Srpen/září 2014 (ročník 23, číslo 8)

18. srpna a 20. října 1868: Objev helia

Janssenův obrazLockyer-Norman
Fotografie Wikipedia Commons

Pierre Janssen (nahoře) a Joseph Norman Lockyer (dole), objevitelé helia.

Přestože je helium druhým nejrozšířenějším prvkem v pozorovatelném vesmíru, je na Zemi poměrně vzácné a vzniká jako produkt radioaktivního rozpadu prvků, jako je uran. Ve skutečnosti je tak vzácný, že helium bylo objeveno až v roce 1868, a to díky úsilí zejména dvou vědců, jednoho v Anglii a druhého ve Francii.

V roce 1859 si Gustav Kirchoff uvědomil, že je možné odvodit chemické složení Slunce a dalších hvězd analýzou spekter světla, které vyzařují. Kirchoff touto metodou objevil cesium a rubidium. Astronomové se zajímali zejména o studium slunečních protuberancí: barevných plamenných záblesků, o nichž je dnes známo, že se jedná o horká mračna hustého plynu. Vědci se domnívali, že nejlepší způsob, jak taková pozorování provádět, je během zatmění Slunce.

Pierre Janssen se narodil v Paříži a v dětství utrpěl nehodu, po které zůstal trvale chromý. Studoval matematiku a fyziku na pařížské univerzitě a nakonec se tam v roce 1865 stal profesorem architektury. Jeho zájmy však sahaly daleko za hranice této specializace a zapojil se do mnoha vědeckých expedic týkajících se astronomie a geofyziky. Cestoval například do Peru, aby studoval magnetický rovník, a do Itálie a Švýcarska, aby studoval sluneční spektrum.

V roce 1868 se Janssen vydal do indického Gunturu, aby zde pozoroval zatmění Slunce. Zaměřil se na sluneční protuberance a dospěl k závěru, že se většinou skládají z plynného vodíku zahřátého na extrémně vysokou teplotu. Když však 18. srpna pozoroval spektrum Slunce svým spektroskopem, všiml si, že vlnová délka žluté čáry, která měla údajně indikovat přítomnost sodíku, ve skutečnosti neodpovídá vlnové délce pro tento prvek. Ve skutečnosti neodpovídala vlnové délce žádného dosud známého prvku. Domníval se, že čára je natolik jasná, že by měla být viditelná i bez pomoci zatmění, pokud by se našel prostředek, který by odfiltroval všechno viditelné světlo kromě této vlnové délky. Tak se dostal k vynálezu spektrohelioskopu, který mu umožnil lépe analyzovat sluneční spektrum.

Někde o 5 000 kilometrů dále, 20. října 1868, se anglickému astronomovi Josephu Normanu Lockyerovi rovněž podařilo pozorovat sluneční protuberance za denního světla. Jeho článek s podrobnostmi o těchto pozorováních dorazil do Francouzské akademie věd ve stejný den jako Janssenův článek, takže oba muži získali zásluhy za objev helia.

Zpočátku to byla pochybná pocta: Mnozí kolegové pochybovali, že by se mohlo jednat o nový prvek, a jejich závěrům se vysmívali. Jiní se domnívali, že helium může existovat pouze na Slunci. V roce 1882 italský fyzik Luigi Palmieri analyzoval lávu z Vesuvu, když si ve svých datech všiml stejné výmluvné žluté spektrální čáry – první známky existence helia na Zemi. Trvalo dalších 12 let, než skotský chemik William Ramsey nalezl další experimentální důkazy tohoto nového prvku.

Syn stavebního inženýra a synovec známého skotského geologa Ramsey získal doktorát na univerzitě v Tübingenu v Německu a nakonec nastoupil na fakultu University College London, kde publikoval několik prací o oxidech dusíku. V roce 1894, inspirován přednáškou lorda Rayleigha, Ramsey úspěšně izoloval nový plyn bez chemické reaktivity – první inertní plyn, který nazval argon podle řeckého slova „líný“. Následně objevil další inertní plyny: neon, krypton a xenon a nakonec za své úspěchy získal v roce 1904 Nobelovu cenu za chemii.

V roce 1895 Ramsey studoval kus uranové rudy (cleveitu), který ošetřil minerálními kyselinami. Doufal, že se mu podaří izolovat argon oddělením dusíku a kyslíku ze vzorku pomocí kyseliny sírové. Místo toho zaznamenal přítomnost neobvyklého plynu uzavřeného uvnitř vzorku – podle Lockyera, kterému Ramsey poslal svůj vzorek k ověření, se ve spektroskopu jevil jako „nádherný žlutý výtrysk“. Jeho spektrum se shodovalo se spektrem navrhovaného nového prvku pozorovaného ve sluneční chromosféře.

Po provedení testů, které měly zajistit, že se skutečně jedná o nový prvek, na rozdíl od nové formy vodíku, vyšla Ramseyho práce později téhož roku ve Sborníku Královské společnosti v Londýně a švédští chemici Per Teodor Cleve a Abraham Langlet tento plyn z cleveitu úspěšně izolovali. Lockyer nazval nový prvek héliem podle řeckého slova pro Slunce (helios).

Janssen mezitím nezahálel ani v letech následujících po jeho zásadních pozorováních. Cestoval po celém světě, aby byl svědkem dalších zatmění Slunce v letech 1870, 1875, 1883 a 1905. Na zatmění v Alžíru v roce 1870 unikl z Paříže – tehdy obléhané na vrcholu prusko-francouzské války – v horkovzdušném balonu. Byl také svědkem přechodu Venuše v Japonsku v roce 1874 a znovu v Alžírsku v roce 1882 s cílem zachytit na film přesný okamžik začátku přechodu. Za tímto účelem vynalezl přístroj zvaný hodinový revolver, který byl schopen pořídit sérii 48 expozic za 72 sekund pomocí fotografického procesu daguerrotypie. Výsledné snímky byly natolik kvalitní, že podnítily další astronomy k převzetí jeho metody pro budoucí tranzity.

V roce 1893 postavil observatoř na hoře Mount Blanc a správně zjistil, že ve větších výškách, kde je řidší atmosféra, lze získat značnou výhodu. V té době mu už bylo 69 let, přesto na vrchol vystoupil a strávil několik dní pozorováním. Dokonce se dvakrát objevil v raných filmech slavných bratří Lumiérů. Janssen zemřel 23. prosince 1907, pouhé tři roky poté, co bylo jeho více než 6 000 slunečních fotografií shromážděno a publikováno v Atlasu slunečních fotografií (Atlas de Photographies Solaires).

Napsat komentář