2014. augusztus/szeptember (23. évfolyam, 8. szám)

1868. augusztus 18. és október 20: A hélium felfedezése

Janssen festményLockyer-Norman
Fotók a Wikipedia Commons

Pierre Janssen (fent) és Joseph Norman Lockyer (lent), a hélium felfedezői.

A hélium annak ellenére, hogy a második leggyakoribb elem a megfigyelhető világegyetemben, viszonylag ritka a Földön, olyan elemek radioaktív bomlásának terméke, mint az urán. Valójában annyira ritka, hogy a héliumot csak 1868-ban fedezték fel, különösen két tudós erőfeszítéseinek köszönhetően, az egyik Angliában, a másik Franciaországban.

1859-ben Gustav Kirchoff rájött, hogy a Nap és más csillagok kémiai összetételére az általuk kibocsátott fény spektrumának elemzésével lehet következtetni. Kirchoff ezzel a módszerrel fedezte fel a céziumot és a rubídiumot. A csillagászokat különösen érdekelte a napkitörések tanulmányozása: a színes, lángszerű kitörésekről ma már tudjuk, hogy sűrű gázból álló forró felhők. A tudósok úgy vélték, hogy az ilyen megfigyelésekre a legjobb lehetőség egy napfogyatkozás alatt nyílik.

A Párizsban született Pierre Janssen gyermekkorában balesetet szenvedett, amely miatt tartósan béna maradt. Matematikát és fizikát tanult a párizsi egyetemen, ahol végül 1865-ben az építészet professzora lett. Érdeklődése azonban messze túlmutatott ezen a szakterületen, és számos tudományos expedícióban vett részt a csillagászattal és a geofizikával kapcsolatban. Például elutazott Peruba, hogy tanulmányozza a mágneses egyenlítőt, valamint Olaszországba és Svájcba, hogy a napspektrumot tanulmányozza.

1868-ban Janssen az indiai Gunturba utazott, hogy megfigyelje a napfogyatkozást. A napkitüremkedésekre összpontosított, és arra a következtetésre jutott, hogy azok többnyire hidrogéngázból állnak, amelyet rendkívül magas hőmérsékletre hevítettek fel. Augusztus 18-án azonban, amikor spektroszkópján keresztül megfigyelte a Nap spektrumát, észrevette, hogy az állítólag nátrium jelenlétét jelző sárga vonal hullámhossza valójában nem egyezik meg az adott elem hullámhosszával. Valójában egyetlen eddig ismert elem hullámhosszával sem egyezett meg. Úgy gondolta, hogy a vonal elég fényes volt ahhoz, hogy napfogyatkozás nélkül is látható legyen, feltéve, hogy sikerül olyan eszközt találni, amellyel a látható fénynek csak ezt a hullámhosszát lehet kiszűrni. Így jutott el odáig, hogy feltalálja a spektrohelioszkópot a Nap spektrumának jobb elemzésére.

Majdnem 5000 mérfölddel arrébb, 1868. október 20-án Joseph Norman Lockyer angol csillagásznak szintén sikerült megfigyelnie a napkitüremkedéseket fényes nappal. Az ezeket a megfigyeléseket részletező tanulmánya ugyanazon a napon érkezett meg a Francia Tudományos Akadémiára, mint Janssen tanulmánya, így mindkét férfi elismerést kapott a hélium felfedezéséért.

Elsőre kétes megtiszteltetésnek számított: Sok kolléga kételkedett abban, hogy ez egy új elem lehet, és nevetségessé tették a következtetéseiket. Mások úgy gondolták, hogy a hélium csak a Napban létezhet. 1882-ben Luigi Palmieri olasz fizikus a Vezúvból származó lávát elemezte, amikor adataiban észrevette ugyanezt az árulkodó sárga színképvonalat – a hélium első jelét a Földön. Még 12 évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy William Ramsey skót kémikus további kísérleti bizonyítékot találjon erre az új elemre.

Az építőmérnök fiaként és egy ismert skót geológus unokaöccseként Ramsey a németországi Tübingeni Egyetemen doktorált, majd a University College London tanszékére került, és számos tanulmányt publikált a nitrogén-oxidokról. 1894-ben Lord Rayleigh előadásán felbuzdulva Ramsey sikeresen izolált egy új, kémiai reakcióképességgel nem rendelkező gázt – az első inert gázt, amelyet a görög “lusta” szó után argonnak nevezett el. Ezt követően további inert gázokat fedezett fel: neont, kripton és xenont, és végül 1904-ben kémiai Nobel-díjat kapott érdemeiért.

1895-ben Ramsey egy uránércdarabot (cleveit) tanulmányozott, amelyet ásványi savakkal kezelt. Azt remélte, hogy az argont úgy tudja izolálni, hogy a nitrogént és az oxigént kénsavval választja el a mintából. Ehelyett egy szokatlan gáz jelenlétét észlelte a minta belsejében, amely a spektroszkópban “ragyogó sárga ragyogásként” jelent meg Lockyer szerint, akinek Ramsey elküldte a mintát ellenőrzésre. Ennek spektruma megegyezett a Nap kromoszférájában megfigyelt, javasolt új elem spektrumával.

Miután a vizsgálatok lefuttatásával megbizonyosodtak arról, hogy a vonal valóban egy új elem, nem pedig a hidrogén egy új formája, Ramsey munkája még abban az évben megjelent a Proceedings of the Royal Society of London című folyóiratban, és Per Teodor Cleve és Abraham Langlet svéd kémikusok sikeresen izolálták a gázt a cleveitből. Lockyer az új elemet héliumnak nevezte el, a Napot jelölő görög szó (heliosz) után.

Janssen eközben nem tétlenkedett a korszakalkotó megfigyeléseit követő években sem. Beutazta az egész világot, hogy 1870-ben, 1875-ben, 1883-ban és 1905-ben további napfogyatkozások szemtanúja legyen. Az 1870-es algíri napfogyatkozásra egy hőlégballonban menekült el az akkor a francia-porosz háború tetőpontján ostrom alatt álló Párizsból. A Vénusz 1874-es japán és 1882-es algériai átvonulásának is szemtanúja volt, azzal a céllal, hogy filmre vigye az átvonulás kezdetének pontos pillanatát. Ehhez feltalálta az óraműves revolver nevű eszközt, amely a dagerrotípia fotográfiai eljárással 72 másodperc alatt 48 felvételből álló sorozatot tudott készíteni. Az így kapott képek elég jók voltak ahhoz, hogy más csillagászokat is arra ösztönözzön, hogy a jövőbeni átvonulásoknál is alkalmazzák a módszerét.

1893-ban a Mount Blanc-on csillagvizsgálót épített, és helyesen állapította meg, hogy a nagyobb magasságban, ahol a légkör ritkább, jelentős előnyre lehet szert tenni. Ekkor már 69 éves volt, de ennek ellenére megmászta a hegyet, és több napot töltött megfigyelésekkel. Két alkalommal is szerepelt a híres Lumière fivérek korai filmjeiben. Janssen 1907. december 23-án halt meg, mindössze három évvel azután, hogy több mint 6000 napfotóját összegyűjtötték és közzétették az Atlas de Photographies Solaires című kötetben.

Szólj hozzá!