"Získal jsem jeden z nejlepších a nejméně očekávaných výsledků - Spektra hvězd! - a krásná spektra s barvami a velkolepými liniemi." Ještě jeden krok a chemické složení vesmíru bude odhaleno, “napsal astrofyzik Pierre Jules César Janssen své manželce z observatoře v Itálii v prosinci 1862. Ozbrojený nejnovější technologií dne a pozorování dalších západních astrofyziků, Janssen byla odhodlána otevřít tajemství galaxie.
18. srpna 1868 se Janssenovi to podařilo. Stal se první osobou, která pozorovala hélium, prvek, který na Zemi dosud nebyl viděn, ve slunečním spektru. V té době však Janssen nevěděl, co viděl - jen že to bylo něco nového.
Střední-1800s byl vzrušující čas podívat se na nebe. Nový nástroj zvaný spektroskop upřednostňoval pole astronomie. Podobně jako v případě dalekohledu, spektroskop pracoval jako super-poháněný hranol, rozptylující světlo na měřitelné vlnové délky. Časný model umožnil fyzikovi Josephovi Fraunhoferovi pozorovat slunce na počátku 18. století, ale byl zmaten černými linkami, které přerušovaly normální barvy. Tyto černé čáry byly pojmenovány pro Fraunhofera, i když nerozuměl tomu, co jsou.
Tyto znalosti přijdou o několik desetiletí později, s německými vědci Gustavem Kirchhoffem a Robertem Bunsenem. V 1859, Bunsen a Kirchoff objevili, že zahřívání různých prvků produkovalo jasné spektra světla ve spektroskopu - a ty linie světla někdy odpovídaly tmavým Fraunhoferovým čarám.
Vědci zjistili, že jasné linie se objevily, když se spálil horký plyn. Například vodík hoří oranžově, ale při pozorování spektroskopem je zřejmé, že pomeranč je tvořen několika jednotlivými úzkými vlnovými délkami světla. Podobně tmavé linie, které Fraunhofer objevil, představovaly světlo absorbované chladnějším prvkem na povrchu slunce. "Oba vědci zjistili, že každý chemický prvek vytváří jedinečné spektrum, " píše Americký ústav fyziky. "To poskytuje jakýsi" otisk prstu ", který může potvrdit přítomnost této chemické látky."
Analýzou emisních spekter specifických prvků v laboratoři a poté obrátením jejich spektroskopů na hvězdy mohli vědci rozeznat chemické složení všeho od našeho slunce po hvězdy přes galaxii.
Spektroskop určený k pohledu na slunce. (Wikimedia Commons) "Před spektroskopem jste nevěděli, z čeho bylo slunce vyrobeno nebo z jakých hvězd jsou vyrobeny, " říká kurátorka Deborah Warner, divize medicíny a vědy v Národním muzeu americké historie. "Najednou je tu téměř magická technika, pomocí které můžete znát prvky těchto vzdálených těl." Nové prvky se zobrazují vpravo a vlevo, protože máte tento nový nástroj. “
Janssen dychtivě vstoupila do této nové formy analýzy světla. Přestože žil v Paříži, cestoval napříč Evropou a Asií a hledal optimální vyhlídkové body pro pozorování noční oblohy. Po zatmění také pronásledoval, navštěvoval Itálii v únoru 1867 a poté odjel až do Gunturu v Indii za úplné zatmění Slunce 18. srpna 1868. Francouzská vláda a její národní akademie věd tuto výpravu financovaly, spolu s tím dalšího Francouze, utratí za obě cesty více než 75 000 franků.
Ale vysoké náklady by se ukázaly jako hodná investice. V den zatmění, vyzbrojeného svým spektroskopem, viděl Janssen něco mimořádného: jasně žlutou linii, jejíž vlnová délka neodpovídala žádnému známému prvku. Spektrum bylo nejblíže vzoru sodíku, ale bylo natolik výrazné, že si zasloužilo svou vlastní kategorii. Vypadalo to, že Janssen objevil nový prvek, který na Zemi nikdy předtím neviděl.
