measure and catalog the brightness of stars as they appeared in the observatory's photographic plate collection. (In the early 1900s, women were not allowed to operate telescopes, but the scientific data were on the photographic plates.) In 1893, Leavitt obtained credits toward a graduate degree in astronomy for her work at the Harvard College Observatory, but due to chronic illness, she never completed that degree. In 1898, she became a member of the Harvard staff. Leavitt left the observatory to make two trips to Europe and completed a stint as an art assistant at Beloit College in Wisconsin. At this time, she contracted an illness that led to progressive hearing loss.

Астрономиялық мансап

1912 жылы жарияланған мақаласында Левитт Ұлы Магеллан бұлтындағы 25 Цефеид айнымалы жұлдызының үлгісіндегі кезеңдер мен жарқырақтығы арасындағы байланысты зерттеді. Мақала Эдвард Пикерингпен жіберілді және қол қойылды, бірақ алғашқы сөйлемде оның «Мисс Левитт дайындаған» екені көрсетілген. Генриетта Дельта Цефеус астрономдар көптен іздеген «стандартты шам» екенін тапты. Ол Кіші Магеллан бұлтындағы бес күндік цефеид айнымалысының біздің бес күндік Дельта Цефеусымыздан он мыңнан бір бөлігіне тең жарқырақты екенін анықтады. Кері квадрат заңы арқылы ол Кіші Магеллан бұлтының Дельта Цефеустан 100 есе қашықта екенін есептеп, басқа галактикаға дейінгі қашықтықты есептеудің жолын тапты. Левитт сонымен қатар фото өлшемдер үшін Гарвард стандартын – 17 шамадан жоғары жарқырақтығы бойынша жұлдыздарды реттейтін логарифмдік шкаланы әзірледі және жетілдіре берді. Ол бастапқыда 13 телескоптан алынған 299 пластинаны талдап, өз шкаласын құрастырды, ол 1913 жылы Халықаралық фото өлшемдер комитетімен қабылданды. 1913 жылы Левитт Т Пиксидиді – Пиксис шоқжұлдызындағы қайталамалы жаңа жұлдызды және аспандағы ең жиі қайталамалы жаңа жұлдыздардың бірін ашты, оның жарқырауы 1890, 1902, 1920, 1944, 1967 және 2011 жылдары байқалды. Левитт Phi Beta Kappa, Американдық әйелдер университетінің қауымдастығы, Американдық астрономия және астрофизика қоғамы, Америка ғылымын дамыту қауымдастығының мүшесі және Америка өзгермелі жұлдызды бақылаушылар қауымдастығының құрметті мүшесі болды. 1921 жылы Харлоу Шапли обсерватория директоры болып тағайындалғанда, Левитт жұлдыздық фотометрия бөлімінің басшысы болды. Ол сол жылдың соңында рактан қайтыс болды. Цефеидтер үшін кезең-жарықтылық қатынасы, қазір «Левитт заңы» деп аталады, осы жұлдыздарды астрономиядағы алғашқы «стандартты шамға» айналдырып, ғалымдарға жұлдыздық параллакс бақылаулары үшін тым алыс жұлдыздарға дейінгі қашықтықты есептеуге мүмкіндік берді. Левитт нәтижелерін жариялағаннан кейін бір жыл өткен соң, Эйнар Герцспрунг Көктемдегі бірнеше Цефеидтердің қашықтығын анықтады; осы калибрлеу арқылы кез келген Цефеидке дейінгі қашықтықты дәл анықтауға болады. Цефеидтер тез арада Андромеда сияқты басқа галактикаларда да табылды (әсіресе Эдвин Хаббл 1923–24 жылдары), және олар «спиральді тұмандықтардың» Көктемдегі алысқа орналасқан тәуелсіз галактикалар екендігіне дәлелдің маңызды бөлігіне айналды. Осылайша, Левитттің ашылуы адамзаттың ғалам туралы түсінігін мәңгілікке өзгертіп, Харлоу Шаплиді «Ұлы пікірталас» кезінде Күнді галактика ортасынан жылжыруға, ал Эдвин Хабблді Көктемді ғалам ортасынан жылжыруға итермеледі. Левитттің галактикааралық масштабта қашықтықты өлшеудің дәл әдісін ашқаны, ғаламның құрылымын және масштабын түсінудегі қазіргі астрономияға жол ашты. Швеция ғылым академиясының мүшесі, математик Гёста Миттаг Леффлер 1925 жылы оны сол жүлдеге ұсынуға тырысты, бірақ ол үш жыл бұрын рактан қайтыс болғанын білді.

