Zeitsprung: Sie entschlüsselte die Sterne
Astronomin Cecilia Payne entdeckte, woraus Sterne bestehen. Auf den Druck männlicher Kollegen musste sie ihre Erkenntnisse jedoch relativieren, um sie veröffentlichen zu können
Erst Jahrzehnte später erhielt sie die Anerkennung, die sie verdiente. Sie wurde die erste Harvard-Professorin in der Geschichte und gilt heute als die wohl bedeutendste Astronomin aller Zeiten.
Cambridge, 1920: Als einzige Frau unter Dutzenden von Männern betritt Cecilia Payne den Physikhörsaal. Die junge Studentin mit dunklen Haaren nimmt in der ersten Reihe Platz.
Der Nobelpreisträger Ernest Rutherford begrüßt die Anwesenden mit einem süffisanten Lächeln: “Guten Morgen, meine Damen und Herren.” Einige der jungen Männer lachen, andere stampfen mit den Füßen auf den Boden. “Damals habe ich gewünscht, ich könnte in der Erde versinken”, erinnert sich Cecilia später an diesen Moment. Doch sie bleibt sitzen, erduldet das Gelächter — und trägt Jahre später mit ihrer Arbeit entscheidend zum Verständnis unseres Universums bei.
Cecilia Payne wurde am 10. Mai 1900 in Buckinghamshire in England geboren. Schon als Kind wollte sie Wissenschaftlerin werden: “In sehr jungen Jahren habe ich mich dazu entschlossen, Forschung zu betreiben und wurde von Panik bei dem Gedanken ergriffen, alles könnte schon herausgefunden sein, bevor ich alt genug wäre, um anzufangen.”
Ihr Wunsch stand jedoch im Konflikt mit der damaligen Erwartung, dass Mädchen vor allem auf ein Leben als Hausfrau vorbereitet werden sollten. Doch Cecilia wollte sich nicht aufhalten lassen — und wurde erfinderisch: Um ein Werk Platons zu tarnen, bat sie einen Buchbinder, das Buch mit einem Bibeleinband zu versehen.
Die Täuschung flog auf, Cecilia wurde von der Schule verwiesen. Ihren Abschluss konnte sie an einer anderen Schule nachholen. Nach ihrem Schulabschluss bestand sie den Aufnahmetest zum Studium in Cambridge. 1919 begann sie, Botanik, Physik und Chemie zu studieren, bis ein Schlüsselerlebnis ihre ganze Aufmerksamkeit auf ein Fach lenkte: Cecilia besuchte einen Vortrag des angesehenen Astrophysikers Arthur Eddington. Auf einer Expedition auf die westafrikanische Insel Principe hatte Eddington erstmals Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie während einer Sonnenfinsternis nachweisen können.
Die junge Studentin war so überwältigt von Eddingtons Ausführungen, dass sie drei Nächte lang nicht schlafen konnte, wie sie sich später erinnerte. In der Folge verschob Cecilia ihren Studienschwerpunkt auf die Physik — als einzige Frau in Cambridge. Sie besuchte Vorlesungen von Nobelpreisträgern wie Ernest Rutherford und Niels Bohr.
Als Frau in Großbritannien war ihr der Weg in die Wissenschaft versperrt. Daher packte sie nach Ende ihres Studiums 1923 die Koffer — und zog von Cambridge in England nach Cambridge, Massachusetts in die USA.
Im Herbst 1923 begann Cecilia, in Harvard zu promovieren. Mit einer neuartigen Analysemethode wollte sie Sternspektren untersuchen, um die chemischen Elemente von Sternen zu ermitteln.
Zerlegt man das Licht eines Sterns in seine Farben, so erscheinen dünne schwarze Linien in seinem Lichtspektrum, sogenannte Fraunhoferlinien. Sie entstehen, weil jedes Element bestimmte Wellenlängen des Lichts verschluckt. Das Ergebnis ist eine einzigartige Signatur, die die chemische Zusammensetzung des Sterns verrät.
