Nació el 20 de Diciembre de 1876 en Kessab cerca a Antioquia, Syria. Hijo de misioneros regresaron a Norteamérica en 1898. Estudió y se graduó en Dartmouth College in 1898 en donde además tomo el único curso de astronomía ofrecido. Posteriormente estudio maestría en artes en la Universidad de Chicago y Derecho en Pomona recibiéndose en 1926. Se traslado a Alemania durante un año a realizar otros estudios.
En 1901 se convirtió en asistente de George Hale en el observatorio Yerkes. Con Hale se trasladó posteriormente al nuevo observatorio del Monte Wilson en 1904. Fue asistente del director desde 1913 hasta 1923, en este año fue nombrado director, cargo que desempeño hasta 1946.
Sus primeros trabajos se centraron en el estudio de las espectroscopia solar estudiando las manchas solares y la rotación solar. Posteriormente se adentró en el estudio de la espectroscopia estelar en donde obtuvo sus mas grandes éxitos y reconocimientos.
Encontró la diferencia entre las estrellas gigantes y enanas con el uso de las líneas oscuras de sus espectros. Adams demostró que era posible determinar la luminosidad y el brillo intrínseco de las estrellas con espectroscopia. Describió el método del paralaje espectroscópico para determinar la distancia a las estrellas. Demostró la presencia de dióxido de carbono en la superficie de venus.
Walter Adams examino la compañera de Sirio y obtuvo su espectro en 1915 determinando que era mucho mas caliente que el sol, dedujo también que al ser tan caliente y estar localizada a una distancia de 8 años-luz debía ser claramente visible y que al no serlo era por que tenia un tamaño muy pequeño con una gran densidad, de esta manera describió la primera enana blanca. En 1925 descubrió que la luz de estas estrellas tiene una leve desviación al rojo debido a la alta gravedad que es una de las pruebas confirmatorias de la teoría de la relatividad general.
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