”Jeg har opnået et af de fineste og mindst forventede resultater - stjernernes spektre! - og smukke spektre med farver og storslåede linjer. Bare et skridt mere, og universets kemiske sammensætning vil blive afsløret, ”skrev astrofysiker Pierre Jules César Janssen til sin kone fra et observatorium i Italien i december 1862. Bevæbnet med dagens nyeste teknologi og observationer foretaget af andre vestlige astrofysikere, Janssen var fast besluttet på at lade galaksen hemmeligheder åbne.
Den 18. august 1868 formåede Janssen at gøre netop det. Han blev den første person til at observere helium, et element, der aldrig før blev set på Jorden, i solspektret. På det tidspunkt vidste Janssen imidlertid ikke, hvad han havde set - bare at det var noget nyt.
Midten af 1800-tallet var en spændende tid til at kigge efter himlen. Et nyt instrument kaldet et spektroskop forøgede astronomifeltet. Lignende i design som et teleskop fungerede spektroskopet som et superdrevet prisme og spredte lys i målbare bølgelængder. En tidlig model havde gjort det muligt for fysiker Joseph Fraunhofer at observere solen i de tidlige 1800-tallet, men han blev forundret over sorte streger, der afbrød de normale farver. Disse sorte streger blev opkaldt efter Fraunhofer, selvom han ikke forstod, hvad de var.
Denne viden ville komme flere årtier senere med de tyske forskere Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen. I 1859 opdagede Bunsen og Kirchoff, at opvarmning af forskellige elementer producerede klare lyslinjer i spektroskopet - og disse lyslinjer svarede undertiden til de mørke Fraunhofer-linjer.
Forskerne bestemte, at de lyse linjer dukkede op, da en varm gas blev brændt. F.eks. Brænder brint orange, men når det observeres gennem et spektroskop, bliver det klart, at appelsinen består af flere individuelle smalle bølgelængder af lys. Tilsvarende repræsenterede de mørke linjer, som Fraunhofer havde opdaget, at lys blev absorberet af et køligere element på solens overflade. ”De to forskere fandt, at hvert kemisk element producerer et unikt spektrum, ” skriver American Institute of Physics. "Dette giver en slags 'fingeraftryk', der kan bekræfte tilstedeværelsen af det kemiske stof."
Ved at analysere emissionsspektre for specifikke elementer i laboratoriet og derefter dreje deres spektroskoper på stjernerne, kunne forskere finde ud af den kemiske sammensætning af alt fra vores sol til stjernerne over hele galaksen.
Et spektroskop designet til at se på solen. (Wikimedia Commons) ”Før spektroskopet havde du ingen anelse om, hvad solen var lavet af, eller hvilke stjerner er lavet af, ” siger Deborah Warner, en kurator i divisionen for medicin og videnskab ved National Museum of American History. ”Pludselig er der denne næsten magiske teknik, hvormed du kan kende elementerne i disse fjerne kroppe. Nye elementer vises til højre og venstre, fordi du har dette nye værktøj. ”
Janssen dyster ivrig ind i denne nye form for lysanalyse. Selvom han boede i Paris, rejste han over Europa og Asien på jagt efter optimale udsigtspunkter for at observere nattehimlen. Han jagede også efter formørkelser, besøgte Italien i februar 1867 og gik derefter hele vejen til Guntur, Indien, for den samlede solformørkelse den 18. august 1868. Den franske regering og dens nationale akademi for videnskaber finansierede begge denne ekspedition sammen med den af en anden franskmand, der bruger mere end 75.000 franc til de to rejser.
Men de høje omkostninger ville vise sig at være en værdig investering. På formørkelsesdagen, bevæbnet med sit spektroskop, så Janssen noget ekstraordinært: en lysegul linje, hvis bølgelængde ikke stemte overens med noget kendt element. Spektret kom tættest på mønsteret lavet af natrium, men var adskilt nok til at fortjene sin egen kategori. Det så ud til, at Janssen havde opdaget et nyt element, et aldrig før set på Jorden.
På samme tid afslørede Janssen en ny måde at observere solen uden behov for en formørkelse ved hjælp af et ændret omfang. Han sendte ord om alt dette til Akademiet for Videnskaber efter formørkelsen. Men omkring samme tid modtog Akademiet ord fra den engelske astronom Norman Lockyer om, at han var sket ved en opfindelse, der gjorde det muligt for ham at se solen uden formørkelse, og at han havde gjort en lignende observation. Da hver mands arbejde bekræftede den anden, var det svært at tildele en endelig kredit til nogen af dem. Astronom Hervé Faye foreslog noget af et kompromis: ”I stedet for at forsøge at proportionere opdagelsens fortjeneste og følgelig formindske den, ville det være bedre at tilskrive begge ære til videnskabelig alle ærerne til begge disse videnskabsmænd, der adskilt af nogle tusinder på miles, har hver været heldig nok til at nå det immaterielle og usynlige ved en metode, der sandsynligvis er det mest forbløffende, at geniale observationer nogensinde er undfanget?
