Генрієтта Свон Лівітт (1868–1921) – піонерка астрономії, що відкрила шлях до вимірювання Всесвіту

Генрієтта Свон Лівітт – американська астрономка, відома як одна з «гарвардських обчислювачок» (жінок, найнятих в Гарвардську обсерваторію для аналізу астрономічних даних). Вона відкрила залежність між періодом зміни яскравості та світністю змінних зір типу цефеїд – взаємозв’язок, який згодом назвали «законом Лівітт». Це відкриття заклало основу сучасної космології, адже дозволило вперше вимірювати відстані до далеких зір і галактик, фактично «надавши космосу масштаб»[2][1]. Завдяки праці Лівітт астрономи зрозуміли справжні розміри і структуру Всесвіту, а її метод став першим надійним «стандартом свічки» в астрофізиці – еталонним джерелом відомої світності, за яким обчислюють космічні відстані.

Ранні роки та освіта

Генрієтта Свон Лівітт народилася 4 липня 1868 року в місті Ланкастер (штат Массачусетс, США) у родині священника конгрегаційної церкви. З дитинства вона виявляла ґрунтовну освіту та релігійність, залишаючись відданою церкві впродовж всього життя. Лівітт отримала освіту в Оберлінському коледжі, а згодом перевелася до жіночого відділення Гарварду – Радкліффського коледжу, де 1892 року здобула ступінь бакалавра[2]. Ці роки припали на кінець XIX століття, коли кількість жінок з вищою освітою зростала, але професійні можливості для них залишалися обмеженими[3]. В останній рік навчання Генрієтта відвідала курс астрономії в Гарвардській обсерваторії і отримала за нього оцінку A−, що засвідчило її здібності та зацікавленість небом[2]. Саме тоді у неї з’явилося захоплення астрономією, яке визначило подальшу долю.

Генрієтта Свон Лівітт. Зображення https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1491349

Після коледжу Лівітт важко захворіла – недуга спричинила майже повну втрату слуху. Попри цей фізичний виклик, вона не відмовилася від науки. За підтримки родини Генрієтта почала працювати волонтером-дослідником у Гарвардській обсерваторії (близько 1895 року)[3]. У ті часи жінкам було нелегко отримати оплачувану посаду в науці, тому спершу вона працювала без оплати. Лише 1902 року Лівітт отримала постійну оплачувану посаду асистента в обсерваторії[2]. Її початкова зарплатня становила 30 центів за годину (близько $10,5 на тиждень), що еквівалентно приблизно 356 доларам на тиждень у цінах 2023 рокую. Такий низький оклад був типовим для жінок-науковців того часу і відповідав оплаті некваліфікованої праці[5]. Не зважаючи на це, Генрієтта Лівітт відзначалася працелюбністю і відданістю справі, зберігаючи оптимізм і релігійну віру, що допомагало їй долати труднощі.

Генрієтта Свон Лівітт та робота в Гарвардській обсерваторії: «гарвардські обчислювачки»

У 1893 році Лівітт приєдналася до команди Гарвардської коледж-обсерваторії під керівництвом директора Едварда Чарлза Пікерінга. Він залучив понад 80 жінок для обробки масиву астрономічних даних – їх називали «гарвардськими комп’ютерами» (обчислювачками)[2][3]. Ці науковиці займалися рутинними, кропіткими завданнями: вимірювали та каталогізували зорі на фотографічних пластинках, визначали їх яскравість, спектри, координати[2][3]. Стереотипи того часу вважали таку монотонну кабінетну працю «більш придатною» для жінок, тоді як керувати телескопами чи будувати теорії мали чоловіки. Працю обчислювачок оплачували значно гірше, ніж працю чоловіків, тому Пікерінг за той самий бюджет міг найняти більше жінок[5]. Попри низьку зарплатню, ці жінки-астрономки зробили неоціненний внесок у науку, уклавши фундаментальні зоряні каталоги. Серед колежанок Лівітт були відомі пізніше дослідниці, такі як Вільяміна Флемінг та Енні Джамп Кеннон – остання, до речі, теж мала проблеми зі слухом, як і Генрієтта[2].

