星星是什麼做的？

塞西莉亞．佩恩的照片，拍攝於哈佛大學天文台

1919年，她拿到劍橋大學獎學金，原本打算讀植物學。佩恩大學一年級時聽了愛丁頓的一場演講，演講的內容是愛丁頓幾個月前的日全食觀測，觀測的目的是要驗證愛因斯坦相對論的正確性，愛丁頓解釋時空如何彎曲及驗證相對論的方法。佩恩聽完演講大受震撼，回去後靠記憶把演講內容一字一字寫下，接下來連續三天興奮得睡不著覺，她知道天文研究才是她一輩子想做的事。

1919年愛丁頓拍攝的日全食照片，他利用這次的觀測驗證愛因斯坦的相對論。

佩恩轉讀物理，她在物理系接觸到當時正在起步的量子力學，修過歐尼斯特．拉塞福和尼爾斯．波耳等大師的課。不過佩恩在劍橋大學遇到一個難題，當時劍橋不授予女性畢業證書，女性甚至不能參加畢業典禮，留在英國只能當老師，這讓她無法從事最愛的天文研究工作。

不合理的性別限制讓佩恩決定離開，把希望寄託於新大陸。

1923年，佩恩飄洋過海到美國，進入哈佛大學天文台，當時的天文台台長是哈洛．沙普利（Harlow Shapley, 1885-1972），原本沙普利打算讓佩恩做光譜分類的計算員，但是她有自己的想法。

哈佛大學天文台擁有龐大的恆星光譜資料，坎農根據這些資料把恆星光譜排成O、B、A、F、G、K、M的順序，這樣的順序背後的科學意義是什麼呢？當時的天文學家並不清楚，這是佩恩想挑戰的問題。

開花卻差點結不了果

佩恩身處在世界上恆星光譜資料最豐富的地方，加上她的量子力學知識，還有辛勤的工作，終於在1925年完成博士論文。她得到的結論是光譜型O、B、A、F、G、K、M是恆星表面溫度的高低順序，O型星表面溫度最高，B型星第二，接下來的光譜型表面溫度漸低，M型星則是表面溫度最低的恆星。

關於恆星的組成，佩恩認為恆星主要是由氫和氦組成，其他元素只佔很小一部分。

沙普利是佩恩的指導教授，他把佩恩的博士論文寄給他以前的指導教授亨利．羅素，希望羅素能給佩恩一些建議。結果羅素並不認同佩恩的研究成果，原因是當時科學家普遍認為太陽的組成跟地球相似，只要把地殼加熱到太陽的溫度，地殼也會顯現跟太陽一樣的譜線。

當時羅素已經是著名的天文學家，說話非常有影響力，而佩恩只是一位女學生。為了讓論文通過，佩恩被迫在論文裡加了一段文字，「幾乎肯定不是真的。」否定自己的研究結果。

四年後，羅素根據自己的計算得到跟佩恩一樣的結論，也就是恆星主要是由氫和氦組成，他把這項發現歸功於佩恩先前的研究。

現在我們知道太陽質量有73%是氫，25%是氦組成，其他元素只佔一小部分，其他恆星的組成也跟太陽差不多。

從約瑟夫．馮．夫朗和斐（Joseph von Fraunhofer, 1787-1826），本生和克希荷夫，哈佛大學天文台威廉敏娜．弗萊明（Williamina Fleming, 1857-1911）、安妮．詹普．坎農（Annie Jump Cannon, 1863-1941）眾人接力，最後由佩恩跑完最後一棒，解決恆星組成的問題，這段探索的過程中女性科學家的貢獻非常大。

關於作者：李昫岱，屋頂上的天文學家主理人，中央大學天文所博士，曾經於中央研究院天文所和美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校從事研究工作，目前在中正大學教授天文通識課。天文跟其他語文一樣，有自己的文法和結構，唯一的不同是天文寫在天上！現在的工作是用科學、藝術和文化的角度，解讀、翻譯和傳授這本無字天書，期望透過淺顯易懂的方式介紹天文的美好！