メイドから女性天文学者へ、「うちのメイドの方があなたよりいい仕事をするよ」という教授の不満を叶えてくれた… |女性の日

「コンピュータ」という言葉は、コンピュータが発明されるずっと前に生まれました。当時、この言葉は機械的な統計や計算作業を行うコンピューターオペレーターを指していました。計算機に関する最も古い記録は 1613 年に遡ります。ルネサンス時代の天文学者はしばしば自らを「数学者」と呼び、惑星の位置を計算するなどの作業に「計算機」を使用することがよくありました。当時の有名な天文学者の多く（ヨハネス・ケプラーなど）は、指導者の下で計算機として働いていました。 「メイドの方があなたよりこの仕事が上手いよ！」

その時代、近代天文学の研究が徐々に軌道に乗ると、膨大な量の天文学データが天文台に流入し、多くの冗長性が生じました。多くの天文台では、作業効率を確保するためにコンピューター担当者の増員を余儀なくされました。しかし、これにより天文台は多大な財政的圧力にさらされることになりました。

当時ハーバード大学天文台（後のハーバード・スミソニアン天体物理学センター）の所長であったエドワード・チャールズ・ピカリングも、人員不足と資金不足という深刻な問題に直面していました。

当時は時代の制約により、女性は科学研究活動から排除されることが一般的で、コンピューターは基本的に男性社員としてのみ採用されていました。しかし、女性労働者の数は男性労働者の数に劣らず、ピカリングは女性がコンピューター事務員として活躍できる可能性にも気づきました。ピカリングはかつて「男性アシスタントの非効率性に非常に不満を感じていたが、仕分けや計算の仕事はメイドのほうが得意だった」と語っており、当時は男性従業員の賃金が女性よりも一般的に高かったため、ピカリングは同じ予算の範囲内でより多くの女性計算員を雇用して仕事に参加させることができた。

ピカリングは生まれつき約束と行動に責任を持つ人だった。彼が雇った最初の女性コンピューターは、実は家政婦のウィリアミナ・フレミングだった。

ウィルヘルミナ・フレミング。画像出典: wikipedia

フレミングは14歳の時に教育実習生として働き、メイドになった後、ピカリングの妻の勧めで天文台でパートタイムの事務作業を始めた。その後、彼女はピカリング氏の指導の下、ハーバード コンピューター チームの創設メンバーとして参加しました。

1886 年、天文学者ヘンリー・ドレイパー博士の未亡人メアリー・アンナ・ドレイパーは、女性の雇用を支援し、亡き夫の研究プロジェクトを完了させるために、多額の資金とドレイク博士の望遠鏡をハーバード天文台に寄付しました。

その後すぐに、アントニア・モーリー、アンナ・ウィンロック、アニー・ジャンプ・キャノンといった女性たちもハーバード大学のコンピューターのグループに加わりました。

レビット、キャノン、フレミング、マレーを含むハーバード大学のコンピューターが稼働中。画像提供: ハーバード天文台

数年のうちに、ピカリングと彼のコンピューターチームは、恒星のスペクトルを含む世界初の大規模な星カタログ、ヘンリー・ドレイパー・カタログ (略称 HD) を完成させ、公開しました。これには 10,000 個を超える恒星が含まれていました。この星の記号は何度も改良・修正され、現在の恒星のスペクトル分類システムの基礎となっています。

ピカリング氏は自分の仕事を手伝うために80人以上の女性コンピューターを雇った。天文学界では、ハーバード大学のコンピューターチームを冗談で「ピカリングのハーレム」と呼んだほどだ。しかし、この女性コンピューターの仕事能力は非常に優れており、近代天文学の歴史に大きな足跡を残す運命にあった。

彼らが見つけた支配者

天文学の初期には、距離の測定は主に三角測量に依存していました。この方法では、観測者は、地球が太陽の周りを回る年間の 2 つの異なる時点を選択して天体の仰角を測定し、この 2 つのデータを使用して天体と地球の間の距離を計算する必要があります。しかし、この方法は観測精度に対する要求が極めて高いため、正確に測定できる距離の範囲は基本的に天の川までに限られます。

当時の人々は、宇宙の範囲が天の川銀河をはるかに超えるという認識をまだ持っていなかったことは注目に値します。

1903年、ヘンリエッタ・スワン・レヴィットはピカリングからの返事を受け取り、ウィスコンシンでの美術助手としての仕事を断固として辞め、「ハーバード・コンピューター」としてハーバード天文台に戻りました。彼女にとって、これは人生で夢を実現できる最後のチャンスかもしれない。

ヘンリエッタ・スワン・レヴィット。画像出典: wikipedia

レヴィットはラドクリフ大学（米国のセブンシスターズカレッジの1つ、後にハーバード大学に統合）に通い、天文学のコースでA-の成績を取得した。しかし、物事はいつも計画通りに進むとは限りません。レヴィットさんは卒業旅行中に重病にかかり、進行性の難聴に陥った。その後の数十年間で、彼女は聴力をほぼ失いました。

彼女はピカリングのもとで天文学の修士号を取得しようとし、ハーバード大学のコンピューターチームに参加したが、病気のため学業を断念し、ウィスコンシン州に移り、ベロイト大学の美術助手になった。 6年後、病状が徐々に悪化するにつれ、レビットはもはやいかなる仕事もできないことに気づき、ピカリングに助けを求める手紙を書き、ハーバード天文台に戻ることを申請した。

