“Ho ottenuto uno dei risultati più fini e meno attesi, gli spettri delle stelle! E splendidi spettri con colori e linee magnifiche. Solo un altro passo e verrà rivelata la composizione chimica dell'universo ", ha scritto l'astrofisico Pierre Jules César Janssen a sua moglie da un osservatorio in Italia nel dicembre 1862. Armato delle ultime tecnologie del giorno e osservazioni fatte da altri astrofisici occidentali, Janssen era determinato a svelare i segreti della galassia.
Il 18 agosto 1868, Janssen riuscì a fare proprio questo. È diventato il primo ad osservare l'elio, un elemento mai visto prima sulla Terra, nello spettro solare. All'epoca, però, Janssen non sapeva cosa avesse visto, solo che era qualcosa di nuovo.
La metà del 1800 fu un momento entusiasmante per scrutare i cieli. Un nuovo strumento chiamato spettroscopio stava ribaltando il campo dell'astronomia. Simile nel design a un telescopio, lo spettroscopio funzionava come un prisma superpotente, disperdendo la luce in lunghezze d'onda misurabili. Un primo modello aveva permesso al fisico Joseph Fraunhofer di osservare il sole all'inizio del 1800, ma era perplesso da linee nere che interrompevano i colori normali. Queste linee nere furono chiamate Fraunhofer, anche se non capiva cosa fossero.
Questa conoscenza sarebbe arrivata diversi decenni dopo, con i ricercatori tedeschi Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen. Nel 1859, Bunsen e Kirchoff scoprirono che il riscaldamento di diversi elementi produceva linee luminose di luce nello spettroscopio - e quelle linee di luce talvolta corrispondevano alle linee scure di Fraunhofer.
Gli scienziati hanno determinato che le linee luminose apparivano quando veniva bruciato un gas caldo. Ad esempio, l'idrogeno brucia l'arancione, ma se osservato attraverso uno spettroscopio, diventa chiaro che l'arancione è costituito da singole lunghezze d'onda strette singole della luce. Allo stesso modo, le linee scure che Fraunhofer aveva scoperto rappresentavano la luce assorbita da un elemento più freddo sulla superficie del sole. "I due scienziati hanno scoperto che ogni elemento chimico produce uno spettro unico", scrive l'American Institute of Physics. "Questo fornisce una sorta di" impronta digitale "che può confermare la presenza di quella sostanza chimica."
Analizzando gli spettri di emissione di elementi specifici in laboratorio, quindi ruotando i loro spettroscopi sulle stelle, i ricercatori hanno potuto distinguere la composizione chimica di tutto, dal nostro sole alle stelle attraverso la galassia.
Uno spettroscopio progettato per guardare il sole. (Wikimedia Commons) "Prima dello spettroscopio non avevi idea di cosa fosse fatto il sole o di cosa fossero fatte le stelle", afferma Deborah Warner, curatrice della divisione di medicina e scienza presso il National Museum of American History. “All'improvviso c'è questa tecnica quasi magica con la quale puoi conoscere gli elementi di questi corpi distanti. Nuovi elementi vengono visualizzati a destra e a sinistra perché hai questo nuovo strumento. "
Janssen si tuffò avidamente in questa nuova forma di analisi della luce. Sebbene vivesse a Parigi, viaggiò attraverso l'Europa e l'Asia alla ricerca di punti panoramici ottimali per osservare il cielo notturno. Ha anche inseguito le eclissi, visitando l'Italia nel febbraio 1867 e poi andando fino a Guntur, in India, per l'eclissi solare totale del 18 agosto 1868. Il governo francese e la sua Accademia delle scienze nazionale hanno entrambi finanziato questa spedizione, insieme a quella di un altro francese, spendendo oltre 75.000 franchi per i due viaggi.
Ma l'alto costo si rivelerebbe un investimento degno. Il giorno dell'eclissi, armato con il suo spettroscopio, Janssen vide qualcosa di straordinario: una linea gialla brillante la cui lunghezza d'onda non corrispondeva a nessun elemento noto. Lo spettro si avvicinava al modello creato dal sodio, ma era abbastanza distinto da meritare la propria categoria. Sembrava che Janssen avesse scoperto un nuovo elemento, mai visto prima sulla Terra.
