„Uzyskałem jeden z najlepszych i najmniej oczekiwanych rezultatów - Widma gwiazd! - i piękne widma z kolorami i wspaniałymi liniami. Jeszcze tylko jeden krok, a skład chemiczny wszechświata zostanie ujawniony ”, napisał astrofizyk Pierre Jules César Janssen do swojej żony z obserwatorium we Włoszech w grudniu 1862 r. Uzbrojony w najnowszą technologię tego dnia i obserwacje innych zachodnich astrofizyków, Janssen postanowił otworzyć sekrety galaktyki.
18 sierpnia 1868 r. Janssen zdołał to zrobić. Stał się pierwszą osobą, która zaobserwowała hel, pierwiastek, którego nigdy wcześniej nie widziano na Ziemi w widmie słonecznym. W tym czasie jednak Janssen nie wiedział, co widział - po prostu to, że było to coś nowego.
Połowa XIX wieku była ekscytującym czasem, aby przyjrzeć się niebiosom. Nowy instrument zwany spektroskopem unosił się w górę astronomii. Spektroskop, podobny w konstrukcji do teleskopu, działał jak pryzmat o dużej mocy, rozpraszając światło na mierzalne długości fali. Wczesny model pozwolił fizykowi Josephowi Fraunhoferowi obserwować słońce na początku XIX wieku, ale zaskoczyły go czarne linie przerywające normalne kolory. Te czarne linie zostały nazwane na cześć Fraunhofera, chociaż nie rozumiał, czym one były.
Wiedzę tę zdobędzie kilkadziesiąt lat później wraz z niemieckimi badaczami Gustavem Kirchhoffem i Robertem Bunsenem. W 1859 r. Bunsen i Kirchoff odkryli, że ogrzewanie różnych elementów wytwarzało jasne linie światła w spektroskopie - i te linie światła czasami odpowiadały ciemnym liniom Fraunhofera.
Naukowcy ustalili, że jasne linie pojawiły się podczas spalania gorącego gazu. Na przykład wodór pali się na pomarańczowo, ale gdy obserwuje się go przez spektroskop, staje się jasne, że pomarańcza składa się z wielu pojedynczych wąskich długości fali światła. Podobnie ciemne linie, które odkrył Fraunhofer, reprezentowały światło pochłaniane przez chłodniejszy element na powierzchni Słońca. „Dwóch naukowców odkryło, że każdy pierwiastek chemiczny wytwarza unikalne spektrum”, pisze American Institute of Physics. „To rodzaj swoistego„ odcisku palca ”, który może potwierdzić obecność tej substancji chemicznej.”
Analizując widma emisyjne określonych pierwiastków w laboratorium, a następnie obracając ich spektroskopy na gwiazdach, badacze mogli ustalić skład chemiczny wszystkiego, od naszego Słońca po gwiazdy w całej galaktyce.
Spektroskop zaprojektowany do patrzenia na słońce. (Wikimedia Commons) „Przed spektroskopem nie miałeś pojęcia, z czego zbudowane jest słońce ani z jakich gwiazd” - mówi Deborah Warner, kustosz w dziale medycyny i nauki w National Museum of American History. „Nagle pojawia się ta niemal magiczna technika, dzięki której można poznać elementy tych odległych ciał. Nowe elementy pojawiają się po prawej i lewej stronie, ponieważ masz to nowe narzędzie. ”
Janssen chętnie zgłębił tę nową formę analizy światła. Chociaż mieszkał w Paryżu, podróżował po Europie i Azji w poszukiwaniu optymalnych punktów widokowych do obserwacji nocnego nieba. Ścigał także zaćmienia, odwiedzając Włochy w lutym 1867 r., A następnie udając się do Guntur w Indiach, na całkowite zaćmienie słońca w dniu 18 sierpnia 1868 r. Rząd francuski i jego krajowa Akademia Nauk sfinansowały tę wyprawę wraz z tą innego Francuza, który wydał ponad 75 000 franków na dwie podróże.
Ale wysoki koszt okazałby się godną inwestycją. W dniu zaćmienia, uzbrojony w swój spektroskop, Janssen zobaczył coś niezwykłego: jasnożółtą linię, której długość fali nie pasowała do żadnego znanego elementu. Widmo było najbliższe wzorcowi wykonanemu przez sód, ale było wystarczająco wyraźne, aby zasłużyć na swoją własną kategorię. Wyglądało na to, że Janssen odkrył nowy pierwiastek, którego nigdy wcześniej nie widziano na Ziemi.
