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Cecilia Helena Payne-Gaposchkin是一位英国出生的美国天文学家和天体物理学家，她在1925年的博士论文中提出恒星主要由氢和氦组成。她的突破性结论最初遭到拒绝，因为它与当时的科学观点相悖，当时认为太阳和地球之间没有显著的元素差异。独立的观测最终证明了她的正确性。
早年生活
Cecilia Helena Payne是英国白金汉郡温德弗出生的三个孩子之一，父母是Emma Leonora Helena née Pertz和Edward John Payne（伦敦律师、历史学家和音乐家，曾是牛津大学研究员）。她的母亲来自普鲁士家族，有两位杰出的叔叔，历史学家Georg Heinrich Pertz和瑞典堡派作家James John Garth Wilkinson；她的妹妹Florence是钢琴家。Cecilia Payne的父亲在她四岁时去世，迫使她的母亲独自抚养这个家庭。
Cecilia Payne在温德弗的由Elizabeth Edwards经营的私立学校开始上学。十二岁时，母亲为了Cecilia的哥哥Humfry（后来成为考古学家）的教育而搬到伦敦。Cecilia进入帕丁顿St Mary's College，在那里她无法学到很多数学或科学，但1918年转入St Paul's Girls' School。在那里，在学校教音乐的Gustav Holst敦促她追求音乐职业，但她更愿意专注于科学。第二年她赢得了奖学金，支付了她在剑桥大学Newnham College的全部费用，她最初学习植物学、物理和化学，但在第一年后放弃了植物学。在她听了Arthur Eddington关于他1919年前往几内亚湾西海岸的Príncipe岛观测和拍摄日食附近的恒星以测试Albert Einstein广义相对论的讲座后，她对天文学的兴趣开始了。她对这次讲座说："结果是我的世界观的完全转变。我的世界被如此剧烈地震动，我经历了类似于精神崩溃的事情。"她完成了她的学业，但由于性别原因未获得学位；剑桥大学直到1948年才向女性授予学位。
Payne意识到她在英国的唯一职业选择是成为教师，所以她寻求能让她移居美国的赠款。在被介绍给Harlow Shapley（哈佛学院天文台主任，他刚刚建立了天文学研究生项目）后，她于1923年离开英国。这是由一项鼓励女性在天文台学习的奖学金实现的。Adelaide Ames在1922年成为奖学金的第一位学生；Payne是第二位。
博士论文
Shapley劝说Payne写一篇博士论文，所以在1925年她成为第一位获得哈佛大学Radcliffe College天文学博士学位的人。她的论文标题是《恒星大气；对恒星逆转层中高温的观测研究的贡献》。
Payne通过应用印度物理学家Meghnad Saha开发的电离理论，能够准确地将恒星的光谱分类与它们的实际温度联系起来。她表明恒星吸收线的巨大变化是由于不同温度下电离程度不同引起的，而不是由于元素数量不同。她发现硅、碳和太阳光谱中看到的其他常见金属的相对含量与地球上大约相同，与当时接受的信念一致，该信念认为恒星的元素组成与地球大约相同。然而，她发现氦和特别是氢的丰度要大得多，氢的丰度约为一百万倍。她的论文得出结论，氢是恒星的绝对成分，使其成为宇宙中最丰富的元素。
然而，当Payne的论文被审查时，遵循美国物理学家Henry Rowland理论的天文学家Henry Norris Russell劝阻她得出太阳成分主要由氢组成的结论，因为这将违反太阳和地球的元素组成相似的当前科学共识。1914年，他在一篇学术文章中写道：
太阳和地球列表的一致性强烈确认了Rowland的观点，即如果地球的地壳升温到太阳大气的温度，它将产生非常相似的吸收光谱。太阳和其他恒星的光谱相似，所以看起来宇宙中元素的相对丰度与地球地壳中的相似。
太阳和地球列表的一致性强烈确认了Rowland的观点，即如果地球的地壳升温到太阳大气的温度，它将产生非常相似的吸收光谱。太阳和其他恒星的光谱相似，所以看起来宇宙中元素的相对丰度与地球地壳中的相似。
Payne因此将她的结果描述为"虚假的"。几年后，天文学家Otto Struve将她的工作描述为"有史以来在天文学中写的最杰出的博士论文"。当Russell用不同的方法得出相同的结果时，他也意识到她是正确的。1929年，他在一篇论文中发表了他的发现，该论文钦佩地承认了Payne的早期工作和发现；尽管如此，他经常被认为是她所得出的结论的发现者。
职业
获得博士学位后，Payne研究了高光度恒星，以了解银河系的结构。后来她调查了所有亮于第十星等的恒星。她随后研究了变星，与她的助手进行了超过125万次观测。这项工作后来扩展到麦哲伦星云，增加了另外200万次变星观测。这些数据被用来确定恒星演化的路径。她在她的第二本书《高光度恒星》（1930年）中发表了她的结论。她和她的丈夫Sergei Gaposchkin对变星进行的观测和分析为所有后续的此类研究奠定了基础。
Payne-Gaposchkin在她的整个生命中保持科学活跃，在哈佛大学度过了她的整个学术生涯。当她开始时，女性被禁止成为哈佛的教授，所以她花了多年时间从事不太知名、低报酬的研究工作。尽管如此，她的工作导致了几本已出版的书籍，包括《高光度恒星》（1930年）、《变星》（1938年）和《变星和银河系结构》（1954年）。Shapley曾努力改善她的地位，1938年她获得了"天文学家"的头衔。按照Payne的要求，她的头衔后来改为Phillips天文学家。她在1943年被选为美国艺术与科学学院的院士。她的课程直到1945年才被记录在哈佛大学目录中。
