「私は、最高で最も予想されていない結果の1つである星のスペクトルを取得しました。そして、色と壮大な線のある美しいスペクトルを取得しました。 宇宙物理学者のピエールジュールセザールヤンセンは、1862年12月にイタリアの天文台から妻に宛てて次のように書いています。ヤンセンは銀河の秘密をこじ開ける決心をしました。
1868年8月18日、ヤンセンはまさにそれを達成しました。 彼は、太陽スペクトルで、ヘリウム（地球上でこれまでに見られなかった元素）を初めて観測した人物になりました。 しかし、当時、ヤンセンは自分が見たものを知りませんでした。ただそれが何か新しいものだったからです。
1800年代半ばは、天国をじっくり見るのに刺激的な時期でした。 分光器と呼ばれる新しい機器が天文学の分野をひっくり返していました。 設計は望遠鏡に似ており、分光器は超強力プリズムのように機能し、光を測定可能な波長に分散しました。 初期のモデルでは、物理学者のジョセフ・フラウンホーファーが1800年代初期に太陽を観察することができましたが、通常の色を遮る黒い線に困惑していました。 これらの黒い線は、彼が何であるかを理解していなかったにもかかわらず、フラウンホーファーにちなんで命名されました。
その知識は、数十年後、ドイツの研究者グスタフ・キルヒホッフとロバート・ブンセンと共にもたらされました。 1859年、ブンゼンとキルヒホフは、異なる要素を加熱すると分光器に明るい光の線が生じることを発見しました。これらの光の線は時々暗いフラウンホーファー線に対応していました。
科学者は、熱いガスが燃えたときに明るい線が現れると判断しました。 たとえば、水素はオレンジ色に燃えますが、分光器で観察すると、オレンジ色が複数の個々の狭い波長の光で構成されていることが明らかになります。 同様に、フラウンホーファーが発見した暗い線は、太陽の表面にあるより冷たい要素に吸収される光を表しています。 「2人の科学者は、すべての化学元素が独自のスペクトルを生成することを発見しました」と、アメリカ物理学研究所は書いています。 「これは、その化学物質の存在を確認できる一種の「指紋」を提供します。」
研究室の特定の元素の発光スペクトルを分析し、星の分光器を回転させることで、研究者は太陽から銀河全体の星までのすべての化学組成を調べることができました。
太陽を見るために設計された分光器。 （ウィキメディアコモンズ） 「分光器の前には、太陽が何でできているのか、星が何でできているのかわからなかった」と、国立アメリカ歴史博物館の医学と科学の部門の学芸員であるデボラ・ワーナーは言う。 「突然、これらの遠い身体の要素を知ることができる、ほとんど魔法のようなテクニックがあります。 この新しいツールがあるため、新しい要素が左右に表示されます。」
ヤンセンは、この新しい形式の光分析に熱心に取り組みました。 彼はパリに住んでいたが、夜空を観察するための最適な見晴らしの良い場所を求めてヨーロッパとアジアを旅した。 彼は日食の後も追跡し、1867年2月にイタリアを訪問し、1868年8月18日の皆既日食のためにインドのグントゥールまで行きました。フランス政府とその国立科学アカデミーはともにこの遠征に資金を提供しました。別のフランス人の2つの旅に75, 000フラン以上を費やしました。
しかし、高コストは価値のある投資であることを証明します。 食の日、彼の分光器で武装したヤンセンは、異常な何かを見ました：波長が既知の要素と一致しない明るい黄色の線。 スペクトルはナトリウムによって作られたパターンに最も近くなりましたが、独自のカテゴリーに値するほど十分に明確でした。 ヤンセンは地球上でこれまで見たことのない新しい要素を発見したようです。
同時に、ヤンセンは、修正されたスコープを使用して、日食を必要とせずに太陽を観察する新しい方法を発見しました。 彼は日食の後に科学アカデミーにこのすべての言葉を送りました。 しかし、ほぼ同時期に、アカデミーは英国の天文学者ノーマン・ロッキーヤーから、彼が日食なしで太陽を見ることができるようになった発明に思いつき、同様の観察をしたという言葉を受け取りました。 各人の仕事が他の人の仕事を確認することで、どちらかに決定的な功績を与えることは困難でした。 天文学者エルヴェ・フェイは、妥協のようなものを提案しました。「発見のメリットを釣り合わせようとするのではなく、結果としてそれを減少させるのではなく、数千人離れたこれらの科学者の両方に公平に名誉を帰属させる方が良いでしょうか？何マイルも、それぞれが天才の天才が想像した中で最も驚くべき方法で無形と不可視に到達するのに十分幸運でしたか？」
