„Ich habe eines der schönsten und am wenigsten erwarteten Ergebnisse erzielt - Spektren der Sterne! - und wunderschöne Spektren mit Farben und herrlichen Linien. Nur noch ein Schritt und die chemische Zusammensetzung des Universums wird sich zeigen “, schrieb der Astrophysiker Pierre Jules César Janssen im Dezember 1862 an seine Frau von einem Observatorium in Italien. Janssen war entschlossen, die Geheimnisse der Galaxis aufzudecken.
Am 18. August 1868 gelang es Janssen, genau das zu tun. Er war der erste Mensch, der Helium im Sonnenspektrum beobachtete, ein Element, das noch nie zuvor auf der Erde gesehen wurde. Zu diesem Zeitpunkt wusste Janssen jedoch nicht, was er gesehen hatte - nur, dass es etwas Neues war.
Die Mitte des 19. Jahrhunderts war eine aufregende Zeit, um in den Himmel zu schauen. Ein neues Instrument namens Spektroskop befasste sich mit der Astronomie. Ähnlich wie ein Teleskop funktionierte das Spektroskop wie ein Superprisma, das Licht in messbare Wellenlängen aufteilte. Ein frühes Modell hatte es dem Physiker Joseph Fraunhofer im frühen 19. Jahrhundert ermöglicht, die Sonne zu beobachten, aber er war verwirrt über schwarze Linien, die die normalen Farben unterbrachen. Diese schwarzen Linien wurden nach Fraunhofer benannt, obwohl er nicht verstand, was sie waren.
Dieses Wissen sollte einige Jahrzehnte später bei den deutschen Forschern Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen eintreffen. Bunsen und Kirchoff entdeckten 1859, dass beim Erhitzen verschiedener Elemente helle Lichtlinien im Spektroskop erzeugt wurden - und diese Lichtlinien entsprachen manchmal den dunklen Fraunhofer-Linien.
Die Wissenschaftler stellten fest, dass die hellen Linien beim Verbrennen eines heißen Gases auftraten. Beispielsweise brennt Wasserstoff orange, aber wenn es durch ein Spektroskop beobachtet wird, wird klar, dass das Orange aus mehreren einzelnen schmalen Lichtwellenlängen besteht. In ähnlicher Weise stellten die dunklen Linien, die Fraunhofer entdeckt hatte, dar, dass Licht von einem kühleren Element an der Sonnenoberfläche absorbiert wurde. "Die beiden Wissenschaftler stellten fest, dass jedes chemische Element ein einzigartiges Spektrum erzeugt", schreibt das American Institute of Physics. "Dies liefert eine Art 'Fingerabdruck', der das Vorhandensein dieser Chemikalie bestätigen kann."
Durch Analyse der Emissionsspektren spezifischer Elemente im Labor und anschließendes Drehen der Spektroskope an den Sternen konnten die Forscher die chemische Zusammensetzung von allem, von unserer Sonne bis zu den Sternen in der gesamten Galaxie, feststellen.
Ein Spektroskop zum Betrachten der Sonne. (Wikimedia Commons) „Vor dem Spektroskop hatten Sie keine Ahnung, woraus die Sonne besteht oder aus welchen Sternen sie besteht“, sagt Deborah Warner, Kuratorin für Medizin und Wissenschaft am National Museum of American History. „Auf einmal gibt es diese fast magische Technik, mit der man die Elemente dieser fernen Körper erkennen kann. Neue Elemente werden rechts und links angezeigt, da Sie über dieses neue Tool verfügen. “
Janssen tauchte eifrig in diese neue Form der Lichtanalyse ein. Obwohl er in Paris lebte, bereiste er Europa und Asien auf der Suche nach optimalen Aussichtspunkten für die Beobachtung des Nachthimmels. Er jagte auch nach Finsternissen, besuchte Italien im Februar 1867 und ging dann für die totale Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 nach Guntur, Indien. Die französische Regierung und ihre nationale Akademie der Wissenschaften finanzierten beide diese Expedition zusammen mit dieser eines anderen Franzosen, der mehr als 75.000 Franken für die beiden Reisen ausgab.
Die hohen Kosten würden sich jedoch als lohnende Investition erweisen. Am Tag der Sonnenfinsternis sah Janssen mit seinem Spektroskop etwas Außergewöhnliches: eine leuchtend gelbe Linie, deren Wellenlänge mit keinem bekannten Element übereinstimmte. Das Spektrum kam dem von Natrium erzeugten Muster am nächsten, war jedoch deutlich genug, um eine eigene Kategorie zu verdienen. Es schien, als hätte Janssen ein neues Element entdeckt, das es auf der Erde noch nie gegeben hatte.