当Donald Menzel在1954年成为哈佛学院天文台主任时，他试图改善她的任职，1956年她成为第一位从哈佛艺术与科学学院内部被晋升为正教授的女性。后来，凭借她在天文学系主席的任职，她也成为了哈佛第一位领导一个系的女性。
她的学生包括Helen Sawyer Hogg、Joseph Ashbrook、Frank Drake、Harlan Smith和Paul W. Hodge，他们都为天文学做出了重要贡献。她还指导了Frank Kameny，他后来成为同性恋权利的杰出倡导者。
Payne-Gaposchkin在1966年从积极教学中退休，随后被任命为哈佛名誉教授。她继续在史密森天体物理天文台的工作人员身份下进行研究，并编辑了由哈佛天文台出版的期刊和书籍二十年。
遗产
Payne的职业生涯标志着哈佛学院天文台的一个转折点。在Harlow Shapley和Payne-Gaposchkin称之为导师的Dr E. J. Sheridan的领导下，天文台已经为女性提供了比其他机构更多的天文学机会，在本世纪早期已经有Williamina Fleming、Antonia Maury、Annie Jump Cannon和Henrietta Swan Leavitt所取得的显著成就。然而，随着Payne的博士学位，女性进入了主流。
她在这个男性主导的科学界开创的道路激励了许多人。例如，她成为天体物理学家Joan Feynman的榜样。Feynman的母亲和祖母曾劝阻她追求科学，因为她们认为女性在身体上无法理解科学概念。当Feynman在天文学教科书中看到Payne-Gaposchkin的一些工作时，她后来受到启发。看到Payne-Gaposchkin的研究以这种方式发表，使Feynman相信她实际上可以追随她的科学热情。
在接受美国天文学会的Henry Norris Russell奖时，Payne谈到了她对研究的终身热情："年轻科学家的奖励是作为世界历史上第一个看到或理解某些东西的人所获得的情感刺激。没有什么可以与那种经历相比。老科学家的奖励是看到模糊的素描成长为杰作风景的感觉。"
个人生活
在她的自传中，Payne讲述说在学校期间她创建了一个关于祈祷有效性的实验，将她的考试分为两组，只为其中一组祈祷成功，另一组是对照组。她在后者组获得了更高的分数。后来，她成为了不可知论者。
1931年，Payne成为美国公民。在1933年的欧洲巡回演出中，她在德国遇见了俄罗斯出生的天体物理学家Sergei I. Gaposchkin。她帮助他获得了进入美国的签证，他们于1934年3月结婚，定居在马萨诸塞州历史悠久的列克星敦镇，距离哈佛大学不远。Payne在自己的名字后添加了她丈夫的名字，Payne-Gaposchkins有三个孩子：Edward、Katherine和Peter。Payne的女儿记得她是"一位受启发的裁缝、一位富有创意的编织者和一位贪读的读者"。Payne和她的家人是列克星敦第一一神论教堂的成员，Cecilia在那里教主日学。她也积极参与贵格会。她于1979年12月7日在马萨诸塞州剑桥市的家中去世。在她去世前不久，Payne私自印制了她的自传《染料商之手》。后来以《Cecilia Payne-Gaposchkin：自传和其他回忆录》的名义重印。
Payne的弟弟Humfry Payne（1902-1936），娶了作家和电影评论家Dilys Powell，成为了雅典英国考古学院的主任。Payne的孙女Cecilia Gaposchkin是达特茅斯学院中世纪晚期文化史和法国历史的教授。
荣誉和奖项
- 在剑桥仍是学生时被选为皇家天文学会成员 1923年
- Annie J. Cannon天文学奖 1934年 – 首位获奖者
- 美国哲学会成员 1936年
- 美国艺术与科学学院成员 1943年
- Radcliffe College功绩奖 1952年
- Rittenhouse天文学会的Rittenhouse奖章（来自富兰克林研究所）1961年
- 哈佛大学名誉教授 1967年
- 美国天文学会Henry Norris Russell讲座 1976年
- 美国物理学会博士论文奖在天体物理学中改名为Cecilia Payne-Gaposchkin博士论文奖在天体物理学中 2018年
- 来自Rutgers大学、Wilson College、Smith College、Western College、Colby College和宾夕法尼亚女子医学院的荣誉学位
- 以她命名的小行星2039 Payne-Gaposchkin
- 金星上以她命名的Payne-Gaposchkin Patera火山。
- 部署在南非的ASAS-SN望远镜之一以她的名字命名。
- 物理学研究所Cecilia Payne-Gaposchkin奖章和奖项以纪念她 2008年。
精选参考书目
已发表的学术书籍：
重要研究论文：
- —— 1936年，"关于超新星的物理条件"，《国家科学院学报》，22卷6期：332–6，Bibcode:1936PNAS...22..332P，doi:10.1073/pnas.22.6.332，JSTOR 86556，PMC 1076773，PMID 16588077
- Whipple，F. L.；—— 1936年，"关于Her新星的亮线光谱"，《国家科学院学报》，22卷4期：195–200，Bibcode:1936PNAS...22..195W，doi:10.1073/pnas
