Augusti/september 2014 (volym 23, nummer 8)

18 augusti och 20 oktober 1868: Upptäckten av helium

Janssen-målningLockyer-Norman
Bilder från Wikipedia Commons

Pierre Janssen (överst) och Joseph Norman Lockyer (nederst), upptäckare av helium.

Trots att helium är det näst vanligaste grundämnet i det observerbara universum är det relativt sällsynt på jorden, en produkt av det radioaktiva sönderfallet av grundämnen som uran. Faktum är att det är så sällsynt att helium upptäcktes först 1868, tack vare insatser av framför allt två vetenskapsmän, den ena i England och den andra i Frankrike.

År 1859 insåg Gustav Kirchoff att det var möjligt att härleda solens och andra stjärnors kemiska sammansättning genom att analysera spektrat av det ljus som de avger. Kirchoff använde denna metod för att upptäcka cesium och rubidium. Astronomer var särskilt intresserade av att studera solens prominenser: färgglada flamliknande utbrott som nu är kända för att vara heta moln av tät gas. Det bästa sättet att göra sådana observationer, trodde forskarna, var under en solförmörkelse.

Pierre Janssen föddes i Paris och råkade ut för en olycka som barn som gjorde honom permanent halt. Han studerade matematik och fysik vid universitetet i Paris och blev så småningom professor i arkitektur där 1865. Men hans intressen sträckte sig långt utanför detta specialområde, och han blev involverad i många vetenskapliga expeditioner med anknytning till astronomi och geofysik. Han reste till exempel till Peru för att studera den magnetiska ekvatorn och till Italien och Schweiz för att studera solspektrumet.

År 1868 reste Janssen till Guntur i Indien för att observera solförmörkelsen. Han fokuserade på solprognoserna och drog slutsatsen att de mestadels består av vätgas som värmts upp till extremt höga temperaturer. Men den 18 augusti, när han observerade solens spektrum genom sitt spektroskop, märkte han att våglängden för den gula linje som antogs indikera närvaron av natrium faktiskt inte stämde överens med våglängden för detta grundämne. Faktum är att den inte stämde överens med våglängden för något hittills känt grundämne. Linjen var tillräckligt ljus, tyckte han, att den borde vara synlig även utan hjälp av en förmörkelse, förutsatt att man kunde hitta ett sätt att filtrera bort allt synligt ljus utom denna våglängd. Det var så han uppfann spektrohelioskopet för att bättre kunna analysera solens spektrum.

Omkring 5 000 mil bort, den 20 oktober 1868, lyckades den engelske astronomen Joseph Norman Lockyer också observera solprolominanserna i fullt dagsljus. Hans papper med detaljer om dessa observationer anlände till den franska vetenskapsakademin samma dag som Janssens papper, så båda männen fick äran för upptäckten av helium.

Inledningsvis var det en tvivelaktig ära: Många kollegor tvivlade på att detta kunde vara ett nytt grundämne och förlöjligade deras slutsatser. Andra trodde att helium bara kunde finnas i solen. År 1882 analyserade den italienske fysikern Luigi Palmieri lava från berget Vesuvius när han upptäckte samma avslöjande gula spektrallinje i sina data – den första indikationen på helium på jorden. Det skulle dröja ytterligare 12 år innan den skotska kemisten William Ramsey hittade ytterligare experimentella bevis för detta nya grundämne.

Sonen till en civilingenjör och brorson till en välkänd skotsk geolog, Ramsey doktorerade vid universitetet i Tübingen i Tyskland och blev så småningom medlem av fakulteten vid University College i London, där han publicerade flera artiklar om kväveoxider. Inspirerad av en föreläsning av Lord Rayleigh lyckades Ramsey 1894 isolera en ny gas utan kemisk reaktivitet – den första inerta gasen, som han kallade argon, efter det grekiska ordet för ”lat”. Därefter upptäckte han ytterligare inerta gaser: neon, krypton och xenon, och fick så småningom Nobelpriset i kemi 1904 för sina prestationer.

År 1895 studerade Ramsey en bit uranmalm (cleveit), som han behandlade med mineralsyror. Han hoppades kunna isolera argon genom att separera kväve och syre från provet med svavelsyra. I stället noterade han närvaron av en ovanlig gas som var inlåst i provet och som i ett spektroskop uppträdde som en ”strålande gul utstrålning”, enligt Lockyer, till vilken Ramsey hade skickat sitt prov för kontroll. Efter att ha genomfört tester för att säkerställa att linjen verkligen var ett nytt grundämne, i motsats till en ny form av väte, publicerades Ramseys arbete i Proceedings of the Royal Society of London senare samma år, och de svenska kemisterna Per Teodor Cleve och Abraham Langlet lyckades isolera gasen från cleveit. Lockyer döpte det nya grundämnet till helium, efter det grekiska ordet för solen (helios).

Janssen förblev dock inte sysslolös under åren efter sina banbrytande observationer. Han reste över hela världen för att bevittna fler solförmörkelser 1870, 1875, 1883 och 1905. För 1870 års förmörkelse i Alger flydde han från Paris – som då belägrades under det fransk-preussiska krigets höjdpunkt – i en varmluftsballong. Han bevittnade också Venus övergång i Japan 1874 och återigen i Algeriet 1882, med målet att på film fånga det exakta ögonblicket då passagen inleddes. För detta ändamål uppfann han ett instrument, en klockrevolver, som kunde ta en serie på 48 exponeringar på 72 sekunder med hjälp av daguerreotypi-fotografiprocessen. De resulterande bilderna var tillräckligt bra för att uppmuntra andra astronomer att anta hans metod för framtida transiter. 1893 byggde han ett observatorium på Blancberget och konstaterade med rätta att man kunde få en avsevärd fördel på högre höjder, där atmosfären var tunnare. Han var då 69 år gammal, men gjorde ändå bestigningen och tillbringade flera dagar med att göra observationer. Han gjorde till och med två cameouppträdanden i tidiga filmer av de berömda bröderna Lumière. Janssen dog den 23 december 1907, bara tre år efter att hans mer än 6 000 solfoton hade samlats in och publicerats i Atlas de Photographies Solaires.

Lämna en kommentar