«Я получил один из лучших и наименее ожидаемых результатов - спектры звезд! - и прекрасные спектры с цветами и великолепными линиями. Еще один шаг, и химический состав Вселенной будет раскрыт », - писал астрофизик Пьер Жюль Сезар Янссен своей жене из обсерватории в Италии в декабре 1862 года. Вооружившись новейшими технологиями того времени и наблюдениями других западных астрофизиков, Янссен был полон решимости открыть секреты галактики.
18 августа 1868 года Янссену удалось сделать именно это. Он стал первым человеком, который наблюдал гелий, элемент, никогда ранее не встречавшийся на Земле в солнечном спектре. В то время, однако, Янссен не знал, что он видел - просто что-то новое.
Середина 1800-х годов была захватывающим временем, чтобы взглянуть на небеса. Новый инструмент, названный спектроскоп, разворачивал область астрономии. По своему дизайну похож на телескоп, спектроскоп работал как сверхмощная призма, рассеивая свет на измеряемые длины волн. Ранняя модель позволила физику Джозефу Фраунгоферу наблюдать солнце в начале 1800-х годов, но он был озадачен черными линиями, нарушающими нормальные цвета. Эти черные линии были названы в честь Фраунгофера, хотя он не понимал, что они были.
Это знание придет через несколько десятилетий вместе с немецкими исследователями Густавом Кирхгофом и Робертом Бунзеном. В 1859 году Бунзен и Кирхофф обнаружили, что при нагревании различных элементов в спектроскопе появляются яркие линии света, и эти линии света иногда соответствуют темным линиям Фраунгофера.
Ученые определили, что яркие линии появлялись при сжигании горячего газа. Например, водород горит оранжевым, но при наблюдении через спектроскоп становится ясно, что оранжевый состоит из множества отдельных узких световых волн. Точно так же темные линии, обнаруженные Фраунгофером, представляли свет, поглощаемый более холодным элементом на поверхности Солнца. «Два ученых обнаружили, что каждый химический элемент производит уникальный спектр», - пишет Американский институт физики. «Это обеспечивает своего рода« отпечаток пальца », который может подтвердить присутствие этого химического вещества».
Анализируя спектры излучения конкретных элементов в лаборатории, а затем поворачивая свои спектроскопы на звездах, исследователи могли определить химический состав всего, от нашего Солнца до звезд по всей галактике.
Спектроскоп предназначен для взгляда на солнце. (Wikimedia Commons) «До спектроскопа вы понятия не имели, из чего сделано солнце или из чего сделаны звезды», - говорит Дебора Уорнер, куратор отдела медицины и науки в Национальном музее американской истории. «Внезапно появляется эта почти волшебная техника, с помощью которой вы можете узнать элементы этих далеких тел. Новые элементы появляются справа и слева, потому что у вас есть этот новый инструмент ».
Янссен охотно погрузился в эту новую форму анализа света. Хотя он жил в Париже, он путешествовал по Европе и Азии в поисках оптимальных точек обзора для наблюдения за ночным небом. Он также преследовал после затмений, посетив Италию в феврале 1867 года, а затем отправившись в Гунтур, Индия, для полного солнечного затмения 18 августа 1868 года. Французское правительство и его национальная Академия наук финансировали эту экспедицию вместе с этим. другого француза, потратив более 75 000 франков на два путешествия.
Но высокая стоимость окажется достойным вложением. В день затмения, вооруженный своим спектроскопом, Янссен увидел нечто экстраординарное: ярко-желтую линию, длина волны которой не совпадала ни с одним известным элементом. Спектр был ближе всего к образцу, созданному натрием, но был достаточно отчетлив, чтобы заслужить свою собственную категорию. Казалось, что Янссен открыл новый элемент, который раньше никогда не видел на Земле.
