„Am obținut unul dintre cele mai frumoase și cel mai puțin așteptate rezultate - Spectrele stelelor! - și spectre frumoase, cu culori și linii magnifice. Doar un pas în plus și compoziția chimică a universului va fi dezvăluită ”, a scris astrofizicianul Pierre Jules César Janssen soției sale de la un observator din Italia în decembrie 1862. Înarmat cu cea mai recentă tehnologie a zilei și observații făcute de alți astrofizici occidentali, Janssen era hotărât să deschidă tainele galaxiei.
La 18 august 1868, Janssen a reușit să facă exact asta. El a devenit prima persoană care a observat heliu, element care nu a mai fost văzut niciodată pe Pământ, în spectrul solar. La vremea aceea, însă, Janssen nu știa ce văzuse - doar că era ceva nou.
La mijlocul anilor 1800 a fost o perioadă captivantă pentru a privi la ceruri. Un nou instrument numit spectroscop a fost în creșterea domeniului astronomiei. Similar în ceea ce privește un telescop, spectroscopul funcționa ca o prismă super-alimentată, dispersând lumina în lungimi de undă măsurabile. Un model timpuriu i-a permis fizicianului Joseph Fraunhofer să observe soarele la începutul anilor 1800, dar a fost nedumerit de linii negre care întrerupeau culorile normale. Aceste linii negre au fost numite pentru Fraunhofer, chiar dacă nu a înțeles care sunt.
Aceste cunoștințe vor veni câteva decenii mai târziu, cu cercetătorii germani Gustav Kirchhoff și Robert Bunsen. În 1859, Bunsen și Kirchoff au descoperit că încălzirea diferitelor elemente produce linii strălucitoare de lumină în spectroscop - iar acele linii de lumină corespundeau uneori cu liniile întunecate ale lui Fraunhofer.
Oamenii de știință au stabilit că liniile strălucitoare au apărut atunci când a ars un gaz fierbinte. De exemplu, hidrogenul arde portocaliu, dar atunci când este observat printr-un spectroscop, devine clar că portocalul este format din mai multe lungimi de undă înguste de lumină. În mod similar, liniile întunecate pe care le-a descoperit Fraunhofer au reprezentat lumina fiind absorbită de un element mai rece la suprafața soarelui. „Cei doi oameni de știință au descoperit că fiecare element chimic produce un spectru unic”, scrie Institutul American de Fizică. „Aceasta oferă un fel de„ amprentă digitală ”care poate confirma prezența acelei substanțe chimice.”
Analizând spectrele de emisie ale unor elemente specifice în laborator, apoi întorcându-și spectroscopii pe stele, cercetătorii ar putea realiza compoziția chimică a tuturor, de la soarele nostru la stelele de pe galaxia.
Un spectroscop proiectat pentru a privi soarele. (Wikimedia Commons) „Înainte de spectroscop nu aveți idee din ce a fost făcut soarele sau din ce stele sunt făcute”, spune Deborah Warner, o curatoră în divizia de medicină și știință la Muzeul Național de Istorie Americană. „Dintr-o dată, există această tehnică aproape magică prin care poți cunoaște elementele acestor corpuri îndepărtate. Elementele noi apar în dreapta și la stânga pentru că aveți acest nou instrument. "
Janssen a intrat cu nerăbdare în această nouă formă de analiză ușoară. Deși locuia la Paris, a călătorit prin Europa și Asia în căutarea unor puncte de vedere optime pentru observarea cerului nopții. De asemenea, el a urmărit după eclipse, vizitând Italia în februarie 1867 și apoi mergând până la Guntur, India, pentru eclipsa totală de solar din 18 august 1868. Guvernul francez și Academia națională de științe au finanțat ambele această expediție, împreună cu aceea a unui alt francez, cheltuind peste 75.000 de franci pentru cele două călătorii.
Dar costul ridicat s-ar dovedi o investiție demnă. În ziua eclipsei, înarmat cu spectroscopul său, Janssen a văzut ceva extraordinar: o linie galbenă strălucitoare a cărei lungime de undă nu se potrivea cu niciun element cunoscut. Spectrul s-a apropiat cel mai mult de modelul produs de sodiu, dar era suficient de distinct pentru a-și merita propria categorie. Se părea că Janssen descoperise un element nou, unul niciodată văzut pe Pământ.
