太陽的主要組成元素是什麼？今日大部分的朋友都能回答出是氫與氦元素。但你知道嗎？當初有一位科學家大膽提出這項發現，起初還遭到鼎鼎大名的天文學家亨利·羅素的反對。這一位科學家就是哈佛大學天文系首位女性系主任──塞西莉亞·佩恩-加波施金（Cecilia Payne-Gaposchkin）。
哈佛大學時期的塞西莉亞(來源：維基百科)
早年背景與啟蒙
塞西莉亞出身於英國的書香世家，父親曾是牛津大學的研究員。但塞西莉亞的父親卻在他很小的時候過世，兄弟姊妹皆由母親獨力撫養長大。由於他對科學的熱愛，19歲那一年塞西莉亞進入劍橋大學就讀。在那裡，他偶然參加了天文學家愛丁頓主講的講座，愛丁頓在台上闡述著他如何到非洲觀測日食，並以此證明廣義相對論的歷程。他在自傳中提到：「講座徹底改變了我的世界觀……我的世界受到了極大的震動，經歷了類似精神崩潰的感覺。」就此啟發了塞西莉亞對天文學的興趣。
然而，在那個年代的劍橋大學並不授予女性學位，塞西莉亞畢業後的職業選擇只有中小學的教師一途。所幸，塞西莉亞受到哈佛大學天文學家沙普利的賞識，並獲得哈佛大學天文台的獎學金，讓他可以到美國繼續追夢。光譜研究與突破性發現
透過太陽光譜的研究，當時的科學界已經可以識別出大多數太陽表面的元素。但關於元素之間的多寡與比例，學者們普遍認為太陽與地球既然是幾乎同一時期形成，那麼組成比例也應該相同。
不過，塞西莉亞引用了印度物理學家薩哈的電離理論，認為太陽表面處在高熱的電漿狀態，不能用中性原子的光譜特徵去回推太陽表面的元素比例。最後，塞西莉亞將太陽表面溫度、元素電離程度重新考量後計算，發現儘管矽、碳和幾種常見金屬間的相對比例與地球組成大致相同，但氫和氦卻相當豐富。因此，塞西莉亞認為恆星的主要組成是氫，同時這也是宇宙中最豐富的元素。
太陽和其他恆星主要是由氫和氦組成的發現，立刻引發學界的強烈批評，其中就包含了曾提出赫羅圖的恆星演化權威亨利·羅素。這些批評逼得塞西莉亞只能在他的博士論文《恆星大氣：高溫在恆星反轉層觀測研究中的貢獻》（Stellar atmospheres: A contribution to the observational study of high temperature in the reversing layers of stars）結尾補上一句「研究結果幾乎肯定不是真實的」，好讓他得以在1925年畢業獲得博士學位。
學界的認可與歷史地位
在塞西莉亞的博士論文出版四年後，羅素用不同的研究方法得到了和塞西莉亞一樣的結果，這才讓他在論文中重新表彰了塞西莉亞的貢獻。如今，這份一百年前出版的論文，已成為現今教科書中普遍的知識。雖然塞西莉亞的研究很快地獲得平反，但博士畢業後的學術路還是一樣不順遂。
因為當時的哈佛大學不允許女性擔任教授職位，塞西莉亞只能從事較低薪的助理工作，持續在恆星演化的研究上努力。幸好，有許多肯認塞西莉亞成就的學者幫助他，沙普利在1938年幫他爭取到「天文學家」的頭銜，塞西莉亞也終於在1956年晉升為哈佛大學文理學院的第一位女性教授，並在不久後接任天文系系主任。
塞西莉亞的故事對後進的女性科學家有很大的鼓舞，包括出版過許多科普讀物的物理學家理查·費曼的妹妹喬安，也是在看到塞西莉亞的故事而決心投入科學研究的工作。
今天是塞西莉亞的125歲冥誕，今年同時也是他那篇重要的博士論文出版100週年。讓我們把這段故事分享出去，鼓勵更多在夢想道路上的人們，勇敢地持續走下去！
