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有了亨利·德雷伯纪念项目注入的资金，哈佛学院天文台生气勃勃，迎来了新成员，准备“大展宏图”。为德雷伯博士的望远镜加盖小房子的建设工作在1886年6月正式动工，德雷伯夫人去欧洲夏季旅游期间都一直在继续。10月，这台仪器就安装到了新的圆顶建筑里。如今，台里配备了两架可用于夜间光谱摄影的望远镜——德雷伯11英寸望远镜，以及用美国国家科学院贝奇基金（Bache Fund）提供的2 000美元拨款所购买的8英寸望远镜。赫赫有名的大折射望远镜，尽管在1850年就拍下了有史以来第一张恒星照片，后来却被证明不太适合拍照；它15英寸的镜头是专为目视观测而制造的，也就是说，是专为适应黄绿光波长的人眼而制造的。相反，这两台新仪器的镜头，适合更蓝的波长，而照相底片恰好对这种光线很敏感。8英寸的贝奇望远镜，还难能可贵地具有广阔的视野，一次就可以让大片天空尽收眼底，而不是仅能追踪单个天体。
在爱德华·皮克林掌权的不到10年的这段时间里，他将这座天文台的研究重点，从以确定恒星位置为中心的旧天文学，转向了研究恒星物理性质的新领域。虽然仍然有一半的计算员继续计算天体的位置和轨道动力学参数，这些女性中已经有好几位在学习解读现场制作的玻璃底片了；除了算术之外，这还会磨炼她们进行图案识别的技能。一种新的星表很快就会从这些活动中产生出来。
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已知最早数星星的人是尼西亚的喜帕恰斯（Hipparchus of Nicaea），他在公元前2世纪，对1 000颗星星进行了编目。后来的天文学家们对天空中的天体进行了更详尽的罗列。计划中的亨利·德雷伯星表将有史以来第一次完全依赖对天空拍摄的照片，它除了确定无数恒星的位置、亮度之外，还会给出它们的“光谱类型”。
德雷伯博士夫妇使用放置在望远镜目镜上的一块棱镜，对每颗恒星的光线进行了分离，再一颗一颗地收集起它们的光谱。皮克林和他的助手们急于加快操作的进度，就改变了德雷伯的方法。他们将棱镜安装在物镜（望远镜收集光线那端的镜头）上，而不是放在目镜上，这样每张感光板上就可以拍下二三百条光谱的合影。棱镜是一大块方形的厚玻璃，具有楔形横截面。皮克林发现：“将棱镜放进方形的黄铜盒子里，让它像抽屉一样滑到位，就可以大大地增加使用棱镜的安全性和便利性。”哈佛的照片库增长迅速。当德雷伯夫人在感恩节后不久再次到访时，皮克林向她保证，在剑桥市看得到的每一颗恒星，至少会出现在其中的一张玻璃底片上。
临近1886年12月底，正当职员们已克服了新流程带来的大部分困难时，妮蒂·法勒的男友向她求婚了。皮克林当然完全支持他们结婚，但是他也很不愿意失去法勒小姐，因为她是计算团队中拥有5年经验的熟手，他曾亲自培训她对照相底片上的光谱进行测量。在新年前夜，他写信将法勒小姐订婚的消息告知了德雷伯夫人，并提名以前的女佣威廉明娜·弗莱明接她的班。
弗莱明太太在1881年从苏格兰返回之后，一直在协助皮克林进行测光工作。她经常接过台长及其助手夜间观测时用铅笔记下的数据，并使用他指定的公式计算恒星的星等。1886年，皮克林因为用摄影法进行测光的工作而被英国皇家天文学会授予金质奖章。截至此时，他已经开始并行地采用这种方法进行测光了。这一改变要求弗莱明太太，在非常习惯阅读黑夜中草草记下的一列列数字之后，还要能从玻璃底片上的星域中判断出星等来。
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弗莱明太太告诉过皮克林，摄影在她的家族是有传统的。她父亲罗伯特·史蒂文斯（Robert Stevens）是个雕刻工兼镀金工，他制作的金叶画框很受追捧，而且还是邓迪市最早试用达盖尔银版照相法（daguerreotyping）的人——在她小时候人们就是这样称呼摄影的。在她还是一个年仅7岁的孩子时，她父亲就因为心脏衰竭遽然离世。在他去世后的一段时间里，她母亲和哥哥姐姐们试图保住这份生意，但没能成功。她的哥哥们一个接一个地远渡到了波士顿，最后她也追随他们来到了这里。如今，她29岁了，有个7岁的孩子需要照顾和扶养。儿子爱德华很快就会过来，她母亲正在预订旅程，他们准备乘坐“普鲁士号”班船离开格拉斯哥。
法勒小姐尽心尽责地向弗莱明太太介绍恒星光谱的玻璃底片，并教她如何测量那堆细线。弗莱明太太倒是可以向法勒小姐传授一两件关于婚姻和生育的事，但她对光谱一无所知，一切都需要学。
* * *