Janssen zároveň objevil nový způsob pozorování Slunce bez nutnosti zatmění pomocí modifikovaného rozsahu. Po zatmění poslal Akademii věd o tom všem slovo. Ale přibližně ve stejnou dobu přijala Akademie slovo od anglického astronoma Normana Lockyera, že se stalo podle vynálezu, který mu umožnil pozorovat slunce bez zatmění, a učinil podobné pozorování. S tím, jak práce každého muže potvrdila to druhé, bylo obtížné udělit jednomu z nich konečný kredit. Astronom Hervé Faye navrhl něco kompromisu: „Namísto pokusu o proporci zásluhy objevu a následně o jeho zmenšení by bylo lepší nestranně celou čest připsat oběma těmto vědcům, kteří se oddělili několika tisíci kilometrů, každý měl to štěstí, že dosáhl nehmotného a neviditelného způsobem, který je pravděpodobně nejúžasnější, jaký geniální pozorování kdy počala? “
Francouzský astrofyzik Pierre Jules Janssen cestoval po celém světě ve snaze pochopit vesmír a jako první si ve svém spektroskopu všiml vlnových délek helia. (Wikimedia Commons) Oba vědci vřele souhlasili, že budou sdílet čest objevu, a později se stali blízkými přáteli. Ale i při vzrušení z jejich pozorování zůstaly otázky. Nejdůležitější z nich: Co přesně viděli Janssen a Lockyer? Ne všichni vědci uvěřili pozorování, protože Lockyer se brzy měl učit. Lockyer se snažil prokázat tvrzení, že pomohl objevit nový prvek, a šel do anglického lékárníka Edwarda Franklanda, aby se pokusil reprodukovat vlnovou délku v laboratoři. Frankland teoretizoval, že by to mohlo být způsobeno vodíkem za extrémní teploty a tlaku, ale oni byli neúspěšní v jejich pokusech obnovit to.
Skepticismus ohledně možnosti prvku, který existuje ve vesmíru, ale nikoli na Zemi, možná není žádným překvapením, vzhledem k tomu, že to byl první svého druhu. Historici vědy James L. Marshall a Virginia R. Marshall píšou: „Frankland, možná opatrný kvůli mnoha chybným„ nově objeveným prvkům “, které vyplývají ze spektra s vysokým rozlišením, která jsou nyní k dispozici, tvrdil, že nechce mít své jméno spojeno s tímto imaginární prvek, “dokonce i poté, co Lockyer vyšel na veřejnost, daboval jej„ Helium “, za řeckým názvem slunce.
Ne každý byl tak skeptický. Americký vědec John William Draper objevil objev v roce 1876 v projevu na zahajovacím zasedání Americké chemické společnosti. "Často se dívám na zářivě žlutý paprsek emitovaný z chromosféry slunce tím neznámým prvkem, heliem, jak se astronomové odvážili to nazvat." Vypadá to, že se jeho příběh třese vzrušením a kolik neviditelných společníků má, “řekl Draper.
Spektroskop prošel několika iteracemi a vědci tento design často upravovali sami. (Wikimedia Commons) Teprve v roce 1882 si fyzik všiml helia na Zemi. Italský fyzik Luigi Palmieri zaznamenal ve svých datech žlutou spektrální čáru při analýze lávy z hory Vesuv. Na tento objev později navázaly experimenty provedené na plynu skotským chemikem Williamem Ramsayem a 1895 vědci mohli definitivně říci, že hélium existovalo na Zemi i na slunci. Ramsay pokračoval, aby ukázal, že hélium bylo produktem radioaktivního rozpadu radia, a umístil jej ve vztahu k jiným prvkům v periodické tabulce.
Dnes je helium pravděpodobně nejznámější dnes jako plyn, který plní narozeninové balónky, ale slouží také důležitým účelům v lékařských strojích (jako jsou skenery MRI), jakož i v kosmických lodích a monitorech záření. Používá se také v počítačových částech, mikroskopech, airbagech v autech a velkém hadronovém srážce používaném ve fyzických experimentech. Spousta se obávala nedostatku prvku, ale velké ložisko nalezené v Tanzanii znamená, že jsme pravděpodobně po nějakou dobu dobře zásobeni.
Pokud jde o Janssena, těžce spočinul na vavřínech po spatření helia na slunci. V průběhu své dlouhé vědecké kariéry odcestoval do Peru, Švýcarska, Japonska, Alžírska a dalších zemí, aby pochopil vesmír. Dokonce unikl Paříži v horkovzdušném balónu v roce 1870, když bylo město během francouzsko-pruské války obléháno. Věrně věřil ve svou práci, jednou napsal: „Studium světla nám ukáže fyzickou organizaci systému světa.“
Poznámka editora, 9/4/18: Předchozí verze tohoto článku uvedla, že Lockyer a Janssen sdílejí zásluhy za objev helia. To bylo nepřesné, protože prvek musel být dosud rozpoznán. Sdíleli zásluhu za objevení nového způsobu pozorování Slunce bez zatmění. Článek byl upraven tak, aby to odrážel.