Allo stesso tempo, Janssen ha scoperto un nuovo modo di osservare il sole senza la necessità di un'eclissi, usando un ambito modificato. Ha inviato notizie di tutto ciò all'Accademia delle Scienze dopo l'eclissi. Ma più o meno nello stesso periodo, l'Accademia ricevette la parola dall'astronomo inglese Norman Lockyer che si era imbattuto in un'invenzione che gli aveva permesso di vedere il sole senza l'eclissi e che aveva fatto un'osservazione simile. Con il lavoro di ogni uomo che conferma quello dell'altro, è stato difficile assegnare un credito definitivo a entrambi. L'astronomo Hervé Faye ha suggerito una sorta di compromesso: “Invece di cercare di proporzionare il merito della scoperta e, di conseguenza, di diminuirla, sarebbe meglio attribuire in modo imparziale l'intero onore a entrambi questi uomini di scienza, che, separati da alcune migliaia di miglia, ognuno ha avuto la fortuna di raggiungere l'intangibile e l'invisibile con un metodo che è probabilmente il più sorprendente che il genio dell'osservazione abbia mai concepito? ”
L'astrofisico francese Pierre Jules Janssen ha viaggiato in tutto il mondo nel tentativo di comprendere il cosmo ed è stato il primo a scorgere la lunghezza d'onda dell'elio nel suo spettroscopio. (Wikimedia Commons) I due ricercatori hanno acconsentito di condividere l'onore della scoperta, e in seguito sono diventati amici intimi. Ma anche con l'eccitazione della loro osservazione, rimanevano delle domande. Il più importante tra loro: cosa avevano visto esattamente Janssen e Lockyer? Non tutti gli scienziati hanno creduto all'osservazione, poiché Lockyer avrebbe presto imparato. Alla ricerca di prove a sostegno dell'affermazione secondo cui aveva contribuito a scoprire un nuovo elemento, Lockyer si recò dal chimico inglese Edward Frankland per tentare di riprodurre il modello di lunghezza d'onda in laboratorio. Frankland ha teorizzato che potrebbe essere causato dall'idrogeno a temperature e pressioni estreme, ma non hanno avuto successo nei loro tentativi di ricrearlo.
Lo scetticismo sulla possibilità di un elemento esistente nello spazio ma non sulla Terra forse non è una sorpresa, dato che era il primo del suo genere. Gli storici della scienza James L. Marshall e Virginia R. Marshall scrivono: “Frankland, forse cauto a causa dei molti 'elementi appena scoperti' errati derivanti dagli spettri ad alta risoluzione ora disponibili, ha sostenuto che non voleva che il suo nome fosse associato a questo elemento immaginario ", anche dopo che Lockyer divenne pubblico, soprannominandolo" Elio ", dopo il nome greco per il sole.
Non tutti erano così scettici. Lo scienziato americano John William Draper ha esaltato la scoperta nel 1876 in un discorso alla riunione inaugurale della American Chemical Society. “Spesso guardo il raggio giallo brillante emesso dalla cromosfera del sole, da quell'elemento sconosciuto, l'elio, come gli astronomi si sono avventurati a chiamarlo. Sembra tremante per l'eccitazione nel raccontare la sua storia e quanti compagni invisibili ha ”, ha detto Draper.
Lo spettroscopio ha attraversato più iterazioni e gli scienziati hanno spesso modificato il progetto da soli. (Wikimedia Commons) Fu solo nel 1882 che un fisico individuò l'elio sulla Terra. Il fisico italiano Luigi Palmieri ha registrato nei suoi dati la linea spettrale gialla mentre analizzava la lava del Vesuvio. Quella scoperta è stata successivamente seguita da esperimenti condotti sul gas dal chimico scozzese William Ramsay, e dal 1895 i ricercatori hanno potuto affermare definitivamente che l'elio esisteva sia sulla Terra che sul sole. Ramsay ha continuato a mostrare che l'elio era un prodotto del decadimento radioattivo del radio e lo ha posto in relazione ad altri elementi nella tavola periodica.
Oggi, l'elio è probabilmente meglio conosciuto oggi come il gas che riempie i palloncini di compleanno, ma il gas serve anche a scopi importanti nelle macchine mediche (come gli scanner MRI), nonché nei veicoli spaziali e nei monitor delle radiazioni. Viene anche utilizzato in parti di computer, microscopi, airbag in auto e il grande collisore adronico utilizzato negli esperimenti di fisica. Molti si sono preoccupati per la carenza dell'elemento, ma un grande deposito trovato in Tanzania significa che probabilmente siamo ben forniti da tempo.
Per quanto riguarda Janssen, si riposava a malapena sugli allori dopo aver visto l'elio al sole. Nel corso della sua lunga carriera scientifica, ha viaggiato in Perù, Svizzera, Giappone, Algeria e altrove nella sua ricerca per capire il cosmo. Fu persino fuggito da Parigi in mongolfiera nel 1870, quando la città era sotto assedio durante la guerra franco-prussiana. Credeva fervidamente nel suo lavoro, una volta scrivendo: "Lo studio della luce ci mostrerà l'organizzazione fisica del sistema del mondo".
Nota del redattore, 04/09/18: una versione precedente di questo articolo affermava che Lockyer e Janssen condividevano il merito della scoperta dell'elio. Ciò era inaccurato, poiché l'elemento doveva ancora essere riconosciuto. Hanno condiviso il merito di aver scoperto un nuovo modo di osservare il sole senza eclissi. L'articolo è stato modificato per riflettere questo.