年轻的艾萨克·牛顿在1666年创造了“光谱”这个词，来描述太阳光穿过玻璃或水晶三棱镜时如幽灵般出现的彩虹色彩。尽管他的同时代人都认为，是玻璃水晶破坏了纯净的光线，将颜色传给了它，但牛顿坚持认为这些颜色属于太阳光本身。一面三棱镜只不过揭示了白光的组成成分，让它们以不同的角度进行折射，这样每一种成分都可以独立地呈现出来。
弗莱明太太现在开始将注意力转向了恒星光谱中那些极为细微的暗线；这些暗线被称为夫琅和费谱线，以它们的发现者——巴伐利亚的约瑟夫·冯·夫琅和费（Joseph von Fraunhofer）命名。夫琅和费是一个玻璃工的儿子，在一家镜子作坊当过学徒，后来成了望远镜镜头制作方面的工艺大师。1816年，为了测量不同玻璃配方和镜头配置中的精确折射率，他制造了一种设备，将一块三棱镜和一架测量员用的小望远镜组合在一起。当他将一束来自三棱镜的光导入一条狭缝，并让它进入这台仪器经过放大的视野时，他看到了长长窄窄的一条彩虹，中间分布着许多暗线。重复试验让他确信，这些线条跟彩虹颜色一样，都不是穿过玻璃时产生的伪影，而是本身就存在于太阳光中。夫琅和费的镜头测试设备是世界上第一台分光镜。
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夫琅和费在对他的发现进行绘图时，用字母对最明显的线条进行了标记：A代表彩虹最红端中的宽黑条，D代表橙黄色区域中的双暗条，如此等等，最后越过蓝紫色区被命名为H的双线，在紫色的远端以I结束。
在他去世后的几十年里，夫琅和费谱线还保留了它们原来的字母记号；而且随着后来的科学家对它们进行观察、测绘、阐释、测量并用尖头笔进行描绘，它们的重要性也日益彰显。1859年，化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）和物理学家古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff），在海德堡携手合作，将太阳光谱的夫琅和费谱线，解译为某些特定地球物质出现的证据。他们将多种经过提纯的化学元素加热到白炽化的程度，表明每一种元素产生的火焰都会具有自身独特的光谱特征。比如，钠会发射出一对紧靠在一起的明亮的橙黄色条纹。它们在波长上与夫琅和费标记为D的双暗条相关，就像是实验室燃烧的钠样本在太阳彩虹条中那些特定的黑暗间隙处涂上了颜色。从一系列这样的吻合中，基尔霍夫得出结论，太阳一定是一个燃烧多种元素的火球，包裹在一层气态的大气之中。当光线辐射通过太阳的外层时，太阳燃烧所产生的明亮发射谱线，被外围较冷的大气吸收，在太阳光谱中留下了这些可泄露秘密的黑暗间隙。
天文学家得知太阳热如地狱后，都大感震惊，他们中许多人原来还以为太阳是个温和的、具有宜居潜力的地方。不过，他们很快就平静了下来，甚至感到欣慰，因为光谱学起到了揭示天空化学成分的启示性作用。1866年，亨利·德雷伯在纽约基督教青年会发表演讲时表示：“光谱分析已经让化学家的手臂伸到了几百万英里
之外。”
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整个19世纪60年代，威廉·哈金斯之类的先驱光谱学家，都在其他恒星的光谱中辨别夫琅和费谱线。1872年，亨利·德雷伯开始对它们进行拍摄。尽管星光中的谱线数目，与织锦般丰富的太阳光谱相比相形见绌，但仍然呈现出了几种可识别的图案。长久以来，人们只是根据亮度或颜色，对恒星大致地进行了分类，如今，似乎可以根据光谱特征做进一步的分类，因为这些光谱特征揭示了它们的真实面目。
1866年，梵蒂冈天文台的安吉洛·西奇神父（Father Angelo Secchi）将400条恒星光谱明确地划分成了4类，并用罗马数字进行了命名。西奇的第Ⅰ类包含了天狼星和织女星之类的蓝白色明亮恒星，它们的光谱都有4条粗线，表明了氢的存在。第Ⅱ类包含了太阳以及与之类似的黄色恒星，其谱线充满了众多的细线，是存在铁、钙和其他一些元素的标志。第Ⅲ类和第Ⅳ类包含的都是红色恒星，但它们的暗色谱带具有不同的图案。
皮克林要弗莱明太太接受挑战，对这种初步的分类体系进行改进。西奇是在直接观测几百颗恒星时随手勾勒出这些谱线的，而她却可以充分利用亨利·德雷伯纪念项目的照片，有成千上万条光谱可供她端详审视。玻璃底片更为忠实地记录了夫琅和费谱线的位置，这是任何手绘都无法比拟的。而且，感光板还可以拍下远紫端的谱线，那个区域的波长都是人眼看不到的。