В то же время Янссен открыл новый способ наблюдения Солнца без необходимости затмения, используя модифицированный прицел. Все это он послал в Академию наук после затмения. Но примерно в то же время Академия получила известие от английского астронома Нормана Локьера о том, что он наткнулся на изобретение, которое позволило ему увидеть Солнце без затмения, и сделал аналогичное наблюдение. С работой каждого человека, подтверждающей работу другого, было трудно дать определенную оценку любому. Астроном Эрве Фэй предложил что-то вроде компромисса: «Вместо того, чтобы пытаться соразмерять заслугу открытия и, следовательно, умалять его, было бы лучше беспристрастно приписать всю честь обоим этим людям науки, которые, разделенные несколькими тысячами миль, каждому из них посчастливилось достичь нематериального и невидимого с помощью метода, который, возможно, является самым удивительным, что когда-либо задумывал гений наблюдения? »
Французский астрофизик Пьер Жюль Янссен путешествовал по всему миру, пытаясь понять космос, и был первым, кто увидел спектр длин волн гелия в своем спектроскопе. (Wikimedia Commons) Два исследователя от всей души согласились поделиться честью открытия, а позже стали близкими друзьями. Но даже с волнением их наблюдения вопросы остались. Самое важное среди них: что именно видели Янссен и Локьер? Не все ученые верили наблюдению, как скоро должен был научиться Локьер. В поисках подтверждения, подтверждающего, что он помог открыть новый элемент, Локьер отправился к английскому химику Эдварду Франкленду, чтобы попытаться воспроизвести образец длины волны в лаборатории. Франкленд предположил, что он может быть вызван водородом при экстремальных температурах и давлении, но они не смогли его восстановить.
Скептицизм по поводу возможности существования элемента в космосе, но не на Земле, возможно, не удивителен, учитывая, что он был первым в своем роде. Историки науки Джеймс Л. Маршалл и Вирджиния Р. Маршалл пишут: «Франкленд, возможно, осторожен из-за многих ошибочных« недавно обнаруженных элементов », возникающих из доступных в настоящее время спектров высокого разрешения, утверждая, что он не хотел, чтобы его имя было связано с этим». мнимый элемент », даже после того, как Локер стал публичным, назвав его« Гелий », в честь греческого названия солнца.
Не все были так скептичны. Американский ученый Джон Уильям Дрейпер превозносил это открытие в 1876 году в обращении к открытию Американского химического общества. «Я часто смотрю на ярко-желтый луч, испускаемый хромосферой Солнца этим неизвестным элементом, гелием, как астрономы отважились его назвать. Кажется, что он дрожит от волнения, рассказывая свою историю и количество невидимых спутников, - сказал Дрейпер.
Спектроскоп прошел многократные итерации, и ученые часто вносили изменения в конструкцию самостоятельно. (Wikimedia Commons) Только в 1882 году физик заметил гелий на Земле. Итальянский физик Луиджи Пальмиери записал желтую спектральную линию в своих данных при анализе лавы с горы Везувий. Позже за этим открытием последовали эксперименты, проведенные на газе шотландским химиком Уильямом Рамсей, и к 1895 году исследователи могли с уверенностью сказать, что гелий существовал как на Земле, так и на Солнце. Далее Рамсей показал, что гелий является продуктом радиоактивного распада радия, и поместил его по отношению к другим элементам периодической таблицы.
Сегодня гелий, вероятно, наиболее известен сегодня как газ, который наполняет воздушные шарики на день рождения, но этот газ также играет важную роль в медицинской технике (например, МРТ-сканеры), а также в космических аппаратах и радиационных мониторах. Он также используется в компьютерных деталях, микроскопах, воздушных подушках в автомобилях и большом адронном коллайдере, используемом в физических экспериментах. Многие беспокоятся о нехватке этого элемента, но большое месторождение, найденное в Танзании, означает, что мы, вероятно, обеспечены в течение некоторого времени.
Что касается Янссена, он едва почил на лаврах после того, как заметил гелий на солнце. За свою долгую научную карьеру он отправился в Перу, Швейцарию, Японию, Алжир и другие места в поисках космоса. Он даже сбежал из Парижа на воздушном шаре в 1870 году, когда город был в осаде во время франко-прусской войны. Он горячо верил в свою работу, однажды написав: «Изучение света покажет нам физическую организацию системы мира».
Примечание редактора, 4/4/18: в предыдущей версии этой статьи говорилось, что Локьер и Янссен разделяют мнение об открытии гелия. Это было неточно, поскольку элемент еще не был распознан. Они разделили заслуги в открытии нового способа наблюдения Солнца без затмения. Статья была изменена, чтобы отразить это.
