Знімки з телескопа Hubble, вимірювання відстаней до віддалених зір, радіоастрономічні спостереження — все це було б неможливим без відкриттів, зроблених героїнями цієї оповіді.
Генрієтта Свон Лівітт
Генрієтта Свон-Лівітт завдяки копіткій праці з дослідження змінних зір запропонувала метод вимірювання відстаней до далеких світил.
Відкриття Лівітт привело до розуміння сучасною астрономією структури та розміру Всесвіту. Завдяки її новаторським дослідженням стали можливими досягнення Едвіна Габбла, який знайшов відстань до найближчої галактики та встановив, що Всесвіт розширюється. Річ у тім, що до 1920-х років астрономи вважали, що Всесвіт обмежується тільки нашою Галактикою.
Але у 1923–1924 роках Едвін Габбл, вимірявши відстані до кількох цефеїд у галактиці Туманність Андромеди, методом, розробленим Генрієттою Свон-Лівіт, зрозумів, що вони розташовані набагато далі, й що Туманність Андромеди — це окрема галактика, зоряна система, яка перебуває за межами Чумацького Шляху. Вирахувана ним відстань дорівнювала 900 000 світлових років.
Генрієтта Свон-Лівітт народилася 1868 року, здобула освіту в Оберлін-коледжі та в Гарвардському коледжі Редкліффа. Після закінчення навчання влаштувалася на роботу в Гарвардську обсерваторію, де отримала посаду асистента у професора астрономії Едуарда Чарлза Пікерінга. Разом із десятком інших жінок займалася аналізом фотопластинок — каталогізувала зорі та зазначала, як змінювалась їхня яскравість.
Лівітт та її колег гарвардські вчені жартома назвали «гарем Пікерінга». Працюючи над фотографічними пластинками знімків Магелланових хмар, отриманими в Арекіпській обсерваторії в Перу, вона відкрила 2400 змінних зір. Свій перший каталог із 1777 змінних зір опублікувала в 1908 році.
Вивчення цефеїд привело її до відкриття залежності між періодом зміни блиску і світності зорі, що згодом стало методом, завдяки якому астрономи змогли вимірювати відстані до світил у нашій Галактиці та за її межами. Лівітт звернула увагу, що світність цефеїд змінюється з чіткою періодичністю, це підштовхнуло її створити шкалу відстаней за допомогою співвідношення періоду зміни їхнього блиску і світності, що дозволило вченим обчислювати відстані до далеких зір, до яких із-за надто великих відстаней не може бути застосований зоряний паралакс. Це співвідношення назване на її честь — «закон Лівітт».
Спільно з Пікерінгом вона розробила стандарт фотографічних вимірювань блиску світил, який отримав міжнародне визнання у 1913 році й називався «Гарвардський стандарт».
Через рік після того, як Лівітт повідомила про свої результати, Ейнар Герцшпрунг визначив відстань до кількох цефеїд у Чумацькому Шляху і підтвердив, що за допомогою цього калібрування можна точно визначити відстані до будь-яких зір.
Пропрацювавши до кінця життя в обсерваторії Гарвардського університету, Генрієтта Свон-Лівітт померла 1921 року. Едвін Габбл часто говорив, що Лівітт заслужила Нобелівську премію за свою роботу. Математик Міттаг-Леффлер, член Шведської академії наук, намагався висунути її на цю премію у 1925 році, але дізнався, що вона померла трьома роками раніше. На честь науковиці названий астероїд (5383) Лівітт та кратер на Місяці.
Рубі Вайолет Пейн-Скотт
Рубі Вайолет Пейн-Скотт: піонерка радіофізики та радіоастрономії, перша жінка-радіоастрономка. Вона зауважила, що Сонце випромінює як світло, так і потужні потоки електромагнітних хвиль, які невидимі, але їх можна почути, та першою спостерігала радіовипромінювання, що йде від сонячних плям та сонячної корони.