Генрієтта Лівітт за робочим столом у Гарвардській обсерваторії, приблизно 1910-ті роки. Її завданням було вимірювання яскравості зір на фотографічних пластинках та пошук змінних зір. Зображення: https://www.lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/henrietta-swan-leavitt/

У цій жіночій команді Генрієтта Лівітт вирізнялася сумлінністю. Колеги жартома прозвали групу «гарем Пікерінга»[1] – адже директор оточив себе талановитими жінками, чий труд забезпечував успіх обсерваторії. Лівітт спочатку працювала у відділі фотометрії, а з часом її призначили очолити сектор фотографічної фотометрії зір[4]. Пікерінг доручив Лівітт вивчати змінні зорі – світила, чия яскравість змінюється з часом[3][2]. Зокрема, її цікавили змінні зорі у Магелланових Хмарах – двох сусідніх галактиках, видимих на південному небі. Harvard College Observatory володіла фотопластинками зоряного неба південної півкулі, отриманими на телескопі станції Бойдена в Арекіпі (Перу)[2]. Генрієтта Лівітт ретельно порівнювала фотографічні пластинки одного і того ж ділянки неба, зроблені в різні ночі, щоб помітити зорі, які змінюють блиск. Ця робота вимагала надзвичайної уваги до деталей: на кожній скляній пластинці були зображені тисячі зір, тож потрібно було впізнати навіть незначну зміну яскравості окремої зорі серед тисячі інших[3].

Такий систематичний аналіз приніс плоди. Лівітт відкрила тисячі нових змінних зір.

Уже 1908 року вона опублікувала свій перший каталог, що містив 1777 змінних зір (більшість – у Малій Магеллановій Хмарі)[2][1]. Згодом загальна кількість змінних, виявлених Лівітт у Магелланових Хмарах, досягла близько 2400[1]. Цей титанічний труд став можливим завдяки фотографії: людське око не здатне помітити настільки багато зір за раз, але фотопластинки фіксували їх тисячами, різної яскравості та за різних ночей. Саме аналізуючи такі пластинки, Генрієтта Лівітт зробила відкриття, що змінило науку про Всесвіт.

Відкриття закону Лівітт (співвідношення період–світність)

Наприкінці 1900-х років Лівітт звернула особливу увагу на змінні зорі особливого типу – цефеїди. Це яскраві гіганти, що пульсують, періодично то розширюючись, то стискаючись, внаслідок чого їх світність регулярно змінюється. Аналізуючи дані зі Small Magellanic Cloud (Мала Магелланова Хмара), Генрієтта помітила разючу закономірність. Чим більша середня яскравість цефеїди, тим довший період її зміни блиску. Іншими словами, яскраві цефеїди мигають повільніше, а тьмяні – швидше. 1912 року вона підготувала статтю «Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud» (опубліковану від імені Е. Пікерінга), де побудувала графік залежності видимої зоряної величини цефеїд від логарифму їхнього періоду. Цей графік наочно показав пряму лінійну залежність: «можна легко провести пряму лінію між двома серіями точок, що відповідають максимумам і мінімумам [блиску], показуючи таким чином, що існує простий зв’язок між яскравістю змінних цефеїд та їх періодами»[2] – писала Лівітт у своїй праці. Так було відкрито закон, який сьогодні носить її ім’я.

Графік зі статті, яку підготувала Лівітт 1912 року. Горизонтальна вісь — логарифм періоду відповідної цефеїди, а вертикальна вісь — її зоряна величина. Автор: Leavitt, Henrietta S; Pickering, Edward C - "Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud" Harvard College Observatory Circular, vol. 173, Суспільне надбання (Public Domain), https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34747012