Den franske astrofysiker Pierre Jules Janssen rejste over hele verden i et forsøg på at forstå kosmos og var den første til at se bølgelængdemønsteret af helium i hans spektroskop. (Wikimedia Commons) De to forskere accepterede hjerteligt at dele æren for opdagelsen og blev senere nære venner. Men selv med spændingen over deres iagttagelse forblev spørgsmål. De vigtigste blandt dem: Hvad var Janssen og Lockyer nøjagtigt set? Ikke alle videnskabsmænd troede observationen, da Lockyer snart skulle lære. På at søge bevis for at sikkerhedskopiere påstanden om, at han havde hjulpet med at opdage et nyt element, gik Lockyer til den engelske kemiker Edward Frankland for at forsøge at gengive bølgelængdemønsteret i laboratoriet. Frankland teoretiserede det muligvis af brint under ekstrem temperatur og tryk, men de var ikke succesrige i deres forsøg på at genskabe det.
Skepsisen over muligheden for, at et element findes i rummet, men ikke på Jorden, er måske ingen overraskelse, da det var det første af sin art. Videnskabshistorikere James L. Marshall og Virginia R. Marshall skriver, ”Frankland, måske forsigtig på grund af de mange fejlagtige 'nyopdagede elementer', der stammer fra de nu tilgængelige høje opløsningsspektre, fastholdt, at han ikke ønskede at få sit navn tilknyttet dette det imaginære element, ”selv efter at Lockyer blev offentliggjort og dubbet det“ Helium ”efter det græske navn på solen.
Ikke alle var så skeptiske. Den amerikanske videnskabsmand John William Draper udvidede opdagelsen i 1876 i en adresse til det indledende møde i American Chemical Society. ”Jeg ser ofte på den lysegule stråle, der udsendes fra kromosfæren af solen, af det ukendte element, helium, som astronomerne har turdet at kalde det. Det virker rystende af spænding at fortælle sin historie, og hvor mange usynlige ledsagere det har, ”sagde Draper.
Spektroskopet gennemgik flere iterationer, og forskerne finjusterede ofte designet på egen hånd. (Wikimedia Commons) Det var først i 1882, at en fysiker opdagede helium på Jorden. Den italienske fysiker Luigi Palmieri registrerede den gule spektrallinie i sine data, mens han analyserede lava fra Mount Vesuv. Denne opdagelse blev senere fulgt op af eksperimenter udført på gasen af den skotske kemiker William Ramsay, og i 1895 kunne forskere endeligt sige, at der eksisterede helium på Jorden såvel som i solen. Ramsay fortsatte med at vise, at helium var et produkt af det radioaktive forfald af radium og placerede det i forhold til andre elementer på det periodiske system.
I dag er helium sandsynligvis bedst kendt i dag som den gas, der fylder fødselsdagballoner, men gassen tjener også vigtige formål i medicinske maskiner (som MR-scannere) såvel som rumfartøjer og strålingsmonitorer. Det bruges også i computerdele, mikroskoper, airbags i biler og den store hadroncollider, der blev brugt i fysikeksperimenter. Der er masser af bekymringer for manglen på elementet, men et stort depositum, der findes i Tanzania, betyder, at vi sandsynligvis er godt leverede i nogen tid.
Hvad angår Janssen, hvilede han næppe på sine laurbær efter at have spottet helium i solen. I løbet af sin lange videnskabelige karriere rejste han til Peru, Schweiz, Japan, Algeriet og andre steder i sin søgen efter at forstå kosmos. Han slap endda fra Paris i en varmluftsballon i 1870, da byen var under belejring under den fransk-prøyssiske krig. Han troede inderligt på sit arbejde, når han først skrev: ”Studiet af lys vil vise os den fysiske organisering af verdenssystemet.”
Redaktørens note, 9/4/18: I en tidligere version af denne artikel blev Lockyer og Janssen delet æren for opdagelsen af helium. Dette var unøjagtigt, da elementet endnu ikke blev genkendt. De delte æren for at have opdaget en ny måde at observere solen uden en formørkelse. Artiklen er ændret for at afspejle dette.