Народилась і виросла в Австралії. З юності вміла так налаштувати радіо, щоб почути навіть найслабший сигнал. Закінчивши школу в 1926-му, вона виграла дві стипендії для здобуття вищої освіти в Сіднейському університеті, вивчала там фізику, хімію, математику та ботаніку. Після закінчення продовжила займатися наукою. Спочатку вивчала вплив магнітного поля Землі на живі організми та зв’язок радіації з онкологічними захворюваннями. Потім деякий час працювала в компанії, яка виробляла електроніку — каталогізувала та калібрувала обладнання для радіотехніків. Після цього перейшла в Організацію наукових та промислових досліджень австралійського уряду.
Під час Другої світової війни Рубі займалася секретною роботою з дослідження радіолокаційних технологій, які могли б відстежувати наближення японських винищувачів.
Весь час вона була на прицілі у контррозвідки як членкиня комуністичної партії та феміністка. Колеги називали її Red Ruby — Червоний Рубін.
Після війни лабораторія радіофізики перейшла від розробки радіолокаційних систем до застосування їх для наукових досліджень. Досвід Пейн-Скотт як фізика, виявився корисним і вирізняв її серед колег-інженерів, які не мали формальної освіти в цій галузі. У жовтні 1945 року Пейн-Скотт разом із колегами встановила зв’язок між потоком радіовипромінювання й активністю утворення плям на Сонці. Висновки своїх досліджень вони опублікували в лютому 1946 року в журналі «Nature». У грудні 1945 року Рубі Пейн-Скотт підготувала доповідь з підсумком своїх спостережень, проведених в лабораторії, та запропонувала майбутні напрями досліджень.
У лютому 1946 року Пейн-Скотт із колегами, здійснила перший експеримент з використання радіоінтерферометрії для астрономічних спостережень. Результати їхньої роботи підтвердили, що інтенсивне радіовипромінювання походить від сонячних плям й існує ще випромінювання сонячної корони в метровому діапазоні. Дослідження Рубі були зосереджені на шумі сонячного вітру та його зв’язку з активністю сонячних плям.
У повоєнні роки науковиця зосередилася на дослідженні радіовипромінювання від Сонця і виявила спалахи різних типів. У межах цього дослідження Рубі розробила і побудувала інтерферометр, за допомогою якого можна було робити карти потужності випромінювання й поляризації Сонця щосекунди, та відбувався запис на відеокамеру викидів корональної маси Сонця.
У 1944 році Рубі таємно вийшла заміж, бо в той час закон Австралії забороняв заміжнім жінкам мати постійну посаду на державній службі. Врешті-решт обман розкрився, і Рубі, попри її протести, вивели за штат. У 1951 році перед народженням дитини вона звільнилася.
У серпні 1952-го Рубі ненадовго повернулася до радіоастрономії, взявши участь у 10-х загальних зборах Міжнародного союзу радіології в Сіднейському університеті. Після цього більше в науку вона не повернулася.
Ненсі Грейс Роман
Ненсі Грейс Роман: одна з перших жінок-керівниць NASA. ЇЇ називали «матір’ю Габбла» за головну роль у розробці цього космічного телескопа.
Фото: Wikipedia
Ненсі з дитинства захоплювалася астрономією.Коли їй виповнилося одинадцять років, вона навіть створила астрономічний клуб серед однокласників. Вони збиралися раз на тиждень і читали книги про Всесвіт. Вже у старших класах школи Роман знала, що хоче стати науковицею та займатися астрономією.
У 1950-ті, уже ставши докторкою наук та зробивши одне відкриття, знайшовши зміни у спектрі випромінювання зорі AG Дракона, вона була змушена піти з університету Чикаго, коли зрозуміла, що не зможе будувати кар’єру в науці через свою стать. Для тогочасних жінок було неабияк складно отримати роботу на дослідницьких посадах університету. І Ненсі перейшла працювати у Військово-морську дослідницьку лабораторію. Тут її оточували не лише вчені, а й інженери, з якими вона навчилася знаходити спільну мову. Згодом це вміння дуже знадобилося, коли вона стала керівницею відділу NASA.
