星星是什麼做的?
撰文: 李昫岱
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核心摘要:從光譜到恆星真相
這場跨越百年的科學接力賽,最終由塞西莉亞.佩恩(Cecilia Payne)跑完關鍵的最後一棒,
推翻了當時「太陽與地球組成相似」的錯誤認知。
1. 早期發現:太陽中的元素
-19世紀中葉,科學家開始利用光譜儀觀測太陽:
-本生與克希荷夫:1859年發現太陽光譜中存在各種元素。
-埃格斯特朗:1862年確認太陽含有氫。
-讓森:1868年透過日全食發現新元素氦。
-困境:當時缺乏量子力學理論,科學家無法解釋各元素的含量比例。
2. 關鍵人物:塞西莉亞.佩恩
•背景:
佩恩在劍橋大學受愛丁頓演講啟發投身天文,但因當時英國對女性的學術歧視(不授予學位),轉往美國哈佛大學天文台發展。
•科學突破:
她結合哈佛豐富的光譜資料與新興的量子力學,於1925年完成博士論文。
•兩大發現:
1.恆星光譜分類(O, B, A, F, G, K, M)本質上是表面溫度的序列。
2.恆星絕大部分由氫和氦組成,而非當時主流認知的類地組成。
3. 波折與平反
•權威的質疑:
當時的天文權威亨利.羅素不認同佩恩的結論,迫使她在論文中加上「這結論幾乎肯定不是真的」的違心之論。
•真相大白:
四年後,羅素透過自己的計算證實了佩恩的正確性,並承認其功勞。
現已證實太陽質量約 73% 為氫,25% 為氦。
•總結:女性科學家的貢獻
這段歷史不僅是光譜學的進步,更突顯了如弗萊明、坎農及佩恩等女性科學家,在重重性別限制下,仍為天文學做出了決定性的貢獻。
下圖為是塞西莉亞.佩恩(拍攝於哈佛大學天文台)