xs
xsm
sm
md
lg

สตรีผู้พบว่าเอกภพที่ตาเห็นมี “ไฮโดรเจน” มากที่สุด

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

ภาพเหมือนของ Payne – Gaposchkin ในห้องประชุมของมหาวิทยาลัย Harvard
นับตั้งแต่ยุคของ Anaxagoras เมื่อ 2,800 ปีก่อน ผู้คนมักเชื่อว่า ดาวบนฟ้าทุกดวงและโลก ประกอบด้วยธาตุเช่น เหล็ก แคลเซียม และออกซิเจน ฯลฯ เหมือนกัน จนกระทั่งนักดาราศาสตร์สตรีนางหนึ่งได้พบในปี 1923 ว่า การนึกคิดและเชื่อเช่นนั้นผิดอย่างร้ายแรง เพราะเอกภพประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ (ในสมัยนั้นยังไม่มีใครรู้จักสสารมืด) และวิทยานิพนธ์ของเธอที่เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นวิทยานิพนธ์ดาราศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 20 แม้การค้นพบของเธอจะยิ่งใหญ่ แต่ทุกวันนี้ก็แทบไม่มีใครรู้จักเธอเลย

เธอชื่อ Cecilia Payne - Gaposchkin ผู้เคยดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์สตรีคนแรกของมหาวิทยาลัย Harvard แต่ก่อนจะได้ครองตำแหน่งนี้ เธอต้องประสบความยากลำบากมาก เพราะเธอได้รับเข้าทำงานโดยไม่มีเงินเดือนประจำ จึงต้องอาศัยความเมตตาและได้รับการอนุเคราะห์จากภาควิชาว่าให้เบิกเงินเดือนของเธอถูกจากค่าอุปกรณ์ทดลอง

Cecilia Payne เกิดเมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม ค.ศ.1900 ที่เมือง Wendover ใน Buckinghamshire ประเทศอังกฤษ ในครอบครัวของ Edward J. Payne กับ Emma L. Helena Payne เมื่ออายุ 4 ขวบ บิดาของเธอได้เสียชีวิต มารดาจึงต้องรับภาระเลี้ยงดูแลครอบครัวที่มีลูก 3 คน แต่เพียงผู้เดียว Cecilia Payne ได้เข้าเรียนขั้นต้นที่โรงเรียน St. Paul’s ซึ่งเป็นโรงเรียนสตรี แต่เมื่อแม่ไม่ต้องการจะให้เธอเรียนถึงระดับมหาวิทยาลัย โดยอ้างจะเก็บเงินให้เฉพาะลูกชายเรียน Cecilia Payne จึงต้องหาทุนเรียนหนังสือเอง

เมื่ออายุ 19 ปี เธอได้รับทุนไปเรียนที่ Newnham College แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในสาขาวิทยาศาสตร์ทำให้ได้เรียนวิชาชีววิทยา ฟิสิกส์ และเคมี ครั้นเมื่อได้เข้าฟังสัมนาของนักดาราศาสตร์ชื่อ Arthur Eddington ซึ่งบรรยายเรื่องการเดินทางไปเกาะ Principe ที่ตั้งอยู่ในอ่าว Guinea ในมหาสมุทรแปซิฟิก เพื่อทำการตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ด้วยการถ่ายภาพของดาวฤกษ์ที่อยู่ข้างหลังดวงอาทิตย์ ในปี 1919 เธอได้ตกหลุมรักวิชาดาราศาสตร์ทันที และได้พยายามเรียนจนจบการศึกษาระดับปริญญาตรี แต่ไม่ได้รับปริญญา เพราะมหาวิทยาลัย Cambridge ไม่สามารถประสาทปริญญาให้แก่สตรีจนกระทั่งปี 1948

Payne รู้ดีว่า ถ้าเธอใช้ชีวิตอยู่ต่อไปในอังกฤษ เธอจะต้องมีอาชีพเป็นครูสถานเดียว ดังนั้นจึงแสวงหาทุนเพื่อไปเรียนต่อในอเมริกา หลังจากที่ได้พบกับ Harlow Shapley ซึ่งขณะนั้นดำรงตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการของหอดูดาวที่ Harvard College ในอเมริกา และเขาได้บอก Payne ว่า มหาวิทยาลัย Harvard กำลังจะเปิดโปรแกรมสอนดาราศาสตร์ระดับปริญญาโทและเอก Shapley จึงขอทุนให้เธอไปเรียนต่อที่ Harvard ในปี 1923
Cecilia Payne พบว่า ดาวฤกษ์ประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่
ปัญหาหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ในสมัยนั้นสนใจมากคือ การวิเคราะห์สเปกตรัมของแสงจากดาวฤกษ์ เพื่อหาองค์ประกอบของดาวฤกษ์