In a 1912 paper, Leavitt examined the relationship between the periods and the brightness of a sample of 25 of the Cepheids variables in the Small Magellanic Cloud. The paper was communicated and signed by Edward Pickering, but the first sentence indicates that it was "prepared by Miss Leavitt". Henrietta found that Delta Cepheus was the "standard candle" that had long been sought by astronomers. A similar five day cepheid variable in the Small Magellanic cloud she found to be about one ten thousandth as bright as our five day Delta Cepheus. Using the inverse square law, she calculated that the Small Magellanic cloud was 100 times as far away as Delta Cepheus, thus having discovered a way to calculate the distance to another galaxy. Leavitt also developed, and continued to refine, the Harvard Standard for photographic measurements, a logarithmic scale that orders stars by brightness greater than 17 magnitudes. She initially analyzed 299 plates from 13 telescopes to construct her scale, which was accepted by the International Committee of Photographic Magnitudes in 1913. In 1913, Leavitt discovered T Pyxidis, a recurrent nova in the constellation Pyxis, and one of the most frequent recurrent novae in the sky, with eruptions observed in 1890, 1902, 1920, 1944, 1967, and 2011. Leavitt was a member of Phi Beta Kappa, the American Association of University Women, the American Astronomical and Astrophysical Society, the American Association for the Advancement of Science, and an honorary member of the American Association of Variable Star Observers. In 1921, when Harlow Shapley took over as director of the observatory, Leavitt was made head of stellar photometry. By the end of that year she had died from cancer. The period–luminosity relationship for Cepheids, now known as "Leavitt's law", made the stars the first "standard candle" in astronomy, allowing scientists to compute the distances to stars too remote for stellar parallax observations to be useful. One year after Leavitt reported her results, Ejnar Hertzsprung determined the distance of several Cepheids in the Milky Way; with this calibration, the distance to any Cepheid could be determined accurately. Cepheids were soon detected in other galaxies, such as Andromeda (notably by Edwin Hubble in 1923–24), and they became an important part of the evidence that "spiral nebulae" are independent galaxies located far outside of the Milky Way. Thus, Leavitt's discovery would forever change humanity's picture of the universe, as it prompted Harlow Shapley to move the Sun from the center of the galaxy in the "Great Debate" and Edwin Hubble to move the Milky Way galaxy from the center of the universe. Leavitt's discovery of an accurate way to measure distances on an inter galactic scale, paved the way for modern astronomy's understanding of the structure and scale of the universe. Mathematician Gösta Mittag Leffler, a member of the Swedish Academy of Sciences, tried to nominate her for that prize in 1925, only to learn that she had died of cancer three years earlier.

Ауру және өлім

Гарвардтағы Левиттің ғылыми жұмысы ауру мен отбасылық міндеттерімен жиі тоқтатылып тұрды. 53 жасында асқазан рагынан ерте қайтыс болуы оның әріптестері үшін ғылыми жетістіктерінен асып түсетін себептермен трагедия ретінде қабылдалды. Оның әріптесі Солон И. Бейли Левитттің некрологында: "Ол басқалардағы құнды және сүйкімді нәрсені бағалайтын бақытты, қуанышты қабілетке ие болды, және оның мінезі күн сәулесімен толғандықтан, өмірдің өзі оған әдемі және мағыналы болып көрінді" деп жазды. Техас штатындағы Макдональд обсерваториясында орналасқан ASAS SN телескоптарының бірі оның құрметіне аталды.

Танымал мәдениетте

Джордж Джонсон 2005 жылы «Мисс Ливитттің жұлдыздары» атты өмірбаянын жазды, онда Левитттің тарихы арқылы ғылымдағы әйелдердің жетістіктері көрсетілген. Роберт Берли 2013 жылы «Көзге көрінбейтін Генриетта Левитт, алғашқы әйел астроном» атты өмірбаянын жазды, ол кітап жас оқырмандарға арналған. Ол 4-8 жастағы балалар үшін жазылған. Лорен Гандерсон 2015 жылы «Үнсіз аспан» атты пьеса жазды, ол Левитттің Гарвардқа қабылдануынан бастап өліміне дейінгі жолын баяндайды. Тео Страссель «Біздің алаңдататын істеріміз» атты пьеса жазды, бұл абсурдистік туынды Левитттің және оның дәуіріндегі басқа ғалымдардың өмірін егжей-тегжейлі көрсетеді. Дава Собельдің «Шыны әлемі» кітабы Гарвард колледжінің обсерваториясында жұлдыздардың суреттерін талдаған әйелдердің еңбегін қамтиды. BBC Левитті «Жоғалған генийлер» сериясына енгізді, бұл серия әлемге зор әсер еткен түрлі әлеуметтік топтардан шыққан тұлғаларды мақтан етуге арналған.