Zur gleichen Zeit entdeckte Janssen eine neue Art der Sonnenbeobachtung ohne die Notwendigkeit einer Sonnenfinsternis mit einem modifizierten Zielfernrohr. Er sandte nach der Sonnenfinsternis eine Nachricht darüber an die Akademie der Wissenschaften. Ungefähr zur gleichen Zeit erhielt die Akademie die Nachricht des englischen Astronomen Norman Lockyer, dass er auf eine Erfindung gestoßen war, die es ihm ermöglichte, die Sonne ohne die Sonnenfinsternis zu betrachten, und dass er eine ähnliche Beobachtung gemacht hatte. Da die Arbeit eines jeden Mannes die des anderen bestätigte, war es schwierig, beiden einen definitiven Kredit zu gewähren. Der Astronom Hervé Faye schlug einen Kompromiss vor: „Anstatt zu versuchen, den Wert der Entdeckung zu bemessen und folglich zu verringern, wäre es besser, diesen beiden Männern der Wissenschaft, die durch einige Tausend voneinander getrennt waren, unparteiisch die ganze Ehre zuzuschreiben Hat jeder das Glück gehabt, das Immaterielle und Unsichtbare mit einer Methode zu erreichen, die wahrscheinlich die erstaunlichste ist, die das Genie der Beobachtung je erdacht hat? “
Der französische Astrophysiker Pierre Jules Janssen bereiste die Welt, um den Kosmos zu verstehen, und erblickte als erster das Wellenlängenmuster von Helium in seinem Spektroskop. (Wikimedia Commons) Die beiden Forscher waren sich einig, die Ehre der Entdeckung zu teilen, und wurden später enge Freunde. Aber auch mit der Aufregung ihrer Beobachtung blieben Fragen. Das Wichtigste unter ihnen: Was genau hatten Janssen und Lockyer gesehen? Nicht alle Wissenschaftler glaubten der Beobachtung, wie Lockyer bald erfahren sollte. Lockyer suchte Beweise, um die Behauptung zu untermauern, er habe bei der Entdeckung eines neuen Elements geholfen, und ging zu dem englischen Chemiker Edward Frankland, um zu versuchen, das Wellenlängenmuster im Labor zu reproduzieren. Frankland vermutete, dass Wasserstoff unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen die Ursache sein könnte, doch ihre Versuche, ihn nachzubilden, blieben erfolglos.
Die Skepsis gegenüber der Möglichkeit, dass ein Element im Weltraum existiert, aber nicht auf der Erde, ist vielleicht keine Überraschung, da es das erste seiner Art war. Die Wissenschaftshistoriker James L. Marshall und Virginia R. Marshall schreiben: „Frankland, vielleicht vorsichtig wegen der vielen irrtümlichen 'neu entdeckten Elemente', die sich aus den jetzt verfügbaren hochauflösenden Spektren ergeben, meinte, er wolle seinen Namen nicht damit in Verbindung bringen imaginäres Element “, auch nachdem Lockyer an die Börse ging und es nach dem griechischen Namen für die Sonne„ Helium “nannte.
Nicht jeder war so skeptisch. Der amerikanische Wissenschaftler John William Draper lobte die Entdeckung 1876 in einer Ansprache anlässlich der Eröffnungsversammlung der American Chemical Society. „Ich schaue oft auf den hellgelben Strahl, der von diesem unbekannten Element, Helium, aus der Chromosphäre der Sonne ausgestrahlt wird, wie die Astronomen es gewagt haben, ihn zu nennen. Es scheint vor Aufregung zu zittern, seine Geschichte zu erzählen und wie viele unsichtbare Gefährten es hat “, sagte Draper.
Das Spektroskop durchlief mehrere Iterationen, und die Wissenschaftler haben das Design häufig selbst optimiert. (Wikimedia Commons) Erst 1882 entdeckte ein Physiker Helium auf der Erde. Der italienische Physiker Luigi Palmieri zeichnete die gelbe Spektrallinie in seinen Daten auf, während er die Lava vom Vesuv analysierte. Dieser Entdeckung folgten später Experimente des schottischen Chemikers William Ramsay mit dem Gas, und 1895 konnten Forscher definitiv sagen, dass Helium sowohl auf der Erde als auch in der Sonne existierte. Ramsay fuhr fort, zu zeigen, dass Helium ein Produkt des radioaktiven Zerfalls von Radium ist, und setzte es in Beziehung zu anderen Elementen auf dem Periodensystem.
Heute ist Helium wahrscheinlich am bekanntesten als das Gas, das Geburtstagsballons füllt, aber das Gas dient auch wichtigen Zwecken in medizinischen Geräten (wie MRI-Scannern) sowie in Raumfahrzeugen und Strahlungsmonitoren. Es wird auch in Computerteilen, Mikroskopen, Airbags in Autos und dem großen Hadronencollider verwendet, der in physikalischen Experimenten verwendet wird. Viele haben sich Sorgen über die Verknappung des Elements gemacht, aber ein großes Vorkommen in Tansania bedeutet, dass wir wahrscheinlich für einige Zeit gut versorgt sind.
Janssen ruhte sich kaum auf seinen Lorbeeren aus, nachdem er Helium in der Sonne entdeckt hatte. Während seiner langen wissenschaftlichen Karriere reiste er nach Peru, in die Schweiz, nach Japan, Algerien und anderswo, um den Kosmos zu verstehen. Er floh sogar 1870 mit einem Heißluftballon aus Paris, als die Stadt während des Deutsch-Französischen Krieges belagert wurde. Er glaubte inbrünstig an seine Arbeit und schrieb einmal: "Das Studium des Lichts wird uns die physische Organisation des Systems der Welt zeigen."
Anmerkung der Redaktion, 04.09.18: In einer früheren Version dieses Artikels wurde festgestellt, dass Lockyer und Janssen für die Entdeckung von Helium einen gemeinsamen Verdienst hatten. Dies war ungenau, da das Element noch nicht erkannt worden war. Sie sprachen sich dafür aus, eine neue Art der Sonnenbeobachtung ohne Sonnenfinsternis entdeckt zu haben. Der Artikel wurde geändert, um dies widerzuspiegeln.
