Cecilia Payne
| 10.05.1900: | Geboren in Wendover, England |
| 1919: | Schulabschluss Beginn des Studiums der Botanik, Physik und Chemie an der Cambridge University, England |
| 1923: | Auswanderung nach Amerika Erste Doktorandin von Harlow Shapley am Harvard College Observatory |
| 1925: | Promotion in Astronomie |
| 1925–1956: | Technische Assistentin am Harvard College Observatory |
| 1934: | Hochzeit mit Astrophysiker Sergej I. Gaposchkin |
| 1943: | Wahl in die „American Academy of Arts and Sciences“ |
| 1956: | Erste Professorin für Astronomie an der Harvard University Institutsdirektorin an der Harvard University |
| 1976: | Erhalt des „Henry Norris Russel Lectureship“ |
| 7.12.1979: | Gestorben in Cambridge, Amerika |
Während ihres Studiums und ihrer Forschung an der Universität musste Cecilia Payne Ausgrenzung und Spott ertragen. In der von Männern dominierten Welt der Wissenschaft schien kein Platz für eine junge, talentierte Frau zu sein. Doch ihr Forscherdrang und ihr Interesse an der Astronomie blieben trotz aller Widerstände ungebrochen – ein Glück für die Wissenschaft. Denn Cecilia Payne entdeckte, dass Sterne aus anderen Elementen bestehen als Planeten, und stellte damit die damals gängige Lehrmeinung auf den Kopf.
Aufgewachsen in bürgerlichen Verhältnissen
Cecilia Helena Payne wurde am 10. Mai 1900 im englischen Wendover geboren. Sie war das erste Kind des Anwalts Edward Payne und der Malerin Emma Payne (geb. Pertz). Mit zwei jüngeren Geschwistern wuchs Cecilia Payne in bürgerlichen Verhältnissen auf, allerdings ohne ihren Vater. Dieser ertrank, als sie gerade einmal vier Jahre alt war.
Die Mutter legte viel Wert auf eine gute Bildung ihrer Kinder und unternahm zudem mit ihnen viele Reisen. Ihre Tochter schickte sie auf eine streng christliche Mädchenschule, die die Schülerinnen auch auf ein Leben als Ehefrau vorbereiten sollte.
Großes wissenschaftliches Interesse
Cecilia Paynes Interesse galt jedoch schon seit dem Kindesalter der Wissenschaft und Forschung. Als Mädchen klassifizierte sie beispielsweise Pflanzen. „Schon in sehr jungen Jahren habe ich mich dazu entschlossen, Forschung zu betreiben, und wurde von der Panik bei dem Gedanken ergriffen, alles könnte schon herausgefunden sein, bevor ich alt genug wäre, um anzufangen“, erinnerte sie sich in ihren Memoiren.
In ihrer Schulzeit fand sie Lehrkräfte, die ihr Interesse unterstützten, sie eckte mit ihrem Verhalten allerdings auch an. So ließ sie sich zum Beispiel ein Buch von Plato in einen Umschlag der Bibel binden, um im Religionsunterricht ihren eigenen Interessen nachzugehen. Die Täuschung flog auf, ein Jahr vor ihrem Schulabschluss wurde sie der Schule verwiesen.
Studium der Botanik, Chemie und Physik
Die fortschrittlichere Mädchenschule St. Paul’s in London nahm sie auf; dort machte Cecilia Payne 1919 ihren Schulabschluss. Im selben Jahr bestand sie die Aufnahmeprüfung an der Cambridge University und begann, am Newnham College – einem reinen Frauencollege – Botanik, Physik und Chemie zu studieren.
Am Ende desselben Jahres war ein Vortrag von Arthur Eddington für sie richtungsweisend. Der bekannte Astronom berichtete von seiner Afrika-Expedition, während der er anhand der Beobachtung einer Sonnenfinsternis die Relativitätstheorie von Albert Einstein überprüfte und belegte. „Für drei Nächte, glaube ich, habe ich nicht geschlafen“, schrieb Cecilia Payne später in ihren Memoiren. „Meine Welt war so erschüttert, dass ich so etwas wie einen Nervenzusammenbruch erlitt.“
Einzige Frau in Physikvorlesungen
Kurz darauf verlegte die junge Studentin ihren Schwerpunkt auf Physik. Als einzige Frau in den Vorlesungen stach sie aus der Menge der Studenten heraus, auch, weil sie mit einer Körpergröße von 180 cm auffallend groß war und stets in der ersten Reihe Platz nehmen musste.
Ihre Bewunderung für Arthur Eddington hielt an, regelmäßig traf sie ihn am Observatorium in Cambridge. „Ich betrachtete ihn mit großer Ehrfurcht“, erzählte sie viele Jahre später in einem Interview. „Er hat sich aus Freundlichkeit mit mir befasst, denn ich war keine Schülerin von ihm.“
Auswanderung nach Amerika, um weiter forschen zu können
Dieser Kontakt und Austausch mit Eddington waren für Cecilia Paynes weitere wissenschaftliche Tätigkeiten entscheidend. Denn in Cambridge konnten Frauen zwar studieren, jedoch keinen formalen Abschluss erlangen. In ihrer Heimat bestand für Cecilia Payne daher nur die Option, Lehrerin zu werden, eine Karriere in der Forschung stand ihr aufgrund ihres Geschlechts nicht offen.
Mit Eddington reiste die Engländerin nach Amerika und ließ sich von ihm dem Direktor des Harvard College Observatory, Harlow Shapley, vorstellen. Dieser holte sie auf Empfehlung Eddingtons zu sich. So erhielt Cecilia Payne ein Stipendium und ging 1923 an die Harvard University im amerikanischen Cambridge.