W tym samym czasie Janssen odkrył nowy sposób obserwacji Słońca bez konieczności zaćmienia, używając zmodyfikowanego lunety. Po zaćmieniu przesłał wieści o tym wszystkim do Akademii Nauk. Ale mniej więcej w tym samym czasie Akademia otrzymała wiadomość od angielskiego astronoma Normana Lockyera, że dokonał się wynalazku, który pozwolił mu zobaczyć słońce bez zaćmienia, i dokonał podobnej obserwacji. Ponieważ praca każdego mężczyzny potwierdzała pracę drugiego, trudno było jednemu z nich przyznać ostateczne uznanie. Astronom Hervé Faye zasugerował coś na temat kompromisu: „Zamiast próbować proporcjonalnie zasłużyć się na odkrycie, a w konsekwencji pomniejszyć je, lepiej byłoby bezstronnie przypisać cały honor obu naukowcom, którzy oddzieleni kilkoma tysiącami mil, czy każdy z nich miał tyle szczęścia, że dotarł do tego, co niematerialne i niewidzialne, metodą, która jest prawdopodobnie najbardziej zadziwiająca, jaką kiedykolwiek stworzył geniusz obserwacji? ”
Francuski astrofizyk Pierre Jules Janssen podróżował po całym świecie, próbując zrozumieć kosmos, i jako pierwszy zobaczył wzór fal helu w swoim spektroskopie. (Wikimedia Commons) Dwaj badacze serdecznie zgodzili się dzielić zaszczyt odkrycia, a później zostali bliskimi przyjaciółmi. Ale nawet podekscytowani ich obserwacją pytania pozostały. Najważniejsze z nich: co dokładnie widzieli Janssen i Lockyer? Nie wszyscy naukowcy uwierzyli w tę obserwację, jak wkrótce dowie się Lockyer. Szukając dowodu na poparcie twierdzenia, że pomógł odkryć nowy element, Lockyer udał się do angielskiego chemika Edwarda Franklanda, aby spróbować odtworzyć wzór długości fali w laboratorium. Frankland wysunął teorię, że może być spowodowany wodorem w ekstremalnych temperaturach i ciśnieniach, ale nie udało się go odtworzyć.
Sceptycyzm co do możliwości istnienia elementu w kosmosie, ale nie na Ziemi, może nie jest zaskoczeniem, biorąc pod uwagę, że był to pierwszy tego rodzaju. Historycy nauki James L. Marshall i Virginia R. Marshall piszą: „Frankland, być może ostrożny ze względu na wiele błędnych„ nowo odkrytych elementów ”wynikających z dostępnych obecnie widm wysokiej rozdzielczości, utrzymywał, że nie chce, aby jego nazwisko było z tym związane element wyobrażony ”, nawet po tym, jak Lockyer wszedł na giełdę, nazywając go„ Helem ”, po greckiej nazwie słońca.
Nie wszyscy byli tacy sceptyczni. Amerykański naukowiec John William Draper wychwalał to odkrycie w 1876 roku w przemówieniu na inauguracyjnym spotkaniu American Chemical Society. „Często patrzę na jasny żółty promień emitowany z chromosfery Słońca przez ten nieznany pierwiastek, hel, jak to nazwali astronomowie. Wydaje się, że drżenie z podniecenia opowiada tę historię i ilu ma niewidzialnych towarzyszy ”- powiedział Draper.
Spektroskop przeszedł wiele iteracji, a naukowcy często sami poprawiali projekt. (Wikimedia Commons) Dopiero w 1882 roku fizyk zauważył hel na Ziemi. Włoski fizyk Luigi Palmieri zarejestrował żółtą linię widmową w swoich danych podczas analizy lawy z Wezuwiusza. Po tym odkryciu nastąpiły później eksperymenty na gazie przeprowadzone przez szkockiego chemika Williama Ramsaya, a w 1895 r. Badacze mogli definitywnie stwierdzić, że hel istniał zarówno na Ziemi, jak i na słońcu. Ramsay wykazał, że hel jest produktem rozpadu promieniotwórczego radu i umieścił go w stosunku do innych pierwiastków na układzie okresowym.
Dziś hel jest prawdopodobnie najlepiej znany jako gaz wypełniający balony urodzinowe, ale gaz ten służy również ważnym celom w urządzeniach medycznych (takich jak skanery MRI), a także w statkach kosmicznych i monitorach promieniowania. Jest również stosowany w częściach komputerowych, mikroskopach, poduszkach powietrznych w samochodach i dużym zderzaczu hadronów stosowanym w eksperymentach fizycznych. Wielu martwiło się niedoborami tego pierwiastka, ale duży depozyt znaleziony w Tanzanii oznacza, że zapewne jesteśmy dobrze zaopatrzeni przez pewien czas.
Jeśli chodzi o Janssena, ledwo spoczął na laurach po zauważeniu helu na słońcu. W trakcie swojej długiej kariery naukowej podróżował do Peru, Szwajcarii, Japonii, Algierii i gdzie indziej w poszukiwaniu kosmosu. Uciekł nawet z Paryża balonem na ogrzane powietrze w 1870 r., Kiedy miasto było oblężone podczas wojny francusko-pruskiej. Gorąco uwierzył w swoje dzieło, pisząc kiedyś: „Badanie światła pokaże nam fizyczną organizację systemu świata”.
Nota redaktora, 9.04.2018: W poprzedniej wersji tego artykułu Lockyer i Janssen podzielili udział w odkryciu helu. Było to niedokładne, ponieważ element nie został jeszcze rozpoznany. Dzielili się uznaniem za odkrycie nowego sposobu obserwacji słońca bez zaćmienia. Artykuł został zmodyfikowany, aby to odzwierciedlić.