Одного разу на відкритій лекції відомого фізика до Ненсі підійшла людина зі щойно створеного NASA і запитала, чи не знає вона когось, хто міг би очолити в агенції програму з космічної астрономії. Ненсі вирішила, що їй самій треба подати заяву, і в 1959 році її затвердили на цю посаду. Ненсі Роман стала першою начальницею відділу астрономії в NASA і першою жінкою, призначеною на керівну посаду в космічну агенцію. У межах своєї діяльності вона подорожувала країною, виступала на факультетах астрономії, дізнавалася, чого хочуть інші астрономи, й розповідала про переваги спостережень із космосу.
За період роботи в NASA Роман розробляла бюджет різних космічних програм та організовувала для участі в них вчених. Брала участь у запуску трьох орбітальних сонячних обсерваторій та трьох малих астрономічних супутників. Ці супутники використовували ультрафіолетові та рентгенівські технології для спостереження за Сонцем та іншими об’єктами космосу. До її запусків належать і чотири геодезичні супутники.
Ненсі Роман керувала проєктами виведення на орбіту телескопів, які здійснювали спостереження в ультрафіолетовому спектрі. Побудувати космічну обсерваторію, яка б спостерігала астрономічні об’єкти у видимому діапазоні довжин хвиль, було складніше. Вона витрачала багато сил на те, щоб знайти фінансування для цього проєкту, бо він був занадто дорогим. Якось сенатор запитав її, чому американські платники податків повинні платити за такий дорогий телескоп. Ненсі пояснила: необхідна сума — це якби всі мешканці Америки один раз сходили у кіно. За це вони отримають 15 років захопливих відкриттів.
Космічний телескоп Hubble проєктували та будували 12 років, і вивели на орбіту, коли Ненсі вже вийшла на пенсію. Він дозволив зробити проривні відкриття в астрономії і став одним із найвідоміших апаратів, запущених на орбіту. За роки роботи на навколоземній орбіті Hubble отримав 700 тис. зображень 22 тис. небесних об’єктів: зір, туманностей, галактик, планет.
Потік даних, які він щоденно генерує в процесі спостережень, становить близько 15 Гб. Загальний їхній обсяг, накопичений за весь час роботи телескопа, перевищує 20 терабайтів. Весь світ захоплювався знімками різних космічних об’єктів, отриманих за допомогою Hubble. Близько 4000 астрономів дістали можливість застосовувати його для спостережень, опубліковано понад 4000 статей у наукових журналах.
Наразі NASA готує до запуску новий інфрачервоний космічний телескоп. Він вийде на орбіту в 2027 році й називатиметься на честь Ненсі Грейс Роман.
У космічних дослідженнях важлива як деталізація знімків, так і їхня масштабність. Телескопи на кшталт Hubble або James Webb мають надзвичайну чутливість, що дозволяє докладно розглядати дуже віддалені об’єкти. Roman дозволить розглядати масштабне панорамне «полотно», він буде сконструйований із набагато більшим полем зору.
На зображенні видно, як за масштабом зйомки відрізнятимуться можливості Roman та Hubble. Телескоп буде застосовуватися для розв’язання завдань на кшталт підрахунку числа екзопланет в окремо взятій галактиці, спостережень за розподілом галактик для вивчення темної матерії. Однією з переваг Roman буде те, що, окрім великого поля огляду, він зможе робити знімки дуже швидко, у 1000 разів швидше, ніж Hubble. За даними Центру Годдарда, Roman робитиме близько 100 тис. знімків на рік.
Віра Рубін
Віра Рубін: підтвердила існування темної матерії. Вивчаючи криві обертання галактик, вона виявила розбіжності між передбачуваним круговим рухом галактик і рухом, що спостерігався. Цей факт став одним з основних свідчень на користь існування темної матерії.
Ми можемо дивитися на дивовижні знімки космічних об’єктів, зроблені за допомогою різних телескопів, але більшу частину Всесвіту ми не бачимо. І це не через далекі відстані, а через те, що вся видима матерія становить лише близько 5% Всесвіту, 68%, від всього видимого Всесвіту займає темна енергія, ще приблизно 27% — темна матерія. Про її існування астрономи здогадувалися ще у 1930-ті роки, але довести існування цієї дивної речовини допомогли спостереження, зроблені у 1970-ті Верою Рубін.