ในอดีตเมื่อปี 1859 Gustav Kirchhoff ได้พบว่า เมื่อนำธาตุมาเผาไฟ ธาตุที่ร้อนจะเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นต่างๆ ออกมา หลังจากที่ได้เปรียบเทียบคลื่นแสงจากธาตุร้อนกับแสงจากดวงอาทิตย์แล้ว Kirchhoff ก็สรุปว่า ดวงอาทิตย์และโลกประกอบด้วยธาตุต่างๆ เหมือนกัน

ลุถึงปี 1920 Megnad Saha นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอินเดียได้ศึกษาการแตกตัวเป็นไอออน (ion) ของอะตอมที่อุณหภูมิสูง และได้พบว่าปริมาณการแตกตัว (จำนวนอิเล็กตรอนที่กระเด็นหลุดจากอะตอม) จะมีมาก หรือน้อยขึ้นกับอุณหภูมิ สมการ Saha ยังระบุอีกว่า ที่อุณหภูมิต่างๆ อะตอมกี่เปอร์เซ็นต์จะสูญเสียอิเล็กตรอน 1 ตัว, 2 ตัว, ... ซึ่งจะมีผลทำให้เห็นเส้นสเปกตรัม

ในปี 1923 Cecilia Payne จึงนำสูตรของ Saha มาประยุกต์เพื่อวิเคราะห์อุณหภูมิของดาวฤกษ์ อันจะทำให้ได้รู้ว่าดาวฤกษ์ใดร้อนหรือเย็น และเธอก็ได้พบว่า ดาวฤกษ์ต่างๆ มีความแตกต่างกันที่อุณหภูมิ แต่มิได้แตกต่างกันคือเหมือนกันที่องค์ประกอบ นั่นคือ ดาวฤกษ์ทุกดวงมีองค์ประกอบเหมือนกัน สำหรับในกรณีของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิที่ผิวสูงประมาณ 6,000 องศาสัมบูรณ์นั้น Celilia Payne ได้พบว่า อะตอมไฮโดรเจน และอะตอมฮีเลียมบนดวงอาทิตย์ ส่วนใหญ่จะสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว นอกจากนี้มวลของดวงอาทิตย์ประมาณ 98% มาจากไฮโดรเจนกับฮีเลียม

ข้อสรุปนี้จึงทำให้ดวงอาทิตย์แตกต่างจากโลก เพราะโลกมีไฮโดรเจนเพียงน้อยนิด และแทบไม่มีฮีเลียมเลย นอกจากนี้ Cecilia Payne ยังได้พบอีกว่า บนดวงอาทิตย์มี silicon, carbon ในปริมาณพอๆ กับโลก แต่สำหรับไฮโดรเจน และฮีเลียมบนดวงอาทิตย์มีมากกว่าบนโลกในอัตราส่วน 106: 1

Cecilia Payne จึงสรุปว่า ดาวฤกษ์ประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่

Shapley จึงให้ Cecilia Payne เรียบเรียงวิทยานิพนธ์เรื่อง “Stellar Atmosphere” เพื่อส่งไปให้ Henry Norris Russell ผู้มีชื่อเสียงโด่งดังด้านการวิเคราะห์สเปกตรัมของดาวฤกษ์เป็นผู้ประเมิน

ทันทีที่ Russell เห็นข้อสรุปของ Payne เขาได้อุทานออกมาว่า “เรื่องที่เป็นไปไม่ได้” เพราะใครๆ ก็รู้ว่า ดวงอาทิตย์มีธาตุหนัก เช่น อะลูมิเนียม เหล็ก ฯลฯ เหมือนโลก ดังนั้น เขาจึงขอให้ Payne เพิ่มเติมข้อสรุปใหม่เป็นว่า สิ่งที่เห็นนั้นไม่น่าเชื่อว่าจะเป็นจริง

Cecilia Payne ยอมเปลี่ยนบทสรุปเพื่อเธอจะได้สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก แล้วเธอก็ได้ชื่อว่า เป็นดุษฎีบัณฑิตด้านดาราศาสตร์คนแรกของมหาวิทยาลัย Harvard
Cecilia Payne
อีก 4 ปีต่อมา เมื่อ Russell หันไปศึกษาองค์ประกอบของดาวฤกษ์บ้าง เขาก็ได้ข้อสรุปเช่นเดียวกับ Cecilia Payne บทความของ Russell ที่ตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal ในตอนท้ายได้อ้างถึงการค้นพบของเขาว่าตรงกับที่ Cecilia Payne ได้เคยศึกษาไว้ แต่กระทั่งถึงวันนี้ใครๆ ก็ยังคิดว่า Russell คือผู้ที่พบว่า ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่

