"Dobil sem enega najlepših in najmanj pričakovanih rezultatov - Spektre zvezd!", In čudovite spektre z barvami in veličastnimi črtami. Še en korak in kemična sestava vesolja bo razkrita, "je astrofizik Pierre Jules César Janssen zapisal svoji ženi iz observatorija v Italiji decembra 1862. Oborožen z najnovejšo tehnologijo dneva in opazovanji drugih zahodnih astrofizikov, Janssen je bil odločen, da bo razkril skrivnosti galaksije.
18. avgusta 1868 je Janssen uspel prav to. Postal je prva oseba, ki je v sončnem spektru opazila helij, element, ki ga še nikoli nismo videli na Zemlji. Vendar Janssen takrat ni vedel, kaj je videl - samo to je bilo nekaj novega.
Sredi 1800-ih je bil vznemirljiv čas za pogled v nebesa. Nov instrument, imenovan spektroskop, je razširil polje astronomije. Po zasnovi podoben teleskopu je spektroskop deloval kot prizma super moči, razpršil svetlobo v merljive valovne dolžine. Zgodnji model je fiziku Josephu Fraunhoferju omogočil opazovanje sonca v zgodnjih 1800-ih, vendar so ga zmedle črne črte, ki so prekinjale običajne barve. Te črne črte so bile poimenovane po Fraunhoferju, čeprav ni razumel, kaj so.
To znanje bo prišlo nekaj desetletij kasneje z nemškimi raziskovalci Gustavom Kirchhoffom in Robertom Bunsenom. Leta 1859 sta Bunsen in Kirchoff odkrila, da segrevanje različnih elementov ustvarja svetle črte svetlobe v spektroskopu - in te svetlobne črte včasih ustrezajo temnim Fraunhoferjevim črtam.
Znanstveniki so ugotovili, da se svetle črte pojavijo, ko je zgorel vroč plin. Na primer vodik gori oranžno, ko pa ga opazujemo s spektroskopom, postane jasno, da oranžno sestavlja več posameznih ozkih valovnih dolžin. Podobno temne črte, ki jih je odkril Fraunhofer, predstavljajo svetlobo, ki jo absorbira hladnejši element na sončni površini. "Dva znanstvenika sta ugotovila, da vsak kemični element ustvari edinstven spekter, " piše Ameriški inštitut za fiziko. "To zagotavlja neke vrste" prstni odtis ", ki lahko potrdi prisotnost te kemikalije."
Z analizo emisijskih spektrov določenih elementov v laboratoriju, nato pa spektroskope obrnili na zvezde, so raziskovalci lahko ugotovili kemijsko sestavo vsega, od našega sonca do zvezd po galaksiji.
Spektroskop, zasnovan za pogled na sonce. (Wikimedia Commons) "Pred spektroskopom niste imeli pojma, iz česa je ustvarjeno sonce ali iz katerih so narejene zvezde, " pravi Deborah Warner, kustosinja oddelka za medicino in znanost v Nacionalnem muzeju ameriške zgodovine. "Kar naenkrat obstaja ta skoraj čarobna tehnika, s katero lahko spoznaš elemente teh oddaljenih teles. Novi elementi se prikažejo desno in levo, ker imate to novo orodje. "
Janssen se nestrpno ukvarja s to novo obliko analize svetlobe. Čeprav je živel v Parizu, je potoval po Evropi in Aziji v iskanju optimalnih izhodišč za opazovanje nočnega neba. Lovil se je tudi po mrkih, februarja 1867 obiskal Italijo in se nato odpravil vse do Gunturja v Indiji zaradi popolnega sončnega mrka 18. avgusta 1868. Francoska vlada in njena nacionalna akademija znanosti sta financirala to ekspedicijo, skupaj s tem drugega Francoza, ki je za obe poti porabil več kot 75.000 frankov.
Toda visoki stroški bi se izkazali za vredno naložbo. Na dan mrka, oborožen s svojim spektroskopom, je Janssen videl nekaj izjemnega: svetlo rumeno črto, katere valovna dolžina se ni ujemala z nobenim znanim elementom. Spekter se je najbolj približal vzorcu natrija, vendar je bil dovolj izrazit, da bi lahko zaslužil svojo lastno kategorijo. Zdelo se je, da je Janssen odkril nov element, ki ga na Zemlji še nikoli nismo videli.