Гіпотеза про існування темної матерії була висловлена в 1933 році американським астрофізиком Фріцем Цвіккі. Так він охрестив речовину невідомої природи, яка захована від оптичних спостережень у далекому космосі та виявляє своє існування виключно власним тяжінням, що впливає на структуру галактик.
Цвіккі не був оригінальним у вигадуванні нового терміна в астрономії. Вперше словосполучення «темна матерія» у такому ж розумінні вжив шведський астроном Кнут Еміль Лундмарк у 1930 році, а ще через рік використав його колега з Нідерландів, класик галактичної астрономії Ян Хендрік Оорт. Однак тоді ніхто не звернув увагу на цей термін і робота Цвіккі не викликала особливого інтересу.
Аж до 70-х років минулого століття існування матерії, що не світиться у Всесвіті, було лише гарним припущенням. Але часи змінювалися, збільшувався масив астрономічних даних і суто теоретичне припущення почало підтверджуватися. Першою, хто почав це досліджувати, була Віра Рубін. Вона звернула увагу, що орбітальні швидкості деяких зоряних скупчень суперечать законам фізики, й зробила висновок, що на них впливають якісь невидимі, але потужні джерела гравітації.
У 1965 році Рубін почала працювати у відділенні земного магнетизму Інституту Карнегі, де молодий співробітник Кент Форд нещодавно зробив високоточний спектрограф, який дозволяв вивчати далекі об’єкти, набагато слабші, ніж були під силу інструментам того часу. Рубін і Форд вирішили дослідити, з якими швидкостями рухаються зорі в галактиках на різних відстанях від центру, і вибрали для спостережень найближчу до Чумацького Шляху спіральну галактику Туманність Андромеди.
Спираючись на ньютонівську теорію тяжіння, вчені припускали, що в таких галактиках більш далекі від центру світила мають рухатися повільніше. Але, на свій подив, астрономи переконалися, що насправді це не так: далекі зорі рухаються так само швидко, як і ті, що розташовані ближче до центру.
До кінця 1970-х років Рубін та її колеги досліджували вже десятки подібних галактик і дійшли до таких самих висновків. Це означало, що зорі в галактиках утримувалися ще чимось, крім видимої речовини, що можна спостерігати в телескоп. Аналіз руху світил показав, що більшість спіральних галактик занурені у сфероїдальне гало темної матерії, яке ніяк не видає себе в оптичному діапазоні, а в 5–10 разів масивніше, ніж видима речовина галактик, і простягається набагато ширше, ніж видима частина галактики.
У ті роки до висновків Рубін у науковому світі поставилися обережно, бо вони суперечили законам Ньютона. Однак пізніше, підтверджене багаторазово спостереженнями, її відкриття отримало загальне визнання у науковому світі.
Упродовж своєї наукової кар’єри вона неодноразово стикалася з ворожістю з боку колег-чоловіків. Хоча їй дуже пощастило з викладачем математики, про якого вона згадувала як найкращого наставника своїх шкільних років. А ось її стосунки з учителем фізики не склалися настільки, що той у прощальній розмові відкритим текстом заявив, що в жодному разі не рекомендує їй займатися наукою.
Пізніше їй відмовили у вивченні курсу астрономії у Принстоні, а також у проведенні спостережень на телескопі Гейла, куди жінки не допускалися до середини 1960-х років. Попри це, Рубін залишалася зосередженою на роботі, зберігаючи позитивний настрій. Хоча зовсім невесело було стикатися з упередженнями та стереотипами. Коли Віра починала свою наукову кар’єру у 1950-ті, то регулярно чула на свою адресу недоречні зауваження. Наприклад, на одній зі співбесід їй запропонували залишити наукові дослідження та займатися малюванням космічних об’єктів.
Віра не здавалася. Вона не лише боролася з упередженнями, а й допомагала своїм колегам-жінкам. «У науці немає завдання, яке міг би вирішити чоловік, але не могла б вирішити жінка», — говорила вона. І додавала: «Жінкам належить половина мізків у світі».