フランスの天体物理学者ピエールジュールヤンセンは、宇宙を理解するために世界中を旅し、分光器でヘリウムの波長パターンを初めて見ました。 （ウィキメディアコモンズ） 2人の研究者は発見の名誉を共有することに心から同意し、後に親友になりました。 しかし、彼らの観察の興奮にもかかわらず、疑問が残りました。 その中で最も重要なのは、ヤンセンとロッカーが実際に見たものは何ですか？ Lockyerがすぐに学んだので、すべての科学者が観測を信じたわけではありません。 Lockyerは、新しい元素の発見に貢献したという主張を裏付ける証拠を求めて、英国の化学者Edward Franklandに行って、実験室で波長パターンの再現を試みました。 フランクランドは、極端な温度と圧力の下で水素によって引き起こされる可能性があると理論付けましたが、彼らはそれを再現する試みに失敗しました。
宇宙には存在するが地球上には存在しない元素の可能性に対する懐疑論は、それがその種の最初のものであることを考えると、おそらく驚くことではありません。 科学史家のジェームズ・L・マーシャルとバージニア・R・マーシャルは、「フランクランドは、現在利用可能な高解像度スペクトルから生じる多くの誤った「新しく発見された要素」のためにおそらく慎重であり、彼の名前をこれに関連付けたくないと主張したLockyerが公開されてからもギリシャ語の太陽の名前にちなんで「ヘリウム」と名付けられました。
誰もがそんなに懐疑的ではなかった。 アメリカの科学者ジョン・ウィリアム・ドレーパーは、1876年にアメリカ化学会の最初の会議の演説でこの発見を称賛しました。 「私はしばしば、太陽の彩層から、その未知の元素であるヘリウムによって放出された明るい黄色の光線を見ます。 ドレーパーは次のように語っています。
分光器は複数の反復を経て、科学者はしばしば独自に設計を微調整しました。 （ウィキメディアコモンズ） 物理学者が地球上のヘリウムを発見したのは1882年になってからです。 イタリアの物理学者ルイージ・パルミエリは、ベスビオ山の溶岩を分析しながら、彼のデータに黄色のスペクトル線を記録しました。 その後、スコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼイがガスに対して行った実験によってその発見が追跡され、1895年までに研究者はヘリウムが地球だけでなく太陽にも存在したと断言できました。 ラムゼイは続けて、ヘリウムがラジウムの放射性崩壊の産物であることを示し、周期表の他の元素との関係でそれを配置しました。
今日、ヘリウムは誕生日バルーンを埋めるガスとして今日最もよく知られていますが、このガスは医療機器（MRIスキャナーなど）や宇宙船や放射線モニターでも重要な目的を果たします。 また、コンピューター部品、顕微鏡、自動車のエアバッグ、物理実験で使用される大型ハドロン衝突型加速器でも使用されています。 多くの人が元素の不足を心配していますが、タンザニアで大量の鉱床が見つかったため、しばらくの間は十分に供給されている可能性があります。
ヤンセンについては、太陽の下でヘリウムを見つけた後、彼はほとんど月桂樹で休みませんでした。 彼の長い科学的キャリアの過程で、彼は宇宙を理解するためにペルー、スイス、日本、アルジェリア、および他の場所を旅して旅をしました。 彼は、1870年に熱烈な気球でパリを脱出しました。そのとき、フランスはプロイセン戦争中に都市が包囲されていました。 彼は、「光の研究は私たちに世界のシステムの物理的組織を示すだろう」と書いて、彼の作品を熱心に信じていました。
編集者のメモ、9/4/18：この記事の以前のバージョンでは、LockyerとJanssenがヘリウムの発見に貢献したと述べていました。 この要素はまだ認識されていないため、これは不正確でした。 彼らは皆既日食なしで太陽を観察する新しい方法を発見したことで信用を共有しました。 記事はこれを反映するように修正されました。