Лівітт зробила логічне припущення: оскільки всі досліджувані цефеїди знаходяться в межах однієї галактики (Малої Магелланової Хмари), можна вважати, що вони розташовані від Землі на приблизно однаковій відстані[2]. Відтак, відмінності в їх видимій яскравості зумовлені саме різницею в їх внутрішній (абсолютній) світності. Іншими словами, Генрієтта знайшла відношення між періодом пульсації зірки і її абсолютною зоряною величиною. Залишалося визначити масштаб: як співвідносяться ці виміряні величини з реальними енергетичними характеристиками зір. Лівітт усвідомлювала, що для цього потрібно знати точну відстань хоча б до однієї цефеїди (наприклад, в нашій Галактиці) – тоді можна було б відкалібрувати всю шкалу. Вона висловила надію, що з часом вдасться виміряти паралакс деяких цефеїд (геометричним методом, за річним зміщенням зорі на небі)[2]. І вже за кілька років дані для такої калібровки з’явилися: 1913 року данський астроном Ейнар Герцшпрунг визначив відстань до кількох цефеїд у Чумацькому Шляху[2][1]. Він таким чином встановив, якою має бути абсолютна світність цефеїд певного періоду, і з цього моменту закон період–світність перетворився на потужний інструмент вимірювання відстаней у космосі.

Ейнар Герцшпрунг. Зображення Український астрономічний портал

Співвідношення період–світність Лівітт стало справжнім «метром» для астрономів. Знаючи період пульсації цефеїди, достатньо було зняти її видиму зоряну величину, і за графіком (або формулою), відкритим Лівітт, визначити її абсолютну величину. Різниця між ними давала модуль відстані – а отже, і саму відстань до зорі. Важливо, що цей метод покрив набагато більший масштаб, ніж паралакс, який на початку XX ст. можна було застосувати лише для зір у радіусі кількасот світлових років від Землі[5]. Цефеїди ж настільки яскраві, що їх видно в інших галактиках, тому відкриття Лівітт відкрило всесвіт за межами Чумацького Шляху.

Наукове значення і розширення Всесвіту

Відкриття Генрієтти Лівітт спричинило переворот у астрономії. Її перша «стандартна свічка» – цефеїди – дозволила вченим вперше виміряти справжні розміри зоряних систем за межами нашої Галактики[1]. До 1920-х років багато астрономів вважали «Всесвіт» синонімом Чумацького Шляху, тобто всі туманності і зорі належать нашій галактиці. Проте метод Лівітт дав інструмент, щоб перевірити це уявлення на практиці.

1923 року молодий астроном Едвін Габбл застосував закон Лівітт для спостережень зоряної системи Туманність Андромеди (M31). На фотографіях Андромеди він виявив кілька змінних зір, які за характером зміни блиску були цефеїдами[1]. Вимірявши їх періоди та яскравість, Габбл обчислив відстань – близько 900 000 світлових років[1]. Це було значно більше за розміри Чумацького Шляху, оцінені тоді приблизно в 100–200 тисяч світлових років. Отже, Андромеда виявилася окремою галактикою, розташованою далеко за межами нашої власної[1]. Це відкриття (оприлюднене 1924 року) поклало край давній дискусії між Шеплі та Кертісом про «туманності» – Габбл довів, що деякі туманності є цілими галактиками. Сонце втратило статус центру всесвіту і зайняло своє місце на околиці однієї з мільярдів галактик[2].

Галактика Андромеди (M31), найближча до нас велика галактика. Едвін Габбл у 1923–1924 рр. виявив цефеїди в Андромеді та, застосувавши закон Лівітт, визначив відстань до цієї туманності, довівши, що це окрема зоряна система поза нашим Чумацьким Шляхом[1]. Відкриття Лівітт зробило можливим вимірювання таких міжгалактичних відстаней.

Невдовзі після Андромеди цефеїди були відкриті в інших галактиках. Використовуючи їх як маркери відстані, Габбл та інші астрономи почали досліджувати розподіл галактик у просторі. З’ясувалося, що галактики розлітаються – що далі галактика, то більша швидкість її віддалення від нас (за доплерівським зсувом спектра). 1929 року Габбл сформулював закон про розбігання галактик (тепер знаний як закон Габбла), встановивши факт розширення Всесвіту. В основі цього історичного результату лежали виміряні за методом Лівітт відстані до галактик. Тобто, без відкриття Генрієтти Лівітт не було б і космології експансії: її праця напряму вплинула на розуміння того, що Всесвіт змінюється з часом і має початок. Сучасний астрономічний «космічний масштаб» (cosmic distance scale) починається саме з цефеїд: нині за їхньою допомогою можна вимірювати відстані приблизно до 60–100 млн світлових років[2]. Для ще далі розташованих об’єктів астрономи використовують інші «стандартні свічки», наприклад яскраві вибухи наднових типу Ia, але основа всієї шкали – це калібрування, яке бере початок від роботи Лівітт з цефеїдами.