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弗莱明太太将每张玻璃底片从牛皮纸封套中取出来，尽可能小心地不在它8英寸×10英寸表面的任何一处留下指纹。其诀窍是将这种脆弱小袋的侧边轻轻地夹在两掌之间，将封套开口的底边放置在特制底座的口上，然后将纸封套上上下下地弄弄松，注意不让底片掉出来，就像给小婴儿脱衣服一样。确保涂有感光乳剂的那一面朝向自己之后，她松开夹持的双掌，让玻璃底片落到位。木质的底座使底片置于一个以45°角倾斜的相框里。一面固定在平台底座上的镜子，接收来自计算室大窗户的日光，并将这些光导向上方，穿过玻璃底片，用于照明。弗莱明太太在眼窝上套着小型放大镜，身体前倾，这样她就可获得一睹恒星世界奥秘的特权。她经常听台长说：“用一面放大镜看到的照片上展示出来的东西，比从一架高性能的望远镜在天空中看到的还要多。”
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成百上千条光谱印在玻璃底片上。所有的光谱都非常小：比较亮的恒星的光谱也只有1厘米多一点那么长，而比较黯淡的则只有半厘米长。每一条都需要标记为亨利·德雷伯星表上的一个新号码，而且还要用它的坐标来进行识别——这些坐标都是弗莱明太太根据刻在木质底片框边上的厘米与毫米刻度确定出来的。她将这些数字读给坐在她身边的一位同事，由同事用铅笔将这些信息记在记录本上。晚些时候，她们会将亨利·德雷伯星表上的号码，与原来一些星表流传下来的现有恒星名或恒星编号（如果存在的话）进行匹配。
在如符咒般的谱线中，弗莱明太太读出了太多的变化，足以使西奇神父识别出的恒星类别的数量增加4倍。她用夫琅和费风格的字母次序，替代了他的罗马数字编号，因为罗马数字很快就变得累赘不堪了。大多数恒星都归入她的A类，因为它们仅仅显示出了氢元素产生的那些粗暗线。除了这些氢谱线之外，B类光谱还带有一些其他的暗线；而到了她的G类，会出现更多其他的谱线。O类只有明亮的谱线，而Q类被她当成了收纳盒，将无法归入其他类型的特殊光谱统统纳入其中。
皮克林对弗莱明太太的努力表示赞赏，尽管他也承认她的分类有武断和凭经验的倾向。他预计，随着更多恒星得到研究，它们呈现出不同光谱的根本原因，将会适时地显露出来。也许是因为不同的恒星温度，或是因为不同的化学组成、不同的恒星发展阶段，要不然是这些因素的某种组合——也有可能是目前还无法想象的一些因素在起作用。
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1887年1月，皮克林突然想出了一个好办法，将某些光谱由污迹一样的印痕放大成令人印象深刻的图片：宽4英寸，长24英寸。他寄给德雷伯夫人的几张样图，让她大吃一惊。她在1月23日的信中写道：“看起来都觉得不可思议，拍摄下来的恒星光谱竟然能放大成您寄给我的这些图片。我在想，要是哈金斯先生看到了这些，又会怎么说？”这个问题促使她加强了对亨利·德雷伯纪念项目的支持，这一项目目前每个月有200美元左右的经费，她承诺将每年提供8 000或9 000美元的永久性支持。
德雷伯夫人似乎没有理由再坚持梦想，去亲自继续开展她丈夫的研究了。她认为最好是取回他留在黑斯廷斯天文台的那些望远镜，统统捐给哈佛。其中最大的那一架，带有28英寸口径的反射镜，它很可能会对皮克林的研究起到较大的帮助作用。但她仍然犹豫不决。告别如今安置在哈佛的那架口径为11英寸的折射式望远镜，跟这一次不可同日而语，因为这架28英寸反射式望远镜保留了她结婚那天的珍贵记忆。
亨利生前一直更喜欢用反射式望远镜，因为它用反射镜而不是透镜来采集光线，不会像折射式望远镜那样产生色差效果。他在读完医学院之后就开始动手自制望远镜，总共制作了一百来架，这架28英寸的是其中最大的反射式望远镜。1867年11月12日，也就是他和安娜在她父亲的客厅里缔结婚约的第二天，他们一同前往市区，购买了一块可用作天窗的那种玻璃盘片，它的尺寸足够大，可以加工成一面直径为28英寸的镜子。从此以后，他们就称这次外出为“我们的结婚旅行”。他们花了好几年的时间来磨制、抛光这块玻璃盘片，让它具有理想的曲率，还在上面镀了一层超薄的银，将这块玻璃变成了一面完美的反射镜。
这架28英寸反射式望远镜，使他们在1872年能够拍下第一张具有里程碑意义的织女星光谱照片；10年后，他们又用它为猎户座里所谓的大星云拍下了一张无与伦比的照片；在亨利去世前的那个夏天，他们还用它拍摄了最后一系列的恒星光谱照片。在7月某个潮湿的夜晚，他们两人为密布的浓云所阻，在半夜时分停下了天文观测工作，准备回家休息。但是快到位于两英里外多布斯费里柳条河（Wickers Creek in Dobbs Ferry）上的乡村大宅时，他们看到乌云散开了，于是又掉转马车头，驱车返回了黑斯廷斯，重新开始观测。她记得他们还有好几次这种半路折回的经历，都只是为了多利用几小时——甚至在很久以前，当他们觉得时间怎么都花不完的时候就已如此。