Janssen je istočasno razkril nov način opazovanja sonca, ne da bi potreboval mrk, in sicer z uporabo spremenjenega obsega. O vsem tem je po mrku poslal Akademijo znanosti. Toda približno ob istem času je akademija prejela od angleškega astronoma Normana Lockyerja, da se je zgodil po izumu, ki mu je omogočil ogled sonca brez mrka, in podobno opazoval. Ker je vsak moški potrdil delo drugega, je bilo težko dodeliti dokončno priznanje. Astronom Hervé Faye je predlagal nekaj kompromisa: "Namesto da bi skušali sorazmeriti prednosti odkritja in ga posledično zmanjšati, bi bilo bolje, da bi celostno podelili celotno čast obema tem možem znanosti, ki ju ločuje nekaj tisoč kilometrov, ali so imeli vsi srečo, da so dosegli nematerialno in nevidno z metodo, ki je verjetno najbolj presenetljivo, kar si je genij opazovanja kdaj zamislil? "
Francoski astrofizik Pierre Jules Janssen je potoval po vsem svetu, da bi razumel kozmos, in je prvi videl vzorec valovne dolžine helija v svojem spektroskopu. (Wikimedia Commons) Oba raziskovalca sta se srčno strinjala, da si bosta delila čast odkritja, pozneje pa sta postala tesna prijatelja. Toda tudi pri navdušenju nad njihovim opazovanjem so ostala vprašanja. Najpomembnejše med njimi: Kaj natančno sta videla Janssen in Lockyer? Niso vsi znanstveniki verjeli opazovanju, saj se je Lockyer kmalu naučil. Z iskanjem dokazov, da bi podprl trditev, da je pomagal odkriti nov element, je Lockyer odšel k angleškemu kemiku Edwardu Franklandu, da bi poskusil reproducirati vzorec valovne dolžine v laboratoriju. Frankland je teoretiral, da ga lahko povzroči vodik pod ekstremno temperaturo in pritiskom, vendar niso bili uspešni pri poskusih, da bi ga ponovno ustvarili.
Skeptičnost do možnosti, da obstaja element v vesolju, ki pa ni na Zemlji, morda ni presenečenje, saj je bil prvi te vrste. Znanstveni zgodovinarji James L. Marshall in Virginia R. Marshall pišeta: "Frankland, morda previden zaradi številnih zmotnih" na novo odkritih elementov ", ki izhajajo iz zdaj dosegljivih visokoločljivostnih spektrov, trdi, da ne želi, da bi bilo njegovo ime povezano s tem imaginarni element, "tudi potem, ko je Lockyer javno objavil in ga imenoval" helij ", po grškem imenu sonca.
Niso vsi bili tako skeptični. Ameriški znanstvenik John William Draper je odkritje izpostavil leta 1876 v nagovoru na ustanovnem sestanku Ameriškega kemičnega društva. "Pogosto gledam svetlo rumen žarek, ki ga sončna kromosfera oddaja s tem neznanim elementom, helijem, kot so si ga astronomi prizadevali poimenovati. Zdi se, da drhti od navdušenja, ko pripoveduje svojo zgodbo in koliko nevidnih spremljevalcev ima, «je dejal Draper.
Spektroskop je šel skozi več iteracij, zato so znanstveniki zasnovo pogosto ukrotili. (Wikimedia Commons) Šele leta 1882 je fizik na Zemlji opazil helij. Italijanski fizik Luigi Palmieri je med analizo lave z gore Vesuvius zabeležil rumeno spektralno črto v svoje podatke. Temu odkritju so pozneje sledili poskusi, ki jih je na plin izvedel škotski kemik William Ramsay, in do leta 1895 so raziskovalci lahko dokončno rekli, da je helij obstajal tako na Zemlji kot na soncu. Ramsay je nadaljeval, da je pokazal, da je helij produkt radioaktivnega razpada radija in ga je postavil glede na druge elemente na periodični tabeli.
Danes je verjetno helij danes najbolj znan kot plin, ki napolni balončke za rojstne dneve, vendar plin služi tudi pomembnim namenom v medicinskih strojih (kot so MRI optični bralniki), pa tudi v vesoljskih ladjah in monitorjih sevanja. Uporablja se tudi v računalniških delih, mikroskopih, zračnih blazinah v avtomobilih in velikem hadronskem trkalniku, ki se uporablja v fizikalnih poskusih. Veliko jih skrbi pomanjkanje elementa, vendar veliko nahajališče v Tanzaniji pomeni, da smo verjetno že nekaj časa dobro oskrbovani.
Kar zadeva Janssena, je komaj počival na lovorikah, potem ko je na soncu opazil helij. V svoji dolgi znanstveni karieri je potoval v Peru, Švico, Japonsko, Alžirijo in drugod, da bi raziskal kozmos. Parizu je celo ušel z balonom z vročim zrakom leta 1870, ko je bilo mesto med francosko-prusko vojno pod obleganjem. Nestrpno je verjel v svoje delo, ko je nekoč napisal: "Študija svetlobe nam bo pokazala telesno organizacijo sveta."
Editor's note, 9/4/18: V prejšnji različici tega članka sta Lockyer in Janssen dejala zasluge za odkritje helija. To je bilo netočno, saj je bilo treba element prepoznati. Zaslužila sta si, da sta odkrila nov način opazovanja sonca brez mrka. Članek je bil spremenjen tako, da odraža to.