На жаль, сучасники не відразу оцінили внесок Генрієтти Лівітт. За життя вона не отримала належного визнання – її відкриття часто публікувалися від імені керівника обсерваторії (як, наприклад, статтю 1912 року підписав Пікерінг). Едвін Габбл, прославившись відкриттям розширення Всесвіту, неодноразово підкреслював, що саме Лівітт заслуговує Нобелівської премії за свій фундаментальний закон. 1925 року шведський математик Ґьоста Міттаг-Леффлер дійсно спробував висунути Генрієтту Лівітт на Нобелівську премію з фізики, не знаючи, що на той момент вона вже три роки як померла[2]. (Нобелівську премію не присуджують посмертно, тож номінацію було скасовано.) Виходить, що Лівітт так і не побачила, як її ідеї змінили науку – але її колеги усвідомлювали значущість її праці.

Хвороба, смерть та спадщина

Наукова кар’єра Генрієтти Лівітт не була легкою: вона періодично переривалася через проблеми зі здоров’ям та сімейні обставини[2]. Після двох поїздок до Європи на початку 1900-х, Лівітт повернулася до роботи в обсерваторії, але в неї прогресувала втрата слуху і підточувало здоров’я. Влітку 1921 року директором Гарвардської обсерваторії став відомий астроном Гарлоу Шеплі, і він призначив Генрієтту Лівітт керівницею відділу зоряної фотометрії[2]. На жаль, вона майже не встигла вступити на цю посаду. 12 грудня 1921 року Генрієтта Лівітт померла на 54-му році життя від раку (за деякими даними, раку шлунка). Її поховали на кладовищі Кембриджа (штат Массачусетс) в родинному гробівці Лівіттів, увінчаному пам’ятником із зображенням земної кулі[2]. Колеги глибоко сумували за нею. В некролозі астроном Солон Бейлі написав, що Лівітт мала «щасливу здатність цінувати в людях усе добре і сонячну вдачу, завдяки якій усе життя було для неї прекрасним і сповненим сенсу»[2].

Пам'ятник родини Лівітт на кладовищі в Кембриджі штат Массачусетс

На честь Генрієтти Свон Лівітт названо астероїд (5383) Leavitt та кратер Лівітт на Місяці. Її ім’я носить один із сучасних телескопів проєкту ASAS-SN в обсерваторії Макдоналда (Техас). Залежність «період–світність» змінних зір тепер прямо асоціюється з її ім’ям і відома як закон Лівітт. Постать Лівітт привертає увагу істориків науки та митців: написано кілька біографічних книг (зокрема «Зорі міс Лівітт» Джорджа Джонсона), створено п’єсу «Silent Sky» (2015) про її життя, а ВВС включила Лівітт до циклу передач «Forgotten Genius» про недооцінених науковців[2]. У 2021 році, відзначаючи століття з дня її смерті, Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики публічно вшанував Лівітт, назвавши її життя «коротким, але надзвичайно впливовим»[3]. Сьогодні Генрієтту Лівітт ставлять в один ряд з найвидатнішими жінками-астрономами, які проклали людству шлях до зір. Її кропітка праця і геніальне відкриття назавжди змінили наше уявлення про Всесвіт, розширивши його до грандіозних масштабів[1].

Список використаних джерел:

1. Всесвіт. Space. Tech. Відстані до далеких зір, телескопи, темна матерія та пульсари: 5 жінок, які змінили астрономію (І. Верлюк, 7 березня 2025)universemagazine.com

2. Вікіпедія (укр.). Генрієтта Свон Лівіттuk.wikipedia.org (останнє редагування – 7 листопада 2024).

3. Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Remembering Astronomer Henrietta Swan Leavitt (12 грудня 2021)cfa.harvard.educfa.harvard.edu.

4. Encyclopædia Britannica. Henrietta Swan Leavitt – Biography (останнє оновлення –27 березня 2024)britannica.com.

5.     Wikipedia. Harvard Computers [Електронний ресурс] // Wikipedia, the free encyclopedia. – Режим доступу: https://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Computers