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1887年3月1日，皮克林在亨利·德雷伯纪念项目的第一份年度报告中宣布：“德雷伯夫人已经决定将28英寸反射式望远镜及其底座送到剑桥市来了。”他赞扬项目的女捐助人不仅提供了项目所需要的仪器设备，而且还提供了资金，让这些设备“在每个晴朗的夜晚整夜”都能有人来操作使用，让他们可以组建“一支颇具规模的计算人员队伍，对结果进行归算”，并让这些成果可以发表出来。他希望其他捐助人都以她为榜样，给其他地方的天文系进行类似的捐助，好让它们发挥出最大的作用。
1887年春，德雷伯夫人与哈得孙河铁路公司进行协商，打算租用一节车厢，将28英寸望远镜运到哈佛。与此同时，天文台还收到了另外一笔巨额捐赠——大约2万美元，以后每年还会追加1.1万美元——用于在山顶建立一座辅助观测站。
皮克林一生都在登山。他最开始是跟称他为“皮克”甚至是“皮克儿”的年轻同伴们，在新英格兰攀登巅峰。
他后来独自徒步，背负15磅
的仪器，对新罕布什尔州怀特山（White Mountains）的景点进行了高度测量。1876年，在他离开麻省理工学院物理系前往哈佛天文台担任台长前后，他成立了阿巴拉契亚山俱乐部（Appalachian Mountain Club），将喜爱户外活动的伙伴们聚在一起，并担任了俱乐部的首任主席。1887年时，他仍然是俱乐部的活跃成员，因此他非常理解将望远镜安装在高海拔处的优势。
这笔从天而降的意外之财，来自争夺激烈的尤赖亚·博伊登（Uriah Boyden）遗嘱。博伊登是一位古怪的发明家兼工程师，在1853年接受过哈佛的荣誉学位。他在1879年去世时，无妻无子，专门划拨出23万美元，用于在高处搭建一座天文台，以使身处海平面的天文学家避免大气扰动的影响。包括美国国家科学院在内的多家高端机构，都参与了对博伊登遗产控制权的争夺，但是皮克林说服了博伊登的受托人：在所有竞争者中，唯有哈佛大学最有可能将这笔资金派上明智的用途，而哈佛天文台也最适合执行立遗嘱人的遗愿。经过长达5年的彬彬有礼的较量，皮克林取得了胜利，并组织了一次前往科罗拉多州落基山脉的考察探险。
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博伊登基金提供的经费让皮克林从麻省理工学院挖来了他弟弟。这样一来，同样是阿巴拉契亚山俱乐部发起人之一的威廉，在这次西部勘测之旅中就成了台长助理兼向导。1887年6月，兄弟俩从剑桥市启程，随同前往的还有莉齐·皮克林和天文台的3位青年志愿者，外加14箱仪器设备。7月，德雷伯夫人在科罗拉多州斯普林斯（Springs）加入了他们。
尽管美国还没有高海拔天文台，但是位于派克斯峰（Pikes Peak）的联邦自然保护区里，有世界上最高的气象站，其海拔为14 000英尺，当时由美国陆军通信兵（U.S. Army Signal Corps）负责管理。这使得派克斯峰成了美国境内唯一一座拥有详细天气数据（不只是年降雨量的统计数据）的山峰。皮克林一行中的5人在8月开始登山，赶着满载科学仪器的骡子，沿途遭遇了一次暴风雪、一次冰雹和一次他们描述的很强烈的雷暴。在这一个月里，他们在这个地区的3座山峰上露营，并以不同的方式对它们的环境条件进行了比较。比如说，威廉对一台日照计进行了改进，作为雨量计的补充；他们还用一架12英寸的望远镜对天空进行了拍摄。环境条件看来不是特别理想。更糟糕的是，有传言说，派克斯峰有可能会变成一个州级旅游景点，沦为非天文学家的天下。
皮克林没来得及确定博伊登观测站的位置，就返回了剑桥市。他认为，他也许可以在来年夏天重访落基山脉，或者去其他的山脉看一看。
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10月，德雷伯夫人返回了东部，将多布斯费里的大宅封门过冬，并重新住进了麦迪逊大道的家中。安顿下来之后，她感谢皮克林为她安排了这次夏季之旅，还馈赠给她一架巴伐利亚国王路德维希（King Ludwig of Bavaria）收藏过的玩赏性袖珍望远镜。
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总是有两架（经常还是三架）望远镜通宵进行拍摄，因此哈佛天文台的底片消耗得非常快。在1886年至1887年期间，批量生产的干版底片在质量方面的进步，使得它们的记录范围拓展到了更黯淡的恒星星等，而皮克林也不失时机地充分利用了每一项新进展。他对不同公司的产品进行试用，并相应地更换供应商；他鼓励制造商们持续改进底片的感光度，并欢迎他们将其最新产品送给他测试。