Arbeit am Harvard College Observatory
Das Harvard College Observatory hatte sich zu dieser Zeit als internationales Zentrum der Astrophysik etabliert. Dank verbesserter Fotoplatten war es hier möglich, den Sternenhimmel abzufotografieren. Die Frauen, die am Harvard College Observatory für wenig Geld arbeiteten, erfassten diese Fotografien und klassifizierten und katalogisierten die dazugehörigen Sterne.
Cecilia Payne wurde in diese Frauengruppe aufgenommen und erhielt so die Möglichkeit, die Fotografien und die darauf abgebildeten Sternenspektrallinien zu studieren. Sie war die erste Doktorandin Shapleys und wollte für ihre Promotion anhand der Sternenspektren die physikalischen Zustände und chemischen Bestandteile von Sternen untersuchen.
Bahnbrechende Erkenntnis: Sterne bestehen aus Wasserstoff
Die junge Doktorandin analysierte die abgebildeten Spektrallinien. Diese Linien entstehen, wenn das von einem Stern ausgesendete Licht teilweise von Atomen in höheren, kühleren Atmosphärenschichten absorbiert wird. Cecilia Payne machte nun eine bahnbrechende Entdeckung: Die enormen Temperaturen in den Sternen führen dazu, dass die vorhandenen Elemente verbrannt und so ionisiert werden. Dadurch erzeugen die in den Sternen vorhandenen Elemente aber ganz andere Spektrallinien, als die Elemente nicht ionisiert erzeugen würden.
Von den Signaturen in den Linien kann deshalb nicht auf unterschiedliche Elemente in den Sternen geschlossen werden, sondern vielmehr auf unterschiedliche Temperaturen: Nicht alle Sterne sind gleich heiß. Cecilia Payne gelang es, die Spektralklassen der Sterne in Relation zu ihren Temperaturen zu setzen und so ihre tatsächliche chemische Zusammensetzung abzuleiten. Sie fand heraus, dass Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen und nicht – wie in der Fachwelt angenommen wurde – dieselben Elemente wie auf der Erde dominieren.
Eigene Erkenntnisse für falsch erklärt
Diese Ergebnisse überraschten die Doktorandin selbst, immer wieder suchte sie in ihren Berechnungen nach Fehlern. Sie fand jedoch keine und suchte Rat bei ihrem Mentor Harlow Shapley. Der schickte einen ersten Entwurf der Doktorarbeit an den bedeutenden Astronomen und Direktor des Princeton University Observatory, Henry Norris Russel.
„Ich bin besonders beeindruckt von dem umfassenden Verständnis des Themas, der Klarheit des Stils und dem Wert der eigenen Ergebnisse von Miss Payne“, urteilte Russel. Doch von der gängigen Lehrmeinung blieb er überzeugt, die Schlussfolgerungen von Cecilia Payne lehnte er ab.
Damit ihre Doktorarbeit angenommen werden konnte, musste Cecily Payne ihre Ergebnisse relativieren und als „höchstwahrscheinlich nicht richtig“ abwerten. 1925 wurde sie schließlich promoviert, bereute die Relativierung ihrer Ergebnisse jedoch zeitlebens. „Es hat sie nicht belastet“, wusste ihre Tochter Katherine, „aber ihr ganzes Leben lang bedauerte sie diese Entscheidung.“
Erkenntnis wurde in mehreren Arbeiten bestätigt
Immer mehr Arbeiten stützten jedoch die These von Cecilia Payne; auch Russel kam in einer 1929 erschienenen Arbeit zu denselben Erkenntnissen. In seinem Werk erwähnte er immerhin auch die Dissertation der jungen Engländerin.
Ihr frisch erworbener Doktortitel und auch ihre bahnbrechende Erkenntnis förderten ihre wissenschaftliche Karriere jedoch vorerst nicht. Für ein niedriges Gehalt arbeitete sie nach ihrer Promotion als technische Assistentin am Harvard College Observatory. Sie unterrichtete auch, betreute Dissertation und war für Publikationen des Hauses verantwortlich. Doch im offiziellen Vorlesungsverzeichnis tauchte ihr Name nicht auf. Erst 1952 verdoppelte der neue Observatoriumsdirektor Donald Menzel ihr Gehalt.
Lange Ehe mit Astrophysiker Gaposchkin
Während einer Forschungsreise im Jahr 1933 lernte Cecilia Payne in Deutschland den zwei Jahre älteren, russischen Astrophysiker Sergej I. Gaposchkin kennen. Sie verhalf ihm zu einem Visum und zu einer Stelle an der Harvard University. Im März 1934 heiratete das Paar, Cecilia Payne fügte den Nachnamen ihres Mannes an ihren eigenen an und hieß fortan Cecilia Payne-Gaposchkin. Das Paar bekam drei Kinder: Katherine, Edward und Peter John Arthur.
Jahrzehntelang arbeiteten beide zusammen an der Harvard University, auch ihre Kinder verbrachten viel Zeit am Observatorium, da eine Kinderbetreuung fehlte.
Erste Professorin an der Harvard University
Im Laufe der Zeit bekam die Astronomin auch die Anerkennung, die sie für ihre Forschungen verdient hatte: 1956 erhielt sie eine Professur und wurde die erste Professorin an der Harvard University. Kurz darauf wurde sie auch Institutsdirektorin. 1976 wurde sie mit dem „Henry Norris Russel Lectureship“ ausgezeichnet, einem der wichtigsten Preise für Astronom*innen.
Am 7. Dezember 1979 starb Cecilia Payne-Gaposchkin in ihrem Haus im amerikanischen Cambridge.
