”Olen saavuttanut yhden hienoimmista ja vähiten odotettavissa olevista tuloksista - Tähtien spektrit! - sekä kauniit värispektrit ja upeat viivat. Vielä yksi askel ja maailmankaikkeuden kemiallinen koostumus paljastuu ”, kirjoitti astrofysiikka Pierre Jules César Janssen vaimonsa luokseen Italian observatoriosta joulukuussa 1862. Aseistettu viimeisimmällä päivän tekniikalla ja muiden länsimaisten astrofysiikkojen havainnoilla, Janssen päätti avautua galaksin salaisuuksiin.
18. elokuuta 1868 Janssen onnistui tekemään juuri sen. Hänestä tuli ensimmäinen henkilö, joka tarkkaili heliumia, elementtiä, jota ei koskaan ennen nähty maan päällä, aurinkospektrissä. Tuolloin Janssen ei kuitenkaan tiennyt mitä nähnyt - vain, että se oli jotain uutta.
1800-luvun puoliväli oli jännittävä aika katsoa taivaasta. Uusi instrumentti, nimeltään spektroskooppi, oli kasvamassa tähtitieteen kentällä. Samanlainen kuin teleskoopin suunnittelu, spektroskooppi toimi kuin supervoimainen prisma hajottaen valon mitattavissa oleviin aallonpituuksiin. Varhainen malli oli antanut fyysikolle Joseph Fraunhoferille mahdollisuuden tarkkailla aurinkoa 1800-luvun alkupuolella, mutta häntä hämmästelivät mustat viivat, jotka keskeyttivät normaalit värit. Nämä mustat viivat nimettiin Fraunhoferiksi, vaikka hän ei ymmärtänyt mitä ne olivat.
Tämä tieto tuli useita vuosikymmeniä myöhemmin, saksalaisten tutkijoiden Gustav Kirchhoffin ja Robert Bunsenin kanssa. Vuonna 1859 Bunsen ja Kirchoff havaitsivat, että erilaisten elementtien kuumentaminen tuotti kirkkaita valolinjoja spektroskoopissa - ja nämä valoradat vastasivat joskus tummia Fraunhofer-linjoja.
Tutkijat totesivat, että kirkkaat viivat ilmestyivät, kun kuuma kaasu poltettiin. Esimerkiksi vety palaa oranssina, mutta kun sitä havaitaan spektroskoopin avulla, käy selväksi, että oranssi koostuu useasta yksittäisestä kapeasta valon aallonpituudesta. Samoin Fraunhoferin löytämät tummat viivat edustivat valoa, jonka jäähdytin elementti absorboi auringon pinnalla. "Kaksi tutkijaa havaitsivat, että jokainen kemiallinen elementti tuottaa ainutlaatuisen spektrin", American Physics Institute kirjoittaa. "Tämä tarjoaa eräänlaisen" sormenjäljen ", joka voi vahvistaa kyseisen kemikaalin esiintymisen."
Analysoimalla laboratoriossa olevien tiettyjen elementtien emissiospektrit ja kääntämällä sitten niiden spektroskooppeja tähtiin, tutkijat pystyivät selvittämään kaiken kemiallisen koostumuksen auringosta aurinkosta tähtiin galaksin läpi.
Spektroskooppi, joka on suunniteltu katsomaan aurinkoa. (Wikimedia Commons) "Ennen spektroskooppia sinulla ei ollut aavistustakaan siitä, mistä auringosta tehtiin tai mistä tähdet on tehty", kertoo Deborah Warner, kuraattori, joka on toiminut lääketieteen ja tieteen osastolla Kansallisen historian museossa. ”Yhtäkkiä on olemassa tämä melkein maaginen tekniikka, jolla voit tuntea näiden kaukaisten kappaleiden elementit. Uudet elementit näkyvät oikealla ja vasemmalla, koska sinulla on tämä uusi työkalu. ”
Janssen uppoutuu innokkaasti tähän uuteen kevyen analyysin muotoon. Vaikka hän asui Pariisissa, hän matkusti ympäri Eurooppaa ja Aasiaa etsimään optimaalisia näkökulmia yötaivaan tarkkailuun. Hän ajoi myös pimennysten jälkeen, vieraillessa Italiassa helmikuussa 1867 ja matkalla sitten Intiaan Gunturiin koko elokuun 18. päivän 1868 auringonpimennyksestä. Ranskan hallitus ja sen kansallinen tiedeakatemia rahoittivat tätä retkikuntaa yhdessä sen kanssa. toisen ranskalaisen, kuluttaen yli 75 000 frangia kahteen matkaan.
Mutta korkeat kustannukset osoittaisivat arvokkaan sijoituksen. Pimennyspäivänä, joka oli aseistettu spektroskoopillaan, Janssen näki jotain erikoista: kirkkaan keltaista viivaa, jonka aallonpituus ei vastannut mitään tunnettua elementtiä. Spektri tuli lähinnä natriumin tekemää mallia, mutta oli riittävän selkeä ansaitakseen oman kategoriansa. Näytti siltä, että Janssen oli löytänyt uuden elementin, jota ei koskaan ennen nähty maan päällä.