需要计算的数据量，与拍摄的照片数成比例地增长。安娜·温洛克的妹妹路易莎在1886年接替了她在计算室的工作，第二年又增加了安妮·马斯特斯（Annie Masters）、珍妮·鲁格（Jennie Rugg）、内莉·斯托林（Nellie Storin）和路易莎·韦尔斯（Louisa Wells）这几位女士。如今，女性计算员的队伍达到了14人，其中包括了担任她们主管的弗莱明太太。这些女士大多比她年轻，社会地位也跟她差不多，都很尊重她的权威性。到了1888年，随着22岁的安东尼娅·莫里的加入，这种情况发生了改变：她不仅是瓦萨学院的物理学、天文学和哲学的优等毕业生，而且还是亨利·德雷伯的外甥女。
德雷伯夫人在1888年3月11日告诉皮克林：“这位姑娘在科学方面具有非凡的能力，而且还渴望担任化学或物理学教师——她就是心怀这样的目标在学习。”
还是孩子的时候，安东尼娅·莫里就获准进入了亨利舅舅纽约大宅里的化学实验室，并在他做实验时“协助”他，将他要的那些试管递给他。在她年满10岁前，她父亲米顿·莫里（Mytton Maury）博士，一位巡回圣公会牧师，就教她阅读拉丁文原版的维吉尔（Virgil）作品。她母亲是亨利·德雷伯的妹妹弗吉尼亚，是一位博物学家，钟爱黑斯廷斯庄园里的一花一鸟、一草一木。1885年，她在安东尼娅就读瓦萨学院期间去世了。
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给莫里小姐这样一位有多方面成就的人，开出计算员的标准工资——每小时25美分，令皮克林深感不安。看到她没有回复他的信件，他表现出如释重负的样子，但是德雷伯夫人在4月和5月期间代她说明了情况。
她舅妈解释说：“这位姑娘一直非常忙。”尽管莫里牧师因为工作关系，搬到了马萨诸塞州沃尔瑟姆（Waltham），但他没有在那里为家人找好房子，也没有为他最小的两个孩子德雷伯和卡洛塔（Carlotta）联系好学校，而是将这些事统统交给安东尼娅打理。到了6月中旬，她加入了哈佛团队。
皮克林安排莫里小姐为最亮的那些恒星测量光谱。弗莱明太太一直在处理几百条光谱挤在一起的底片，在那上面，明亮的恒星看起来像是曝光过度了。那架口径为11英寸的德雷伯望远镜，一次只聚焦一颗恒星。以这种方式成像的每一条光谱，甚至在放大前，也至少有4英寸长。这种令人满意的丰富细节，使得莫里小姐在显微镜下查看照相底片时，可以进行更多的思考。在织女星光谱的同一片蓝紫色区域里，她舅舅在1879年拍摄到了4条谱线，在1882年拍摄到了10条，而如今她数出了一百多条。
除了测量谱线间的距离，并将它们转换成波长，皮克林还指望她按照弗莱明太太的标准，对每条光谱进行分类。但是莫里小姐有丰富得多的细节可以开展工作，也就无法让那些参数束缚住自己的印象了。她看到的一些谱线不是单纯的粗或具有强烈的明暗度，而是有点模糊，或者带有凹槽纹，或者还有其他值得注意的特征。这些细微的差别当然值得关注，因为它们也许表明恒星上存在而至今还未为人觉察的一些状况。
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1888年11月，哈佛第二轮山地勘测之旅启程西行时，皮克林决定不参加。他不可能离开天文台那么长的时间，去完成这次雄心勃勃的旅程，因为这次的任务先是在加州帕萨迪纳（Pasadena）附近进行选址测试，然后继续前往位于智利和秘鲁境内的安第斯山脉。他指派他弟弟威廉担任勘测小组负责人。在加州期间，这个小组还将访问萨克拉门托河谷（Sacramento Valley），对1889年1月1日发生的日全食进行观测和拍摄。
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通常情况下，皮克林出于现实的考虑，是不会支持日食之旅的。考虑到观测失败的风险不低，他觉得其代价太高昂了。在日全食发生的片刻，一片令人扫兴的乌云就会使整个活动泡汤（他陪同前任台长温洛克前往西班牙，观看1870年12月22日的日食时，就亲自领教过这一点）。但是，像现在这种情况，全食带与为新建博伊登观测站勘测选址的路径几乎交叉，皮克林是不会反对略微绕一下道的。
元旦日食观测者得到了有利气象条件的眷顾。然而，目睹罕见奇景的兴奋，让天文学家们和大群围观者大受震动。在日全食开始时，观看者开始尖叫。喧嚣声淹没了威廉向计秒的人发出的呼喊声，而他为了让自己的声音能被听到，只能声嘶力竭，这又致使他比原计划少拍了一些照片。而且，他还忘了打开分光镜的镜头盖。