ピカリング氏も同意した。

コミュニケーションの問題を考慮して、ピカリングは、星の分類など頻繁なコミュニケーションを必要とする研究タスクの実行をリービットに割り当てませんでした。その代わりに、彼は彼女に、大マゼラン雲と小マゼラン雲だけで観測される変光星を研究するよう命じました。彼女の仕事の主な内容は、天文台の写真フィルムに捉えられた恒星の明るさを測定し記録することだった。当時は星の分類システムがまだ完璧ではなかったため、変光星を確認するのは非常に難しく、研究者には多大な忍耐と集中力が求められました。

音が聞こえないことで、レビットさんはこの瞬間に集中力を保つことができたようで、変光星をとても早く見つけることができました。彼女は多数の写真の中から 1,777 個の変光星を発見しました。そのうち 47 個はセフェイド変光星で、当時の変光星のサンプル統計が数桁増加しました。

セフェイド変光星は、明るさが周期的に変化し、呼吸のように最も明るい状態と最も暗い状態を何度も繰り返します。このタイプの変光星として最初に発見され、広く研究されたのは、ケフェイド星（古代中国の天文学の命名体系ではケフェイド星）のデルタ星です。ケフェイド星は古代の星官の1つで、二十八宿のうち北方7宿のうちの衛宿に属していました。そのため、ケフェイド星のデルタ星に代表されるこのタイプの変光星は、ケフェイド変光星と呼ばれています。

レビット氏は、セファイド変光星の結果をまとめる際に、セファイド変光星の明るさの変化の周期と強さに一定のパターンがあるようだと気づき、数年かけてセファイド変光星の明るさと光度変化周期の関係をまとめ、分析しました。

リーヴィットは非常に幸運だった。彼女が観測した変光星は非常に理想的な位置にありました。それらはすべて小マゼラン雲にあり、地球からほぼ同じ距離にあったため、距離要因が明るさに与える影響は基本的に同じでした。

リービット氏は、より明るい変光星はより長い期間明るくなる傾向があることに驚きました。彼女はこれらの発見を 1908 年の論文で発表し、その後数年間で、セフェイド変光星などの天体は光の変化周期と光強度の関係 (周期と光度の関係) を持つこと、つまり脈動変光星の光度はその周期の対数に比例することを確認しました。この関係は後にレビットの法則と呼ばれるようになりました。

その後、リーヴィットは、当時は小マゼラン雲までの距離は不明であったものの、周期と光度の関係が有効であるという前提の下、セフェイド変光星と地球の間の距離が分かっている限り、すべてのセフェイド変光星と地球の間の距離を推測できることに気づきました。

小マゼラン雲。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

これは定規であり、宇宙を測ることができる天体の定規です。距離の尺度として使用できるこの天体は、後に標準光源と呼ばれるようになりました。

天体から放射される光は、宇宙を伝播するにつれて距離とともに徐々に減衰します。したがって、対応する天体の実際の明るさがわかっていれば、宇宙の標準的な明るさがわかっているろうそくの炎と同じように、観測された明るさに基づいてそれらの距離を推測することができます。これが標準キャンドルの名前の由来です。

これらの標準光源は宇宙における距離の尺度を構成し、どの天体も近くにある標準光源を頼りにその位置を特定することができます。星や銀河の特性の観察や宇宙論のさまざまな研究はすべて、標準光源を使った距離測定に依存しています。

セフェイド変光星は、周期がわかっていれば実際の明るさを決定でき、ほぼすべての銀河に広く存在するため、優れた標準光源となります。このタイプの変光星だけでなく、ハーバード大学のコンピューターチームの創設メンバーであるウィリアミナ・フレミングは、データの照合時に、こと座RRの変光性を決定しました。同時期のピカリングの研究の大部分は変光星の研究だったためです（こと座RRは、このタイプの変光星の中で最も明るいため、このタイプの変光星は最終的にこと座RR変光星と名付けられました）。これは、今日一般的に使用されている標準光源でもあります。

2023年、中国の天文学者たちは、こと座RR型変光星の研究において新たな進歩を遂げた。彼らは、二周期の RR 型こと座変光星が最も理想的な標準光源である可能性があることを発見しました。天体距離の測定誤差を2%未満に抑えることができ、天文学的測定の精度が大幅に向上します。

これらの優れたハーバード大学のコンピューターの指導の下、宇宙の距離測定の精度は継続的に向上し、人間の視覚はより深く、より遠い宇宙へと押し進められました。女性科学者は、その卓越した専門能力と研究への情熱により、天文学研究において不可欠な役割を果たしてきました。

しかし、このプロセスは非常に困難なものでした。多くの女性コンピューターオペレーターは天文学の学位も持っていたが、彼女たちの給料は非熟練労働者の給料に匹敵する程度で、時給は通常25〜50セントであった（2022年現在でも7〜15ドルに過ぎなかった）。ピカリング氏の時代には、天文学の計算作業量が非常に膨大だったため、コンピューターの需要も非常に高かった。中には、天文学の仕事に従事する資格と引き換えに、ハーバード大学のコンピューターを無料でやると申し出た女性もいた。

女性の活動が継続的に前進するにつれ、より多くの女性学者が正式に天文学研究の分野に参入できるようになり、人類の宇宙探査の星空に自らの輝く星を残しています。

企画・制作

著者：マオ・ユーは中国科学院国立天文台の博士課程の学生です。

レビュー丨中国科学院上海天文台研究員 韓文彪

企画丨ヤン・ヤピン

編集者：ヤン・ヤピン