Samanaikaisesti Janssen löysi uuden tavan tarkkailla aurinkoa ilman pimennystä tarvitsevaa muokattua laajuutta. Hän lähetti kaiken tämän sanan tiedeakatemiaan pimennyksen jälkeen. Mutta suunnilleen samaan aikaan Akatemia sai englantilaiselta tähtitieteilijältä Norman Lockyerilta sanan, että hän oli saanut aikaan samanlaisen havainnon keksinnöstä, joka antoi hänelle mahdollisuuden nähdä aurinko ilman pimennystä. Kun jokaisen miehen työ vahvisti toisen työtä, kummallekin oli vaikea myöntää lopullista hyvitystä. Astronomi Hervé Faye ehdotti jotakin kompromissista: ”Sen sijaan, että yrittäisimme verrata löytön ansioita ja pienentää sitä, olisiko parempi antaa puolueettomasti koko kunnia molemmille tieteen miehille, jotka erotettiin tuhansien tuhansien välillä. mailia, ovatko molemmat onnistuneet pääsemään aineettomaan ja näkymättömään menetelmällä, joka on luultavasti hämmästyttäväin mitä havainnon nero on koskaan ajatellut? "
Ranskalainen astrofysiikka Pierre Jules Janssen matkusti ympäri maailmaa yrittäessään ymmärtää kosmosta, ja hän havaitsi ensimmäisenä spektroskoopissaan heliumin aallonpituuskuvion. (Wikimedia Commons) Kaksi tutkijaa suostui sydämellisesti jakamaan kunnia löytölle, ja heistä tuli myöhemmin läheisiä ystäviä. Mutta jopa innostuneena heidän havainnoistaan, kysymykset pysyivät. Tärkein heidän joukossa: Mitä tarkalleen Janssen ja Lockyer olivat nähneet? Kaikki tutkijat eivät uskoneet havaintoon, koska Lockyer oli pian oppinut. Lockyer haki todistusaineistoa väitteelleen, että hän olisi auttanut löytämään uuden elementin, ja meni englantilaisen kemian Edward Franklandin luo yrittämään toistaa aallonpituuskuviota laboratoriossa. Frankland teoretisoi sen johtuvan vedystä äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa, mutta he olivat epäonnistuneita yrittäessään uudelleen luoda se.
Skeptisyys avaruudessa olemassa olevan, mutta ei maapallossa olevan elementin mahdollisuudesta ei ehkä ole yllättävää, kun otetaan huomioon, että se oli ensimmäinen laatuaan. Tiedehistorioitsijat James L. Marshall ja Virginia R. Marshall kirjoittavat: ”Frankland, joka on ehkä varovainen monien virheellisten” vasta löydettyjen elementtien ”vuoksi, jotka johtuvat nyt saatavilla olevista korkean resoluution spektristä, väittivät, että hän ei halunnut, että hänen nimensä liitetään tähän. kuvitteellinen elementti ”, vaikka Lockyer meni julkisuuteen puhuttaen siitä” Helium ”kreikkalaisen aurinko-nimen jälkeen.
Kaikki eivät olleet niin skeptisiä. Amerikkalainen tiedemies John William Draper korosti keksintöä vuonna 1876 puheessaan American Chemical Society -järjestön perustajakokoukseen. ”Katson usein aurinkokromosfääristä säteilemää kirkkaankeltaista säteilyä sen tuntemattoman elementin, heliumin avulla, kuten tähtitieteilijät ovat uskaltavat kutsua sitä. Tuntuu vapina jännityksestä kertoa tarinansa ja kuinka moni näkymätön seuralainen sillä on ”, Draper sanoi.
Spektroskooppi läpäisi useita iteraatioita, ja tutkijat usein säästelivät mallia yksinään. (Wikimedia Commons) Vasta vuonna 1882 fyysikko huomasi heliumia maapallolla. Italialainen fyysikko Luigi Palmieri kirjasi keltaisen spektriviivan tietoihinsa analysoidessaan laavaa Vesuviuksen vuorelta. Tätä löytöä seurasi myöhemmin skotlantilainen kemisti William Ramsay kaasulla suoritetut kokeilut, ja vuoteen 1895 mennessä tutkijat voisivat lopullisesti sanoa, että heliumia oli olemassa sekä maapallolla että auringossa. Ramsay jatkoi osoittaen, että helium oli radumin radioaktiivisen hajoamisen tuote, ja asetti sen suhteessa jaksollisen taulukon muihin elementteihin.
Nykyään helium tunnetaan nykyään parhaiten kaasuna, joka täyttää syntymäpäiväpallot, mutta kaasu palvelee myös tärkeitä tarkoituksia lääketieteellisissä koneissa (kuten MRI-skannerit) sekä avaruusaluksissa ja säteilymonitorissa. Sitä käytetään myös tietokoneen osissa, mikroskoopeissa, autojen turvatyynyissä ja fysiikan kokeissa käytetyssä suuressa hadronin törmäyksessä. Paljon on huolissaan elementin pulasta, mutta Tansaniasta löydetty suuri talletus tarkoittaa, että olemme todennäköisesti hyvin toimittuneita jonkin aikaa.
Janssenin suhteen hän tuskin lepäsi laakereillaan havaittuaan heliumia auringossa. Pitkän tieteellisen uransa aikana hän matkusti Peruun, Sveitsiin, Japaniin, Algeriaan ja muualle etsiäkseen ymmärtääkseen kosmosta. Hän jopa pakeni Pariisista kuumailmapalloilla vuonna 1870, kun kaupunki oli piirityksen alla Ranskan ja Preussin sodan aikana. Hän uskoi kiihkeästi työhönsä kirjoittaessaan kerran: "Valon tutkimus näyttää meille maailmanjärjestelmän fyysisen organisaation."
Toimittajan huomautus, 4.9.1998: Tämän artikkelin edellisessä versiossa todettiin, että Lockyer ja Janssen jakoivat hyvityksen heliumin löytämisestä. Tämä oli epätarkka, koska elementti oli vielä tunnustettava. He antoivat tunnustusta uuden tavan havainnoinnille ilman auringonpimennystä. Artikkeli on muutettu vastaamaan tätä.