经历了萨克拉门托的失望之后，威廉去了南边的威尔逊山（Mount Wilson）。在那里，他和几个助手将使用一架专门带来的13英寸望远镜连续观测几个月，以测试当地的大气条件。同时，小组的另一半人启程前往南美。在皮克林的宏大计划中，两座山顶天文台比一座要好。一座建在加州高处的观测站，可以对在剑桥市所做的工作进行改进；而在南半球增设一座卫星观测站，则可以拓宽哈佛的视野，将整个天空都包括进来。
皮克林将南美探险的领导权交给了34岁的索伦·I. 贝利（Solon I. Bailey），后者在两年前以无薪助理的身份，加入了哈佛天文台，并且很快就证明自己有资格领到一份工资。与皮克林一样，贝利也有一个有摄影天赋的弟弟，于是在皮克林的支持下，索伦任命马歇尔·贝利（Marshall Bailey）担任自己的副手，并计划在观测完日食之后，去巴拿马与他会合。面对预计要持续整整两年的旅程，索伦带上了妻子露丝和三岁的儿子欧文。
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1889年2月，登上太平洋邮船公司“圣何塞号”后，贝利在旅途中找机会与同船的几位乘客练习西班牙语，还在日记中记下了他们的姓名。在甲板上，他喜欢看日落后金星沉落海平面，“直到她触及水面之前都看得清清楚楚”。在2月黎明前的天空中，他第一次看到了南十字座。从贝利在新罕布什尔州的童年时代开始，他就喜欢星星。在那里，他还目睹了大自然的盛大焰火表演——1866年的狮子座流星雨。如今，他将见到满天新的星座，这一诱人前景让他能坦然面对未来的任何艰难苦楚。
安第斯山脉探险的大部分补给——从照相底片到预制装配式房屋的所有东西——都与马歇尔一起，从纽约到巴拿马地峡，然后走陆路，经过法国最近刚放弃的运河开凿工地和黄热病受害者的墓地，再登上另一艘船，前往利马附近的卡亚俄（Callao）。
这队人马在利马乘坐欧罗亚铁路公司（Oroya Railroad）的火车，向东20英里到达乔西卡（Chosica）。从这里，贝利兄弟步行外加乘坐骡子，爬到了海拔10 000英尺以上的地方。他们的本地向导用一种有效的当地偏方，即破损的大蒜散发的气味，为他们舒缓一阵阵发作的高原反应。没有哪座特别的山峰让贝利感觉很理想，但是他需要抓住旱季的晴好天气进行观测，于是就安顿在了一座视线最不受遮挡的无名山上。它刚过6 500英尺高，只能通过一条迂回盘旋8英里的山路上下。贝利一家和十来个当地人辛苦了3个星期，才改善了从乔西卡的旅馆到这个站点的道路，以有助于将装了80车的设备沿着这条路，拖上临时的天文台。5月8日，当这家人与他们的秘鲁助手、两个仆人、猫、狗、山羊和家禽一起搬进去时，他们唯一的邻居就是蜈蚣、跳蚤、蝎子和偶尔光临的秃鹫。他们要靠一个赶骡人，将每天的用水和食物送上山来。
贝利兄弟使用皮克林在剑桥市用过的那台中天光度计，对南方恒星的亮度进行了估计，这样他们的观测就与皮克林的完全具有可比性了。类似地，他们为亨利·德雷伯纪念项目拍摄南方恒星光谱时使用的望远镜，就是这个项目最初两年每夜都使用的8英寸贝奇望远镜。德雷伯夫人用另一架相同规格的望远镜，替代了哈佛原来的主力。
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索伦·贝利在邮件允许的情况下，尽可能地与皮克林保持经常性的联系。当他将首批两箱玻璃底片运回剑桥市时，他说它们来自一处还没有命名的地方，他想称之为皮克林山。
台长在1889年8月4日的回信中写道：“也许等我在一座秘鲁山上像你一样做出了出色的工作时，再命名皮克林山也不迟。”在得到当地的批准之后，贝利兄弟转而将这里命名为哈佛山。
当10月开始的雨季使哈佛山的工作陷入停顿时，贝利将妻儿安顿到利马，然后和弟弟一起出发，去搜寻更好的地点，以建立永久性的基地。他们花了4个月才找到一处满足他们要求的地方，在靠近阿雷基帕（Arequipa）城的沙漠平原之上。此地高达8 000英尺，空气清澈、干燥、稳定，而且附近的埃尔米斯蒂（El Misti）火山也差不多是死火山了。
