האישה שהצליחה לגלות כמה רחוקים הכוכבים

הֶנְרִייטָה לָאוִיט הייתה אַסְטְרוֹנוֹמִית פורצת דרך שהתגלית שלה השפיעה רבות על הקוסמולוגיה, ולמרות זאת נותרה אלמונית כמעט לגמרי גם לאחר מותה. לרגל יום האישה שחל השבוע (8.3), קבלו את סיפורה המרתק

כתב: משה גלנץ

לפני כמאה שנים ניסו בקהיליית האסטרונומיה להבין עד כמה הגלקסיות והכוכבים רחוקים מאיתנו, האם יש דרך מדויקת למדוד אליהם את המרחק וכיצד ניתן לחשב את בהירותם וגודלם של הכוכבים. היה ברור שתשובות לשאלות אלו יוכלו לתת למדענים הבנה מדויקת יותר על גודלו של היקום.

------------- כאשר אנו צופים אל השמיים נראים הכוכבים כאילו היו נטועים על כיפה דו ממדית, אך יש גם עומק, וכוכב שנראה סמוך לכוכב אחר יכול להיות הרחק ממנו והלאה. גם בהירות הכוכב אינה מסייעת להבין עד כמה הוא בהיר באמת - או מהו גודלו. ייתכן שכוכב בוהק שנראה בשמיים הוא בסך הכול מאוד קרוב, וכוכב עמום הוא למעשה בהיר וגדול, אך מרוחק מאוד.

הֶנְרִייטָה לָאוִיט (1921-1868) הייתה האסטרונומית שתמצא את הדרך למדוד את המרחק אל כוכבים וגלקסיות בעזרת מחקרה. לָאוִיט סיימה את לימודיה באוניברסיטת הרווארד ב-1892, אך בשנתיים הבאות הייתה מרותקת למיטתה לאחר מחלה קשה שגרמה לה לאבד את השמיעה. לאחר שהחלימה היא החלה להתנדב במצפה הכוכבים של הרווארד.

משימתה הייתה לחפש כוכבים משתנים, שרמת הבהירות שלהם מתבהרת ומתעמעמת במחזור קבוע. בזכות הטכנולוגיה החדשה יחסית של צילום אסטרונומי, היא יכלה להשוות את רמת הבהירות של כוכב מסוים בצילומים ממועדים שונים, ולזהות כוכבים משתנים כאלה.

היא נחשבה למקצועית ביותר בתחומה ופרופסור צ'ארלס יאנג מאוניברסיטת פרינסטון שהתרשם מאוד מעבודתה כינה אותה: "משוגעת לכוכבים משתנים". לָאוִיט זיהתה עם השנים כ-2400 כוכבים משתנים, כמחצית מסך-כל הכוכבים המשתנים שהיו ידועים בתקופתה, והחלה להתמקד בהדרגה בסוג מסוים של כוכבים משתנים, קֶפֶאִידִים, שקיבלו את שמם משום שהכוכב הראשון התגלה בקבוצת הכוכבים קֶפֶאוּס.

כיום אנו יודעים כי הסיבה לפעימות של קֶפֶאִידִים היא ככל הנראה תהליכים הקשורים להזדקנותם. הכוכבים בסוף חייהם מתחילים להתיך הליום ליסודות כבדים יותר, מתחממים, וכתוצאה מכך מצטברים בחלקם החיצוני יותר אטומי הליום שאיבדו את שני האלקטרונים שלהם. הליום כזה אטוּם לאור, ולכן הכוכב נראה כהה יותר. כשההליום החם מתחיל להתפשט, הטמפרטורה שלו יורדת, ויותר אטומים מקבלים בחזרה את אחד האלקטרונים, מה שמאפשר לאור לעבור דרכם והכוכב שוב נראה בהיר. התהליך הזה מתקיים במחזוריות שיכולה להימשך בין שעות אחדות לשבועות אחדים.

------------- לָאוִיט שלא ידעה מה גורם לשינויים המחזוריים בבהירות הכוכבים האלה החליטה לבדוק: האם יש קשר בין זמן המחזור של הכוכבים לבהירותם, אבל הבעיה הייתה - כמו עם כוכבים רבים אחרים - שהיא לא יכלה לדעת כמה הם בהירים באמת, משום שהיא אינה יודעת מה מרחקם. האם הכוכב אכן בהיר יותר מהכוכב הסמוך לו, או שהוא פשוט קרוב אלינו הרבה יותר ולכן אנו רואים אותו בהיר יותר.

פריצת הדרך של לָאוִיט נעשתה כאשר היא התמקדה באזור בשמיים הדרומיים שנקרא "הענן המָגֶלָני הקטן". מכיוון שאת הענן המגלני - גלקסיית לוויין של שביל החלב - ניתן לראות רק מחצי הכדור הדרומי, הייתה ליוויט צריכה להיעזר בצילומים מהתחנה הדרומית של מצפה הרווארד בפרו. היא זיהתה בענן הזה 25 קֶפֶאִידִים משתנים, והעריכה שהענן הזה רחוק מספיק כדי להניח שכל אותם עשרים וחמישה כוכבים הם פחות או יותר באותו מרחק מאיתנו.

