agosto/settembre 2014 (volume 23, numero 8)

18 agosto e 20 ottobre 1868: Scoperta dell’elio

Pittura di JanssenLockyer-Norman
Foto di Wikipedia Commons

Pierre Janssen (sopra) e Joseph Norman Lockyer (sotto), scopritori dell’elio.

Nonostante sia il secondo elemento più abbondante nell’universo osservabile, l’elio è relativamente raro sulla Terra, il prodotto del decadimento radioattivo di elementi come l’uranio. Infatti, è così raro che l’elio è stato scoperto solo nel 1868, grazie agli sforzi di due scienziati in particolare, uno in Inghilterra e l’altro in Francia.

Nel 1859, Gustav Kirchoff si rese conto che era possibile dedurre la composizione chimica del sole e delle altre stelle analizzando gli spettri della luce che emettono. Kirchoff usò questo metodo per scoprire il cesio e il rubidio. Gli astronomi erano particolarmente interessati a studiare le prominenze solari: esplosioni colorate simili a fiamme, ora note per essere nubi calde di gas denso. Il modo migliore per fare queste osservazioni, credevano gli scienziati, era durante un’eclissi solare.

Nato a Parigi, Pierre Janssen ebbe un incidente da bambino che lo lasciò permanentemente zoppo. Studiò matematica e fisica all’Università di Parigi, diventando alla fine professore di architettura nel 1865. Ma i suoi interessi si estesero ben oltre quella specialità, e si trovò coinvolto in numerose spedizioni scientifiche relative all’astronomia e alla geofisica. Per esempio, viaggiò in Perù per studiare l’equatore magnetico, e in Italia e Svizzera per studiare lo spettro solare.

Nel 1868, Janssen viaggiò a Guntur, India, per osservare l’eclissi solare. Si concentrò sulle prominenze solari e concluse che erano composte principalmente da gas idrogeno, riscaldato a temperature estremamente elevate. Ma il 18 agosto, quando osservò lo spettro solare attraverso il suo spettroscopio, notò che la lunghezza d’onda della linea gialla che indicava la presenza di sodio non corrispondeva alla lunghezza d’onda di quell’elemento. In effetti, non corrispondeva alla lunghezza d’onda di nessun elemento conosciuto fino ad oggi. La linea era abbastanza luminosa, pensò, che dovrebbe essere visibile anche senza l’aiuto di un’eclissi, a condizione che si potesse trovare un mezzo per filtrare tutta la lunghezza d’onda della luce visibile tranne quella. Fu così che inventò lo spettroelioscopio per analizzare meglio lo spettro solare.

A circa 5.000 miglia di distanza, il 20 ottobre 1868, anche l’astronomo inglese Joseph Norman Lockyer riuscì a osservare le prominenze solari in pieno giorno. Il suo documento con i dettagli di quelle osservazioni arrivò all’Accademia Francese delle Scienze lo stesso giorno di quello di Janssen, così entrambi gli uomini ricevettero il credito per la scoperta dell’elio.

Inizialmente era un onore dubbio: Molti colleghi dubitavano che questo potesse essere un nuovo elemento e ridicolizzavano le loro conclusioni. Altri pensavano che l’elio potesse esistere solo nel sole. Nel 1882, il fisico italiano Luigi Palmieri stava analizzando la lava del Vesuvio quando notò la stessa linea spettrale gialla rivelatrice nei suoi dati – la prima indicazione di elio sulla Terra. Ci sarebbero voluti altri 12 anni prima che il chimico scozzese William Ramsey trovasse ulteriori prove sperimentali di questo nuovo elemento.

Figlio di un ingegnere civile e nipote di un noto geologo scozzese, Ramsey conseguì il suo dottorato all’Università di Tubinga in Germania e alla fine si unì alla facoltà dell’University College di Londra, pubblicando diversi articoli sugli ossidi di azoto. Nel 1894, ispirato da una conferenza di Lord Rayleigh, Ramsey isolò con successo un nuovo gas senza reattività chimica – il primo gas inerte, che chiamò argon, dal nome della parola greca “pigro”. Successivamente scoprì altri gas inerti: neon, krypton e xeno, ottenendo alla fine il premio Nobel per la chimica del 1904 per i suoi risultati.

Nel 1895, Ramsey stava studiando un pezzo di minerale di uranio (cleveite), che aveva trattato con acidi minerali. Sperava di isolare l’argon separando l’azoto e l’ossigeno dal campione con acido solforico. Invece, notò la presenza di un gas insolito bloccato all’interno del campione – apparendo in uno spettroscopio come una “gloriosa effulgenza gialla”, secondo Lockyer, a cui Ramsey aveva inviato il suo campione per la verifica. Il suo spettro corrispondeva a quello del nuovo elemento proposto osservato nella cromosfera del sole.

Dopo aver eseguito dei test per assicurarsi che la linea fosse davvero un nuovo elemento, e non una nuova forma di idrogeno, il lavoro di Ramsey apparve negli Atti della Royal Society di Londra più tardi quell’anno, e i chimici svedesi Per Teodor Cleve e Abraham Langlet isolarono con successo il gas dalla cleveite. Lockyer battezzò il nuovo elemento elio, dal nome della parola greca per il sole (helios).

Janssen, nel frattempo, non rimase inattivo negli anni successivi alle sue osservazioni fondamentali. Viaggiò in tutto il mondo per assistere ad altre eclissi solari nel 1870, 1875, 1883 e 1905. Per l’eclissi del 1870 ad Algeri, scappò da Parigi – allora sotto assedio al culmine della guerra franco-prussiana – in una mongolfiera. Fu anche testimone del transito di Venere in Giappone nel 1874, e di nuovo in Algeria nel 1882, con l’obiettivo di catturare su pellicola il momento esatto in cui il transito iniziava. Per farlo, inventò uno strumento chiamato “revolver a orologeria”, capace di scattare una serie di 48 esposizioni in 72 secondi con il processo fotografico del dagherrotipo. Le immagini risultanti erano sufficientemente buone da incoraggiare altri astronomi ad adottare il suo metodo per i transiti futuri.

Nel 1893, costruì un osservatorio sul Monte Bianco, determinando giustamente che si poteva ottenere un notevole vantaggio ad altitudini più elevate, dove l’atmosfera era più sottile. All’epoca aveva 69 anni, ma riuscì comunque a salire e passò diversi giorni a fare osservazioni. Fece anche due apparizioni cameo nei primi film dei famosi fratelli Lumière. Janssen morì il 23 dicembre 1907, solo tre anni dopo che le sue oltre 6000 fotografie solari furono raccolte e pubblicate nell’Atlas de Photographies Solaires.

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