За свою роботу Віра Рубін була неодноразово відзначена різними нагородами: так, вона стала другою в історії жінкою, яка отримала золоту медаль Королівського астрономічного товариства, крім цього, вона була членкинею Національної академії наук США та нагороджена національною науковою медаллю у 1993 році.
Протягом багатьох років Веру Рубін називали можливою претенденткою на присудження Нобелівської премії з фізики, проте цього так і не сталося.
Сьюзен Джоселін Белл
Сьюзен Джоселін Белл: першовідкривачка пульсарів.
Пульсари — нейтронні зорі, що обертаються навколо своєї осі та посилають у космос промені радіохвиль. Їхні сигнали можуть бути використані як еталон часу та орієнтири для супутників, а ледь помітні відхилення в пульсації — для вивчення гравітаційних хвиль. У 1974 році за відкриття пульсарів астроном Ентоні Г’юїш отримав Нобелівську премію. Щоправда, першою їх помітила аспірантка Сьюзен Джоселін Белл Бернелл.
У 1967 році вони з Ентоні Г’юїшем досліджували небо за допомогою радіотелескопа в пошуках квазарів — квазізоряних радіооб’єктів, відкритих десятиліттям раніше. Він розробив радіотелескоп для таких об’єктів, який побудували своїми руками його студенти, Белл також безпосередньо брала в цьому участь. Під керівництвом Г’юїша Белл, збираючи матеріал для дисертації, займалася експлуатацією радіотелескопа і переглядом записів його самописців. Щодня Белл переглядала роздруковані на папері графіки, які віддалено схожі на кардіограму, і шукала ознак джерел сильного радіовипромінювання. Белл навчилася відрізняти шуми від потрібних сигналів. Але якось одного разу вона натрапила на дивні речі в записах, які спочатку визнала помилкою. Вони не були схожі ані на сигнал від компактного джерела, ані на шуми, й належали до однієї й тієї ж ділянки неба. Белл припустила, що це сигнали від точкового джерела — зорі, однак проміжок між імпульсами був замалий для змінних зір — всього лише секунда з третиною. Г’юїш вважав, що ці сигнали пов’язані з людською діяльністю. Однак Белл продовжила їхнє вивчення і змогла переконати його провести більш детальне дослідження, в результаті якого гіпотеза про їхнє земне походження відпала. Також не відкидалася можливість, що це були сигнали радіомаяка від позаземної цивілізації. Джерело сигналу навіть отримало позначення «LGM-1», від англійської Little green men — «маленькі зелені чоловічки».
Сигнали з’являлися знову і знову, тож врешті Белл зрозуміла, що це не помилка, а невідомий науці космічний об’єкт, який не просто випускає радіовипромінювання, а робить це з чіткою періодичністю.
Незабаром Белл виявила ще три сигнали приблизно такої ж періодичності, що виходили з трьох зовсім інших ділянок неба, і стало зрозуміло, що це сигнали від представників нового класу астрономічних об’єктів. Вони отримали назву «пульсари», за свої періодичні пульсації в радіодіапазоні.
Але Нобелівську премію отримала не Белл, а її науковий керівник Ентоні Г’юїш. В той час у Британії жінкам-науковицям дуже часто доводилось боротися з громадським тиском, бо заміжні жінки не працювали. Вважалося, що якщо вона працює, то чоловік не достатньо заробляє для утримання сім’ї. Белл вийшла заміж, народила дитину, і всі чекали, що вона залишить науку. Але вже за кілька років вона знову зайнялася тим, що любила найбільше — вивченням нейтронних зір, — і зібрала власну групу астрофізиків в Оксфордському університеті.
Белл ніколи не вступала у суперечки про те, хто мав отримати Нобелівську премію за відкриття пульсарів. У 2018 році вона отримала премію Breakthrough — і всю її ($3 млн) передала організації, яка підтримує молодих науковців.
Зараз Джоселін Белл — найвпливовіша астрофізикиня Британії, членкиня Королівського товариства Единбургу, Лондонського королівського та Американського філософського товариств. Нагороджена медаллю Гершеля, Королівською та Золотою медаллю від Лондонського королівського товариства, Президентською медаллю Інституту фізики, Великою медаллю Французької академії наук та багатьма іншими відзнаками.
