1925年，哈佛大學的研究生西西莉亞·佩恩（Cecilia Payne）提交博士論文後，收到的審查意見讓她苦惱不已。好不容易走到這一步了，她該為了博士學位，聽從審查委員的意見，否定自己的見解嗎？
起點
1900年5月10日出生於英國的佩恩生長於書香門第，儘管父親在她四歲那年就過世，但獨力撫養三名子女的母親仍讓她一路升學，而她也爭氣地於1919年拿到獎學金，進入劍橋大學就讀。喜歡科學的她選了物理、化學、植物學等課程，打算再慢慢摸索興趣所在，沒想到過沒多久，一場演講便讓她決定了未來的志向。
那年愛丁頓爵士（Arthur S. Eddington）來校演講，講述他5月時遠赴非洲，如何利用日食當下觀測遠方恆星的位置，驗證了愛因斯坦所做的預測，讓原本備受質疑的廣義相對論獲得全球認同。佩恩聽了之後大為震撼，她日後回憶道：「結果就是我的世界觀徹底轉變。……。我的世界撼動之深，使我體驗到宛如精神崩潰的經驗。」
佩恩當下決定專攻物理，並在參加劍橋天文台的活動時，主動向愛丁頓爵士請益，獲他指點閱讀哪些書籍，並讓她使用天文台的圖書館查閱天文學期刊，從此開啟了她的天文學之路。
哈佛大學天文台
然而當時劍橋大學尚不授予女性學位（此一陋習直到1948年才打破）；女性修完大學課程後，未來的職涯唯有至中小學教書一途。所幸佩恩認識了哈佛大學天文台台長夏普利（Harlow Shapley），他剛在哈佛大學開設天文學的研究所課程，願意提供她獎金前往就讀，於是佩恩便於1923年負笈美國攻讀博士。
哈佛大學天文台擁有數量龐大的恆星光譜照片，除了可以用來判定溫度為恆星分類，還能透過光譜分析知道恆星內部有哪些元素，這是因為恆星所發出的光被不同元素吸收後，會在光譜上所對應的波長位置形成許多稱為「夫朗和斐線」（Fraunhofer lines）的暗線，從這些譜線便能得知是哪些元素造成的。
作為哈佛研究生的佩恩得以查閱天文台的這些資料。相較於美國的天文學家，主修物理的她有個優於他們的強項，那就是量子物理的知識。量子物理才剛興起不久，提出相關理論的物理學家都在歐洲，佩恩在劍橋就上過波耳本人開的課，美國的物理學教授還不見得比她瞭解量子物理。
恆星光譜
佩恩知道夫朗和斐線是因為不同能階的電子吸收不同波長的光後，躍遷到更高能階；理論上溫度越高，電子越容易被激發到更高能階，因此夫朗和斐線會更加明顯。但印度天文物理學薩哈（Meghnad Saha）於1920年指出，當溫度太高時，最外層的電子會逃離原子束縛而成為自由電子，原子失去電子變成離子後就無法吸收光線。因此佩恩領悟到恆星中的元素其實有很大比例是離子，而不是可吸收特定波長的中性原子，這代表恆星的夫朗和斐線反映的並不是真正的元素含量。
於是佩恩根據薩哈的電離理論，推算不同表面溫度的恆星中，原子電離的程度，再從它們的夫朗和斐線推算所含的元素比例。結果她發現不同類型的恆星——包括太陽，其組成成分幾乎全都一樣，更令人訝異的是，氫與氦這兩個最輕的元素就占了絕大部分（分別是71%與27%），其它元素總共占不到2%。
這完全違背了天文學家的普遍認知，因為他們認為太陽系的主要天體既然約莫在同一時期形成，那麼太陽的組成成分與地球應無二致。因此當佩恩將她的發現寫成博士論文，提交出去後，負責審查的普林斯頓大學教授羅素（Henry Russell）便勸她不要做出氫是太陽主要成分的結論，因為這「顯然不可能」。
翻身
羅素是天體光譜學的權威，佩恩內心掙扎許久後，還是在博士論文最後備註自己的計算「幾乎可以肯定與實際不符」，好讓論文順利過關。她因此於1925年取得博士學位，成為哈佛大學第一位天文學博士。
沒想到四年之後，羅素從不同方向著手，也計算出和佩恩同樣的結果，才在論文中提及佩恩是最早發現的人。此外還有另外兩位天文物理學家也都驗證了佩恩的主張，從此學界才普遍相信恆星主要是由氫與氦所組成；她那篇論文也被譽為天文學領域最傑出的博士論文。
佩恩決定繼續留在哈佛研究天文學，不過哈佛大學向來不聘任女性為大學教授，天文學家也只有男性才有資格擔任，她只能領取低薪，以助理的身分從事研究工作，繼續為恆星演化與變星的物理解釋作出重要貢獻。
1938年，佩恩終於被賦予天文學家的頭銜，但要到1956年她才終於晉升為正教授，成為哈佛大學第一位獲此「殊榮」的女性；不久之後，她成為天文學系主任，又是哈佛史上第一位擔任系主任的女性。
回顧
佩恩以自身成就證明女性也能獨當一面，提升了女性的地位，也鼓舞更多女性投入天文學研究，理查·費曼的妹妹喬安·費曼（Joan Feynman）便是在哥哥送她的天文學教科書上讀到她的貢獻，而相信自己也能成為科學家。
1976年，美國天文學會授予佩恩「亨利·諾里斯·羅素獎」（沒錯，這個獎的名稱就是那位否定她再肯定她的天文學權威），她在獲獎感言中說：
「年輕科學家的獎勵是成為史上第一個看見某樣事物或理解某樣事物的人時，所產生的情感悸動。沒有什麼能與這種經驗相比。」
最後她也說：
「老科學家的回報則是看到一幅模糊的草圖逐漸化為精巧的風景所帶來的感觸。」
這無疑是佩恩一生不忮不求，也從不懷憂喪志，全心投入科學研究的內心寫照。
參考資料：