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当贝利兄弟在秘鲁进行探索时，爱德华·皮克林对北斗七星勺柄上一颗名叫开阳（Mizar）的恒星的奇怪光谱入了迷。这颗恒星最早引起他惊诧的注意，是在1887年3月29日德雷伯纪念项目拍摄的一张照片上，它的光谱前所未有地显示出了双重K谱线（尽管夫琅和费原来的字母编号以I结束，后来的研究者又添加了一些其他的标号）。就在皮克林向德雷伯夫人分享了这条不寻常的消息后不久，这个奇怪的现象又突然消失了，一如它突然的出现。开阳随后的光谱图像都没有重现双重K谱线，但皮克林仍然在等待它的回归。1889年1月7日，莫里小姐也看到它了。很少使用感叹号的皮克林，在给德雷伯夫人的信中写道：“现在似乎可以很确定地说，它有时候是双线，有时候又是单线！”不过，他很快又补充说：“还很难说清这意味着什么。”他怀疑又名大熊座ζ（Zeta Ursae Majoris）的开阳恒星，也许会被证明是两颗光谱几乎完全相同的恒星，但它们靠得太近了，哪怕用大型望远镜也没法分别观测到它们。
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莫里小姐将这对开阳描绘成两个机警的格斗者，彼此绕圈子，伺机寻找对方的薄弱环节。她进行观测的位置过于遥远，很难将这两个不同的个体区分开来——事实上，当其中一个沿着她的视线方向处于另一个前面时，两者是完全不可能被区分开的。但是开阳这对格斗者还发光。在它们转圈时，它们的相对运动会稍稍改变光线的频率：靠近我们的星光会往光谱的蓝端稍微偏移一点，而远离我们的星光会往光谱的红端偏移。这两种偏移加在一起，使K谱线出现了小小的分离，从而造成双重谱线的效果。
皮克林和莫里小姐在几个月的时间里，追踪着开阳K谱线的模糊变化，直到他们在1889年5月17日再度看到双重谱线。在出现双重谱线的前后几个晚上所拍摄的照片上，该谱线都显示为模糊状态——介于单线与双线之间。对于模糊的谱线，莫里小姐对她直觉的坚信实属明智之举。
那个星期天，莫里小姐不用上班，她给舅妈安·勒德洛·德雷伯（Ann Ludlow Draper）——亨利·德雷伯的弟弟丹尼尔的妻子，写了一封信。在这封聊天式的长信里，她汇报的一切似乎都涉及了单与双这个主题。有一次去波士顿公园参观时，她看到了“一场精彩的郁金香展览，里面的花朵都是单色或双色的”。如今，她在瓦萨学院校友会里，同时是波士顿分会和纽约分会的会员。“我告诉她们，我将拥有投两次票的机会，但她们看来并不担心。”她将最有意思的事情留到最后讲。
“告诉丹尼尔舅舅，前几天，皮克林教授成功地拍摄到了大熊座ζ的双重K谱线。原来是单线的其他谱线有时也变成了双线，因此我觉得这证实了他的理论：出现这种变化，是因为两颗同样类型的恒星靠在一起彼此绕着对方旋转。这是一件非常漂亮的事物。他们努力观测了好几个月，才等到双线。皮克林教授认为，它的周期肯定是50天左右，但是还没完成最后的计算。当然，在最终确定之前，完全不应该公开谈论它。”她在信末的签名是：“满怀爱意的，安东尼娅。”
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皮克林就初步结果写了一份报告，以确保“德雷伯博士的外甥女A. C. 莫里小姐”对开阳光谱进行的细致研究的功劳得到承认。他将这篇论文寄给了德雷伯夫人，由她带到费城，去参加美国国家科学院的年会。1889年11月13日，他们共同的朋友乔治·巴克在大会上宣读了这篇论文。巴克向皮克林保证，K谱线的消息“激起了人们浓厚的兴趣”。
几个星期后，就在12月8日，开阳的K谱线又如期变为双线，当时德雷伯夫人刚好在天文台。几天后，莫里小姐发现另一颗恒星也出现了双重K谱线，那是御夫座β星（Beta Aurigae，是御夫座中第二亮的恒星）。如今，有两例仅根据光谱特性，就被新发现的恒星组了。同一个星期里，弗莱明太太在秘鲁寄来的好几张底片上，又识别出了第三组疑似的“分光双星”（spectroscopic binary）。
皮克林劝诱德雷伯夫人说：“如果所有这些结果都是您最近访问这里之后获得的，难道这不是很充分的理由，支持您更频繁地来访吗？”
德雷伯夫人回复说，她希望能自恋地认为，“在我访问期间取得的这些有趣结果，是因为我和你们在一起造成的；我的朋友们经常称我为‘吉祥物’，但我恐怕我的幸运无法伸展到那么远的地方。”不过，她还是宣称自己为这些新发现“感到高兴”。更多的例子会有助于说服参加最近这次大会的一些科学院院士，他们“认为我们想入非非了”。同样在1889年末，波茨坦天文台的赫尔曼·卡尔·福格尔（Hermann Carl Vogel）独立地发现了另一组分光双星，进一步证实了这一猜想。
福格尔使用分光镜是为了回答一个不同的问题——不是“恒星是由什么构成的”，也不是“怎样对恒星进行分类”，而是“它们在视线方向以多快的速度靠近或离开地球”。根据恒星光谱中某些谱线往蓝端或红端偏移的程度，福格尔计算出了恒星的视向速度。有些恒星的运动速度高达每秒30英里，也就是说每小时超过10万英里。
