حتى عام 1923 كان الاجماع الفلكي ان الشمس والنجوم تشابه الارض في تكوينتها من العناصر الكيميائية ، هذا الاعتقاد استند الى خطوط فرونهوفر الامتصاصية للتحليل الطيفي للضوء القادم من النجوم ، والتي تترك خط اسود نتيجة امتصاص العنصر الكيميائي للضوء عند اطوال موجية معينة .

كان التحليل الطيفي للنجوم يظهر عناصر كثيرة مشابهة لتلك الموجودة على الارض ، كالاكسجين والهيدروجين و غيرها من العناصر المعدنية كالمنغنيز والصوديوم والحديد ، ولذلك ساد الاعتقاد ان الارض و النجوم لهم نفس العناصر الكيميائية.

سيسيليا باين كانت خريجة في مرصد كلية هارفرد ، و في عملها على دراسة التحليل الطيفي وعلاقته بالحرارة ، ووجود تنوع في الخطوط الامتصاصية بين تصنيفات النجوم.

في رسالة الدكتوراة لسيسيليا باين ، لجأت لمعادلة كان سبق أن نظمها الفيزيائي مغند ساها ، المعادلة تصف علاقة التأين بين السطح و غلاف النجم ، في الحرارة والعناصر الكيميائية ، لتكشف باين عن وجود اختلاف بين تصنيفات النجوم في درجة حرارة السطح ، وان اختلاف نمط الخطوط الامتصاصية للتحليل الطيفي بين تصنيفات النجوم هو بسبب اختلاف درجة التأين عند درجات حرارة مختلفة ، وليس بسبب وجود عناصر كيميائية مختلفة. وبمعرفتها بعلم فيزياء الذرة استطاعت ان تحدد درجة توفر العناصر الكيميائية على النجم استنادا لدرجة شدة الخطوط الامتصاصية في التحليل الطيفي و حالات تأين الذرات في العناصر المختلفة.

سيسيليا باين كشفت عن توفر ثمانية عشر عنصر كيميائي في التحليل الطيفي للنجوم ، وان الهيدروجين والهيليوم هما العناصر الكيميائية الاكثر وفرة في النجوم بنسبة 98 %.

وكان الفلكي هنري راسل هو من يشرف على رسالة الدكتوراة لباين ، الذي كان رد فعله الاول ان النتيجة التي توصلت اليها في دراستها مستحيلة وانها لابد انها اخطأت في قراءة مستويات الهيدروجين والهيليوم ، الى ان اعترف بعد اربعة سنوات بأن دراسة سيسيليا باين كانت صحيحة.

اكتشافات باين كانت ثورية ، اولا في ان معظم النجوم متشابهة في تكوينة العناصر ، وثانيا في كيفية معرفة درجة حرارة اي نجم عن طريق التحليل الطيفي ، وثالثا بان الهيدروجين والهيليوم هما العنصرين الاكثر وفرة بالكون. والثلاثة السابقين خطوة كبيرة تجاه نظرية الانفجار الكبير.

المصادر

رسالة الدكتوراة لسيسيليا باين

خطوط فرونهوفر

التحليل الطيفي للعناصر

لمحة عن تاريخ الضوء والتحليل الطيفي

كيف نعرف مكونات النجوم من العناصر

سيسيليا باين

سيسيليا باين 2

عرض عن تصنيف التحليل الطيفي للنجوم

معادلة ساها للتأين

معادلة ساها للتأين ويكيبيديا

مدخل الى التحليل الطيفي للنجوم

كيف تعرف مكونات العناصر الكيميائية من التحليل الطيفي

هنري راسل

الكون