Bis dahin ging die Wissenschaft davon aus, dass Sterne aus denselben Elementen bestehen wie die Erde, in ungefähr gleichen Mengenverhältnissen. Payne erkannte jedoch, dass die bisherige Analyse der Lichtspektren einen entscheidenden Faktor übersehen hatte: Die enorme Hitze in den Sternen verändert, wie Elemente in den Spektren erscheinen.
Diese Erkenntnis brachte Payne zu einer bahnbrechenden Entdeckung: Zwar bestehen Sterne tatsächlich aus den gleichen Elementen wie die Erde — allerdings in einem gänzlich anderen Mengenverhältnis. Denn Sterne bestehen zu 98 Prozent aus Wasserstoff und Helium.
Paynes Ergebnisse stellten das fundamentale Bild des Universums, das die Wissenschaft bisher hatte, auf den Kopf und zeigten: Die Erde ist in ihrer elementaren Zusammensetzung eine absolute Ausnahme.
Auch für die Forscherin selbst war diese Erkenntnis so überraschend, dass sie immer wieder nach Fehlern suchte. Doch sie fand keine. Schließlich schickte Cecilia Payne ihre Doktorarbeit an den damals wichtigsten Astronomen des Landes, Henry Russell. Er lobte ihre Arbeit, wies ihre Schlussfolgerungen über die Zusammensetzung der Sterne jedoch zurück — zu undenkbar erschien die Vorstellung, dass sie anders aufgebaut sein könnten als die Erde.
Um ihre Arbeit dennoch veröffentlichen zu können, ergänzte Cecilia Payne auf Druck von Russell die folgenden Sätze, die ihre Ergebnisse relativierten: “Die größten Diskrepanzen zwischen den astrophysikalischen und den terrestrischen Häufigkeiten sind bei Wasserstoff und Helium zu beobachten. Die enorme Häufigkeit, die für diese Elemente in der Sternatmosphäre abgeleitet wurde, ist höchstwahrscheinlich nicht richtig.”
Nach ihrer Promotion arbeitete sie als schlecht bezahlte “technische Assistentin” am Observatorium in Harvard. Die Universitätsleitung verwehrte Frauen jegliche Lehraufträge. Unterdessen stützten immer mehr Arbeiten Paynes These. Auch Russell erkannte schließlich, dass die Ergebnisse ihrer Dissertation richtig gewesen waren.
Im März 1934 heiratete Payne den russischen Astronomen Sergey Gaposchkin. Das Paar bekam drei Kinder. Trotzdem setzte sie ihre wissenschaftliche Arbeit fort. Aufgrund von mangelnder Kinderbetreuung nahm sie ihre Kinder häufig mit ins Observatorium.
Erst 1956 — und nach einem Wechsel der Universitätsleitung — erhielt die mittlerweile 56-jährige Cecilia Payne als erste Frau in Harvard eine eigene Professur und ein eigenes Institut.
Mitte der 1970er Jahre wurde sie für ihre Lebensleistung mit dem Henry Norris Russell Lectureship-Preis, einem der wichtigsten Preise auf dem Gebiet der Astronomie, ausgezeichnet — benannt ausgerechnet nach dem Astronomen, der Paynes bahnbrechende Entdeckung zunächst nicht wahrhaben wollte und ihr damit eine angemessene Würdigung verwehrte.
Trotz der Diskriminierung, die sie als Frau in der Wissenschaft jahrzehntelang erfuhr, resümierte sie in ihrer Autobiographie: “Ich habe eine Höhe erreicht, die ich selbst in meinen wildesten Träumen vor fünfzig Jahren niemals vorhergesagt hätte.”
Cecilia Payne-Gaposchkin starb am 7. Dezember 1979 im Alter von 79 Jahren. Ein Nachruf der Royal Astronomical Society würdigte sie als die “wohl bedeutendste Astronomin aller Zeiten”.
