Жената, която ни помогна „да оразмерим“ Вселената

Хенриета Суон Ливит е забележителна американска астрономка, чиято научна работа се оказва от огромно значение за разбирането ни за Вселената. Днес жените, които се занимават с природна наука, не са рядкост, но до началото на XX век това съвсем не е било така. Било поради предразсъдъци, по традиция или заради нуждите на дома и семейството, те рядко присъствали в мъжките професии, свързани с науката и технологиите.

Хенриета Ливит е забележително изключение. Тя става част от цяла група жени, които се посвещават на изследванията на звездите под ръководството на проф. Е. Пикеринг в Харвард. Последният наема жени от близката околност, които биха били съгласни (за не много пари) да вършат неблагодарната работа да измерват блясъка на звездите, заснети на хиляди фотографски плаки. (По-късно шегаджии ще нарекат групата „харема на Пикеринг“.) Една от тях, Ани Кенън, има водещ принос в спектралната класификация на звездите. Но Хенриета Ливит стига до откритие от фундаментално значение.

С прогресираща глухота, сдържана като поведение, но надарена с особен чар, Ливит притежава брилянтен ум и усет към подробностите, който ѝ помага да открие астрономически закон, записал заслужено името ѝ в аналите на историята. Този закон се оказва същественият инструмент, чрез който по-късно Едуин Хъбъл ще успее да определи правилно разстоянието до далечните „мъглявини“, каквито към този момент са открити във всички посоки на небето. Оказва се, че това са галактики, подобни на нашата собствена.

Ливит е дъщеря на свещенослужител от Конгрешанската църква и потомка на дякон Джон Ливит, един от първите заселници в колонията Масачузетс Бей през XVII век. Хора, които са я познават отблизо, определят личния ѝ живот като „дълбоко религиозен“ и я описват като „сериозна жена, ходеща на църква и не пилееща времето си за лекомислените страни на живота“. Завършва колежа Радклиф1. През 1892 г. започва работа в обсерваторията на колежа в Харвард като доброволен научен сътрудник, срещу скромната сума от 10,50 долара на седмица.

В началото на XX век е зачислена към отдел „Фотометрия“, в който се измерват индивидуалния блясък на звездите: т.нар. „звездни величини“. По онова време това става предимно по фотографски изображения (фотоплаки) на области от небето. През следващите години Ливит извършва много трудоемка и неблагодарна работа, изследвайки хиляди фотоплаки, заснети в една обсерватория в Перу, за да открива представители на важен клас променливи звезди, наречени цефеиди2. За тях тогава се е знаело, че променят блясъка си строго периодично, но физическата причина за това не била известна. При някои периодът на пулсациите бил много къс: от няколко часа до няколко дни, докато при други достигал месеци. През 1908 г. Ливит вече е обработила над 1000 цефеиди в мъглявинна област на южното небе, наречена „Малък Магеланов облак“, която впоследствие се оказва малка галактика, спътник на нашата. Нейната прецизна работа води до откриването на важно съотношение при цефеидите: колкото по-дълъг е периодът, толкова по-голям е абсолютният (собственият) блясък на звездата.

Големите крачки напред в науката често се извършват от хора, които не само наблюдават нещо интересно, но имат и проблясък на проникновение относно смисъла на наблюдавания феномен. За да разберем значимостта на откритието на Хенриета Ливит, трябва да имаме предвид разбирането за Вселената по нейно време. През XVIII и XIX век астрономите са съставили каталози, включващи хиляди звезди. Но те са обезсърчени от простия факт, че само от видимия блясък на звездата не можем да съдим за разстоянието до нея – наблюдават се много ярки звезди, които са далече, както и много слаби в близост до нас. Ако обаче разполагаме със „стандартна свещ“, т.е. светлинен източник с известна яркост, можем да я използваме като средство за измерване на разстоянието. Представете си редица от еднакви улични лампи по протежението на дълъг булевард. Видимата яркост на всяка от тях ще бъде обратно пропорционална на квадрата на разстоянието до нея – и ако я сравните с познатата ви мощност на лампата (абсолютния блясък) или пък с видимия ѝ блясък на някакво фиксирано разстояние, ще можете да пресметнете разстоянието до всяка лампа.