לכן, כאשר כוכב מסוים בענן הכוכבים המרוחק נראה בהיר מכוכבים אחרים באותו ענן, היא יכלה לקבוע שהוא אכן בהיר יותר, ולא רחוק יותר. על סמך הנחה זו מדדה ליוויט את הבהירות ואת זמני המחזור של הכוכבים הקפאידים, ומצאה ביניהם מתאם מתמטי מדויק: ככל שזמן המחזור ארוך יותר, כך בהירותו המוחלטת של הכוכב גבוהה יותר.

לָאוִיט הייתה בטוחה שהכלל הזה יחול על כל כוכב משתנה קפאידי ביקום ובעזרת התגלית אפשר להשוות עכשיו בין שני קפאידים בשמיים ולעבד את המרחקים היחסיים שלהם מכדור הארץ. ------------- החישוב עובד כך: ידוע כי בהירות האור נחלשת לפי ריבוע המרחק. כלומר, הגדלת המרחק ממקור אור פי שניים, יגרום להקטנת עוצמת האור פי ארבע. ובהתאמה, הגדלת המרחק פי שלושה, תקטין את עוצמת האור פי תשע.

כאשר היו שני קפאידים בחלקים שונים של השמיים ושניהם השתנו במחזורים דומים מאוד היא ידעה שהם אמורים להאיר בבהירות דומה מאוד. לפיכך, אם אחד משני הכוכבים נראה קלוש פי 9 מהאחר הוא חייב להיות רחוק בדיוק פי 3, ובאותו אופן אם אחד הקפאידים נראה קלוש פי 144 מהקפאיד דומה הוא בוודאי יהיה רחוק יותר פי 12 ממנו.

מחקרה הפך למדריך המרחקים האולטימטיבי לקוסמוס לאחר שאסטרונומים נוספים הצליחו לקבוע את המרחק אל קפאיד קרוב יחסית בעזרת "פרלקסה" (היסט - שינוי מיקומו הנצפה של כוכב ביחס לכוכב אחר, מנקודת מבטו של צופה בכדור הארץ בהפרשי זמן של חצי שנה, כתוצאה משינוי מיקומו של כדור הארץ סביב לשמש) והתגלית שינתה את כל תפיסת העולם האסטרונומית בדבר גודלה של הגלקסיה.

אך השיא היה ההשפעה המכרעת של עבודתה על "הוויכוח הגדול" שעסק בשאלת מיקומם ומרחקן של הגלקסיות. בתקופתה היו גודלו של היקום ומבנהו, מהותן של הגלקסיות, והמרחקים ביניהן, נושא לוויכוח בקרב הקהיליה האסטרונומית. רבים סברו כי הערפיליות הספירליות הן גופים קטנים יחסית המצויים בתחומי שביל החלב. אחרים, לעומתם, סברו כי ערפיליות אלו הן גלקסיות בפני עצמן והיקום כולו זרוע בגלקסיות. גילוי קפאיד בגלקסיית אנדרומדה על ידי האסטרונום הנודע אדווין האבל ומדידת המרחק אליו בשיטה שגילתה לָאוִיט הוכיח שהיקום אכן זרוע גלקסיות והן ממוקמות הרחק הרחק מחוץ לשביל החלב.

היקום אכן זרוע גלקסיות והן ממוקמות הרחק הרחק מחוץ לשביל החלב ------------- למרבה הצער לָאוִיט לא זכתה לראות זאת. ב-1921, חודשים אחדים לאחר שמונתה לנהל בשכר את מחלקת הצילומים במצפה הכוכבים של הרווארד, היא מתה מסרטן כשהיא בגיל 53 בלבד בלי שתותיר חותם של ממש בקהילה המדעית. לָאוִיט לא הייתה מאלו שמטיילים בכנסים אקדמיים עם תקציב הוצאות מנופח. בכל השנים במצפה היא עבדה בשקדנות ובצניעות אופיינית מול לוחות הצילום מחפשת ומאתרת כוכבים משתנים.

ב-1925, שלוש שנים אחרי מותה, נתקל הפרופסור השוודי מגנוס מיטאג-לפלר בעבודתה של ליוויט, והתרשם כל כך עד שהחליט להגיש את מועמדותה לפרס נובל בפיזיקה. רק כשכתב למצפה הכוכבים בהרווארד לבקש עוד מידע על מחקריה, התברר לו כי כבר אינה בחיים.

יחלפו עוד שנים רבות בטרם יעשה צדק לזכרה של לָאוִיט. לימים הקהילה האסטרונומית תנציח את שמה עם אסטרואיד שהתגלה בשנות ה-70 ומכתש בצד הרחוק של הירח. כיום סיפורה מהווה השראה הן לנשים והן לבעלי מגבלות גופניות, ומוכיח שהשמיים אינם הגבול. לָאוִיט הוכיחה שגלקסיית שביל החלב יכולה להיות רק נקודת הזינוק.

מקורות: סיימון סינג, המפץ הגדול; איתי נבו, מכון דוידסון