หลังจากที่สำเร็จการศึกษาแล้ว Cecilia Payne ได้งานทำเป็นผู้ช่วยของ Shapley ที่มหาวิทยาลัย Harvard แต่บรรดานักวิจัยอาวุโสทั้งหลายมิได้ให้เธอวิเคราะห์สเปกตรัมของดาวฤกษ์อีก เพราะกลัวเธอจะพบอะไรที่แตกต่างจากความรู้เดิมมาก จนทำให้ผู้คนในโลกวิชาการแตกตื่นกันไปหมด พวกเขาจึงจัดให้เธอศึกษาดาวแปรแสงแทน และเธอก็ได้ศึกษาดาวประเภทนี้ไปจนตลอดชีวิต

ในปี 1931 Payne ได้แปลงสัญชาติเป็นชาวอเมริกัน อีก 2 ปีต่อมา ขณะเธอไปทัศนาจรในยุโรป เธอได้พบกับนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวรัสเซียคนหนึ่งชื่อ Sergei I. Gaposchkin ที่ประเทศเยอรมนี เพราะเธอตกหลุมรักเขา จึงจัดการช่วยให้ Gaposchkin ได้วีซ่าเข้าสหรัฐอเมริกา ทั้งสองได้แต่งงานกันในปี 1934 และมีลูก 3 คน

Payne-Gaposchkin ยังทำงานต่อไปที่มหาวิทยาลัย Harvard ในตำแหน่งผู้ช่วยของ Shapley ตั้งแต่ปี 1927-1938 ทั้งๆ ที่ได้รับเงินเดือนน้อย และไม่มีตำแหน่งวิชาการเลย การเป็นที่ไม่ยอมรับทั้งๆ ที่เธอมีความสามารถมาก ทำให้เธอคิดจะลาออกจากมหาวิทยาลัย Harvard หลายครั้ง และเพื่อเป็นการดึงตัวเธอไว้ ในปี 1938 Shapley จึงได้เลื่อนตำแหน่งของเธอเป็น “นักดาราศาสตร์”

จนกระทั่งถึงปี 1956 เธอจึงได้ครองตำแหน่งศาสตราจารย์เต็มตัว Cecilia Payne - Gaposchkin เสียชีวิตเมื่อวันที่ 7 ธันวาคม ค.ศ.1979 สิริอายุ 79 ปี ที่เมือง Cambridge ในรัฐ Massachusetts

ตลอดชีวิตเธอมีผลงานตีพิมพ์ประมาณ 150 เรื่อง และเขียนหนังสือหลายเล่ม เช่น Stars of High Luminosity (1930) Variable Stars (1938) The Galactic Novae (1957) เป็นต้น และได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Royal Astronomical Society ตั้งแต่เมื่อครั้งที่ยังเป็นนิสิตปริญญาเอก ณ วันนี้ดาวเคราะห์น้อยดวงที่ 2039 มีชื่อเธอคือ Payne-Gaposchkin

เมื่อสองปีก่อนที่เธอจะเสียชีวิต คือในปี 1977 ทางสมาคม American Astronomical Society ได้มอบรางวัล Henry Norris Russell ให้แก่เธอ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าคิด เพราะ Russell ในตอนต้นไม่ได้เชื่อและไม่ยอมรับในความสามารถของเธอที่เป็นผู้หญิงที่มีอายุน้อย (23 ปี) และเก่งคนนี้เลย

ในปี 2001 Dudley R. Herschbach ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 1989 ได้ประสบความสำเร็จในการรณรงค์ในมหาวิทยาลัย Harvard ให้มีการนำภาพเหมือนของ Payne-Gaposchkin มาประดับในห้องประชุมของมหาวิทยาลัย Harvard โดยเขาได้แบ่งส่วนหนึ่งของเงินรางวัลโนเบลที่เขาได้รับไปจ้างจิตรกรให้วาดภาพเหมือนของ Cecilia Payne-Gaposchkin ในราคา 15,000 เหรียญ และให้เหตุผลว่า มหาวิทยาลัย Harvard มีอาจารย์สตรีจำนวนค่อนข้างน้อย และถ้าพิจารณาอาจารย์ผู้หญิงที่สมควรยกย่องให้มีภาพประดับห้องประชุมของมหาวิทยาลัย จำนวนก็ยิ่งน้อยลงไปอีก แต่ถ้าจะมีการยกย่องกันจริง Cecilia Payne-Gaposchkin ก็เป็นอาจารย์สตรีที่สมควรยกย่องมากที่สุด ในที่สุดมหาวิทยาลัย Harvard ก็เห็นด้วย

อ่านเพิ่มเติมจาก Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Writings โดย K. Haramudanis กับคณะ จัดพิมพ์โดย Cambridge University Press, Cambridge, 1986

เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ภาคีสมาชิกราชบัณฑิตยสถาน และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์

ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์









“หนังสือ “สุดยอดนักชีววิทยา” ของ ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
ที่จัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์สารคดี มีวางจำหน่ายแล้วในงานสัปดาห์หนังสือแห่งชาติที่ศูนย์ประชุมสิริกิติ์ จากราคาปก 220 บาท ลด 30%”
กำลังโหลดความคิดเห็น...