Отношението, което Ливит открива при цефеидите, е подобно по характер, макар и малко по-сложно. Ако знаете, че по-често примигващите лампи са с по-малка мощност от по-рядко примигващите, това съотношение ще ви помогне да определите колко далеч е лампата, като измерите видимия блясък (звездната величина) и го сравните с честотата или периода на примигване, който пък е свързан с абсолютния блясък. До работата на Ливит астрономите не са разполагали със „стандартни свещи“. С изключение на неголям брой близки звезди, разстоянието до които е било определяно по геометрични методи, никои други космически обекти не са предлагали индикатор, по който да се пресметне разстоянието до тях. Така действителният размер на Вселената е бил неизвестен. Сред астрономите се разразява т.нар. „Велик дебат“ на тема: „Колко всъщност е голям Млечният път, нашата собствена галактика? Тя включва ли всички обекти във Вселената или някои се намират отвъд пределите ѝ?“

Ливит стъпва на разумното предположение, че всички звезди в Малкия Магеланов облак са на еднакво разстояние от нас, в рамките на някаква допустима грешка. Докато преглежда фотоплаките, тя открива 16 цефеиди, които се появяват по-често (т.е. имат максимален блясък). И когато съпоставя на графика техните звездни величини с (логаритъм от) периода им, се оказва, че точките се подреждат приблизително в права линия. Това е знаменитото съотношение „период-светимост3“. Астрономите най-после се сдобиват със „стандартна свещ“ – при това приложима до големи разстояния.

Хенриета Ливит публикува резултатите от изследването си, вдъхновена от възможностите, които то отваря. Но нейният ръководител Пикеринг ѝ възлага други задачи, скептичен към фундаменталното значение на откритието. За щастие, други астрономи са заинтригувани от статията на Ливит и намират начини за калибриране на съотношението „период-светимост“. След неколкократно отстраняване на неточности и грешки, то се превръща в широкоприет подход за определяне на разстоянията до звездите.

За жалост, Ливит не доживява знаменателния ден през октомври 1923 г., когато астрономът Едуин Хъбъл получава поредното фотографско изображение на мъглявината Андромеда, с помощта на най-големия телескоп в света по онова време. Когато преглежда фотоплаката, той възбудено надрасква в ъгъла: „VAR!“, което е астрономическо съкращение за променлива звезда. Открита е слаба цефеида и на тази звезда е съдено да се превърне в мощно доказателство в хода на продължителния „Велик дебат“. Като предлага съотношението „период-светимост“, Хъбъл показва, че разстоянието до мъглявината Андромеда е огромно – следователно, тя всъщност е друга галактика, далеч отвъд Млечния път, „островна вселена“ в огромно празно пространство. Скоро, с помощта на същия метод, са открити и множество други галактики. Така, към 1935 г. космосът „нараства по размер“ над сто милиарда пъти. Протича безпрецедентна революция в представите ни за Вселената!

Но Хенриета Ливит, жената, стояща зад тази революция, не я дочаква... През 1921 г. тя става ръководител на отдел „Фотометрия“, но бързо е покосена от рак. Умира на 12 декември същата година и е погребана в семейния парцел на гробището в Кеймбридж, щата Масачузетс.

Във възпоменателна статия за нея, публикувана непосредствено след смъртта ѝ през 1922 г., астрономът С. Бейли пише4: „Госпожица Ливит бе наследила, в една по-мека форма, строгите добродетели на своите пуритански предци. Тя гледаше сериозно на живота. Чувството ѝ за дълг, справедливост и вярност беше силно. Забавленията изглежда не я занимаваха особено. Тя беше посветен член на своя близък семеен кръг, несебична и мила в приятелствата си, непоклатимо вярна на принципите си, дълбоко съзнателна и честна в принадлежността си към своята религия и църква. Притежаваше щастливото качество да цени всичко това, което е почтено и достойно за обич у другите, и по природа беше толкова лъчезарен човек, че за нея целият живот бе прекрасен и изпълнен със смисъл.“

• 1. По това време той се е наричал Общество за колежанско обучение на жени.
• 2. Звезди от тип „Делта Цефей“, т.е. подобни по характеристики на звездата Делта от съзвездието Цефей.
• 3. Светимостта е астрономическо понятие, означаващо пълна мощност на излъчване.
• 4. Сп. Popular Astronomy, vol. 30, p. 197