În același timp, Janssen a descoperit un nou mod de a observa soarele fără a fi nevoie de o eclipsă, folosind un domeniu modificat. El a trimis cuvinte despre toate acestea Academiei de Științe după eclipsă. Dar în același timp, Academia a primit de la astronomul englez Norman Lockyer că a întâmplat o invenție care i-a permis să vadă soarele fără eclipsă și a făcut o observație similară. Datorită faptului că munca fiecăruia îi confirmă celălalt, a fost greu să acorde un credit definitiv fiecăruia. Astronomul Hervé Faye a sugerat ceva de compromis: „În loc să încerce să proporționeze meritul descoperirii și, în consecință, să-l diminueze, ar fi mai bine să atribuim în mod imparțial întreaga onoare ambilor oameni de știință, care, despărțiți de câteva mii de kilometri, au avut fiecare norocul să ajungă la intangibil și invizibil printr-o metodă care este probabil cea mai uimitoare pe care geniul observației a conceput-o vreodată? "
Astrofizicistul francez Pierre Jules Janssen a călătorit prin toată lumea în încercarea de a înțelege cosmosul și a fost primul care a observat modelul lungimii de undă a heliului din spectroscopul său. (Wikimedia Commons) Cei doi cercetători au acceptat cu drag să împărtășească onoarea descoperirii, iar ulterior au devenit prieteni apropiați. Dar chiar și cu emoția observației lor, au rămas întrebări. Cel mai important dintre ei: Ce au văzut exact Janssen și Lockyer? Nu toți oamenii de știință au crezut observația, deoarece Lockyer avea să învețe în curând. Căutând dovezi pentru a susține afirmația că a ajutat la descoperirea unui element nou, Lockyer a mers la chimistul englez Edward Frankland pentru a încerca să reproducă modelul lungimii de undă din laborator. Frankland a teoretizat că ar putea fi cauzat de hidrogen la temperaturi și presiuni extreme, dar nu au reușit în încercările lor de a-l recrea.
Scepticismul asupra posibilității unui element existent în spațiu, dar nu și pe Pământ, este poate că nu este o surpriză, având în vedere că a fost primul de acest fel. Istoricii științei James L. Marshall și Virginia R. Marshall scriu, „Frankland, poate precaut din cauza numeroaselor„ elemente recent descoperite ”care rezultă din spectrele de înaltă rezoluție disponibile acum, au susținut că nu dorea să-i asocieze numele. element imaginar ”, chiar și după ce Lockyer a devenit public, numindu-l„ Helium ”, după numele grecesc pentru soare.
Nu toată lumea era atât de sceptică. Savantul american John William Draper a extras descoperirea în 1876, într-o adresă a reuniunii inaugurale a American Chemical Society. „Mă uit adesea la raza galbenă strălucită emisă de cromosfera soarelui, de către acel element necunoscut, heliu, așa cum s-au încumetat să îl numească astronomi. Pare să tremure de emoție să-și spună povestea și câți însoțitori nevăzuți are ”, a spus Draper.
Spectroscopul a trecut prin mai multe iterații, iar oamenii de știință au modificat adesea designul pe cont propriu. (Wikimedia Commons) Abia în 1882, un fizician a observat heliu pe Pământ. Fizicianul italian Luigi Palmieri a înregistrat în datele sale linia spectrală galbenă în timp ce a analizat lavele de pe Muntele Vesuviu. Descoperirea a fost urmată ulterior de experimente efectuate pe gaz de chimistul scoțian William Ramsay, iar de către cercetătorii din 1895 au putut spune în mod definitiv că heliul a existat atât pe Pământ, cât și în soare. Ramsay a continuat să arate heliu este un produs al descompunerii radioactive a radiului și l-a plasat în raport cu alte elemente de pe tabelul periodic.
Astăzi, heliul este cel mai cunoscut astăzi drept gazul care umple baloane de ziua de naștere, dar gazul servește și în scopuri importante în mașinile medicale (precum scanerele IRM), precum și în monitoarele spațiale și radiațiile. De asemenea, este folosit în piese de calculator, microscopuri, airbag-uri în mașini și colizorul mare de hadron utilizat în experimentele de fizică. Mulți s-au îngrijorat cu privire la deficiențele elementului, dar un depozit mare găsit în Tanzania înseamnă că suntem probabil aprovizionate de ceva timp.
Cât despre Janssen, el s-a odihnit cu greu pe lauri după ce a observat heliu la soare. De-a lungul lungii sale cariere științifice, a călătorit în Peru, Elveția, Japonia, Algeria și în alte părți, în căutarea sa pentru a înțelege cosmosul. Chiar a scăpat de Paris într-un balon cu aer cald în 1870, când orașul era sub asediu în timpul războiului franco-prusac. El a crezut cu fervoare în lucrarea sa, odată ce a scris, „Studiul luminii ne va arăta organizarea fizică a sistemului lumii.”
Nota editorului, 9/4/18: O versiune anterioară a acestui articol declara că Lockyer și Janssen au împărtășit un credit pentru descoperirea heliului. Acest lucru a fost inexact, deoarece elementul nu trebuia încă recunoscut. Au împărtășit creditul pentru descoperirea unui nou mod de a observa soarele fără o eclipsă. Articolul a fost modificat pentru a reflecta acest lucru.