莫里小姐在继续绘制开阳的光谱变化图时，得出结论：两颗子星绕着它们共同的引力中心，每过52天转一圈。她还推导出，她发现的分光双星御夫座β星，具有更短的周期，只有4天。实际上，她在同一晚拍摄的照片上，就可以观察到御夫座β星的光谱从一张到另一张的变化。她计算了这两个双星系统中的轨道速度。“每分钟1英里”在她听起来已经很快了，但是这些恒星却在以每秒100多英里的速度飞速绕行。她舅舅亨利曾借助光谱发现恒星的化学成分，而如今光谱还给出了这些恒星的运动速度。
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1890年见证了弗莱明太太的巨著《德雷伯恒星光谱星表》（The Draper Catalogue of Stellar Spectra）发表在哈佛天文台《纪事》的第27卷上。皮克林对她的奖励是，加薪并在他的序言中予以充分的肯定：“对这些底片进行数据归算始于N. A. 法勒小姐，但是这项工作的绝大部分，包括对所有光谱进行测量和分类，以及为星表的出版进行准备，都是由M. 弗莱明太太负责的。”如今，她自称为“米娜·弗莱明”。她的奉献精神除了体现在对上万颗恒星的光谱进行测量和分类之外，还体现在她很娴熟地对长达400页的星表进行了校对。大多数页面都包含20列宽、50行长的表格，总共约有100万个数字。
德雷伯星表根据恒星谱线的外貌对它们进行了分类——不只是为了分类，还希望为研究开辟新的途径。比如说，这种分类让皮克林产生了灵感：根据光谱类型来分析恒星的分布。望向银河发光带时，他发现B类恒星占了绝对优势。B类恒星沿着银河聚集，好像它们彼此很合得来，或者很喜欢太空中的那片区域。在皮克林看来，身为G类恒星的太阳，与银河中的那些发光体好像关系不大。
同时，莫里小姐还在继续钻研自己精致的分类体系。她有意将弗莱明太太的15类增加到22类，并基于她在明亮恒星光谱中探测到的进一步的层次，再将每一类细分为3～4个子类。由于她用眼过多，最后只好找一位波士顿的眼科医生，配了一副眼镜。
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1890年2月18日，她给姑姥姥多萝西·凯瑟琳·德雷伯写信说：“亲爱的姑姥，我正在撰写过去两年的工作成果。我先写了一个简要的概述，那是我分类工作的开始。我之前很担心皮克林教授不喜欢它，但是我很高兴地发现他相当满意，还说改动几个地方后就可以付印了。当然，我将花很长的时间将所有的东西写出来，我预计加入所有的细节后，会写成厚厚的一本……我每天都戴着您的黑帽子，您的阿富汗毛毯让我夜里也感到暖和。”
1890年，在弗莱明太太的星表出版后不久，亨利·德雷伯纪念项目的第四份年度报告也发表了。皮克林在报告中宣布：用各种望远镜拍摄的照片总数已达到7 883张。他特别提到，其他天文台都犯了“非常常见的错误”：只是囤积照片，而不通过讨论和测量，从它们那里导出结果。但是，在哈佛，一支计算员队伍已经对这些照片研究了好几年，这样一来，“这些照片在多个方面取代了恒星本身，我们可以在白天用放大镜，而不是在晚上用望远镜，去验证发现和纠正错误”。此处，他也像在《纪事》中那样，点名表扬了弗莱明太太和莫里小姐。他强调，正是亨利·德雷伯的外甥女，发现了御夫座β星的双重谱线。
按照他一贯的做法，皮克林也将亨利·德雷伯纪念项目的第四份年度报告广泛分发，还刊登在《自然》杂志和其他科学期刊上。在英格兰，天文学家兼军事工程师约翰·赫歇尔上校（Colonel John Herschel）对这份报告推崇备至。作为威廉·赫歇尔（天王星的发现者）的孙子和约翰·赫歇尔爵士（皇家天文学会第三任会长）的儿子，上校也目睹了天文学发展的几次重要飞跃。
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他在1890年5月28日给皮克林写信说：“我收到了你们最新的亨利·德雷伯纪念项目报告。它很像一席精华荟萃的饕餮盛宴——不过我想请您向莫里小姐转达我的祝贺，祝贺她将自己的名字与物理天文学史上最值得注意的进展之一联系在一起。”
就像上校更为知名的姑奶奶卡罗琳·赫歇尔（Caroline Herschel）一样，莫里小姐也进入了一个由男人主宰的发现领域，而她通过方兴未艾的光谱摄影法，已跻身于最早探测到一类新天体的天文学家之列。它的未来——还有她的未来——看来是充满希望的。
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