“He obtenido uno de los mejores y menos esperados resultados, ¡los espectros de las estrellas!” Y hermosos espectros con colores y líneas magníficas. Solo un paso más y se revelará la composición química del universo ", escribió el astrofísico Pierre Jules César Janssen a su esposa desde un observatorio en Italia en diciembre de 1862. Armado con la última tecnología del día y las observaciones realizadas por otros astrofísicos occidentales, Janssen estaba decidido a abrir los secretos de la galaxia.
El 18 de agosto de 1868, Janssen logró hacer eso. Se convirtió en la primera persona en observar helio, un elemento nunca antes visto en la Tierra, en el espectro solar. En ese momento, sin embargo, Janssen no sabía lo que había visto, solo que era algo nuevo.
A mediados de 1800 fue un momento emocionante para mirar los cielos. Un nuevo instrumento llamado espectroscopio estaba volcando el campo de la astronomía. De diseño similar a un telescopio, el espectroscopio funcionaba como un prisma superpotente, dispersando la luz en longitudes de onda medibles. Un modelo temprano había permitido al físico Joseph Fraunhofer observar el sol a principios del siglo XIX, pero estaba perplejo por las líneas negras que interrumpían los colores normales. Estas líneas negras fueron nombradas por Fraunhofer, a pesar de que no entendía cuáles eran.
Ese conocimiento vendría varias décadas después, con los investigadores alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. En 1859, Bunsen y Kirchoff descubrieron que el calentamiento de diferentes elementos producía líneas brillantes de luz en el espectroscopio, y esas líneas de luz a veces correspondían a las líneas oscuras de Fraunhofer.
Los científicos determinaron que las líneas brillantes aparecían cuando se quemaba un gas caliente. Por ejemplo, el hidrógeno quema naranja, pero cuando se observa a través de un espectroscopio, queda claro que la naranja está formada por múltiples longitudes de onda individuales de luz estrecha. Del mismo modo, las líneas oscuras que Fraunhofer había descubierto representaban la luz absorbida por un elemento más frío en la superficie del sol. "Los dos científicos descubrieron que cada elemento químico produce un espectro único", escribe el Instituto Americano de Física. "Esto proporciona una especie de 'huella digital' que puede confirmar la presencia de ese químico".
Al analizar los espectros de emisión de elementos específicos en el laboratorio, luego girar sus espectroscopios sobre las estrellas, los investigadores pudieron distinguir la composición química de todo, desde nuestro sol hasta las estrellas de la galaxia.
Un espectroscopio diseñado para mirar al sol. (Wikimedia Commons) "Antes del espectroscopio no tenía idea de qué estaba hecho el sol o de qué están hechas las estrellas", dice Deborah Warner, curadora de la división de medicina y ciencia del Museo Nacional de Historia de los Estados Unidos. “De repente, existe esta técnica casi mágica por la cual puedes conocer los elementos de estos cuerpos distantes. Aparecen nuevos elementos a derecha e izquierda porque tienes esta nueva herramienta ".
Janssen se lanzó con entusiasmo a esta nueva forma de análisis de luz. Aunque vivió en París, viajó por Europa y Asia en busca de puntos de vista óptimos para observar el cielo nocturno. También persiguió eclipses, visitó Italia en febrero de 1867 y luego viajó hasta Guntur, India, para el eclipse solar total del 18 de agosto de 1868. El gobierno francés y su Academia Nacional de Ciencias financiaron esta expedición, junto con eso de otro francés, gastando más de 75, 000 francos en los dos viajes.
Pero el alto costo resultaría una inversión digna. El día del eclipse, armado con su espectroscopio, Janssen vio algo extraordinario: una línea amarilla brillante cuya longitud de onda no coincidía con ningún elemento conocido. El espectro se acercaba más al patrón hecho por el sodio, pero era lo suficientemente distinto como para merecer su propia categoría. Parecía que Janssen había descubierto un nuevo elemento, uno nunca antes visto en la Tierra.
Al mismo tiempo, Janssen descubrió una nueva forma de observar el sol sin la necesidad de un eclipse, utilizando un visor modificado. Envió noticias de todo esto a la Academia de Ciencias después del eclipse. Pero casi al mismo tiempo, la Academia recibió la noticia del astrónomo inglés Norman Lockyer de que había encontrado un invento que le permitía ver el sol sin el eclipse y había hecho una observación similar. Con el trabajo de cada hombre confirmando el del otro, fue difícil otorgar crédito definitivo a cualquiera de ellos. El astrónomo Hervé Faye sugirió una especie de compromiso: “En lugar de tratar de proporcionar el mérito del descubrimiento y, en consecuencia, disminuirlo, sería mejor atribuir imparcialmente todo el honor a estos dos hombres de ciencia, que, separados por unos miles de millas, ¿han tenido la suerte de alcanzar lo intangible e invisible por un método que probablemente sea el más sorprendente que haya concebido el genio de la observación?
El astrofísico francés Pierre Jules Janssen viajó por todo el mundo en un intento de comprender el cosmos, y fue el primero en ver el patrón de longitud de onda de helio en su espectroscopio. (Wikimedia Commons) Los dos investigadores aceptaron sinceramente compartir el honor del descubrimiento, y luego se hicieron amigos cercanos. Pero incluso con la emoción de su observación, las preguntas permanecieron. El más importante entre ellos: ¿Qué habían visto exactamente Janssen y Lockyer? No todos los científicos creyeron en la observación, ya que Lockyer pronto aprendería. Buscando pruebas para respaldar la afirmación de que había ayudado a descubrir un nuevo elemento, Lockyer fue al químico inglés Edward Frankland para intentar reproducir el patrón de longitud de onda en el laboratorio. Frankland teorizó que podría ser causado por el hidrógeno a temperaturas y presiones extremas, pero no tuvieron éxito en sus intentos de recrearlo.
El escepticismo sobre la posibilidad de que exista un elemento en el espacio pero no en la Tierra quizás no sea una sorpresa, dado que fue el primero de su tipo. Los historiadores de la ciencia James L. Marshall y Virginia R. Marshall escriben: “Frankland, quizás cauteloso debido a los muchos 'elementos recién descubiertos' erróneos que surgen de los espectros de alta resolución ahora disponibles, sostuvo que no quería asociar su nombre con esto elemento imaginario ", incluso después de que Lockyer se hiciera público, llamándolo" Helio ", por el nombre griego del sol.
No todos eran tan escépticos. El científico estadounidense John William Draper ensalzó el descubrimiento en 1876 en un discurso ante la reunión inaugural de la American Chemical Society. “A menudo miro el rayo amarillo brillante emitido por la cromosfera del sol, por ese elemento desconocido, el helio, como los astrónomos se han aventurado a llamarlo. Parece temblar de emoción contar su historia y cuántos compañeros invisibles tiene ”, dijo Draper.
El espectroscopio pasó por múltiples iteraciones, y los científicos a menudo modificaron el diseño por su cuenta. (Wikimedia Commons) No fue sino hasta 1882 que un físico descubrió helio en la Tierra. El físico italiano Luigi Palmieri registró la línea espectral amarilla en sus datos mientras analizaba la lava del Monte Vesubio. Posteriormente, ese descubrimiento fue seguido por experimentos realizados en el gas por el químico escocés William Ramsay, y en 1895 los investigadores pudieron decir definitivamente que el helio existía tanto en la Tierra como en el sol. Ramsay continuó mostrando que el helio era un producto de la desintegración radiactiva del radio y lo colocó en relación con otros elementos en la tabla periódica.
Hoy en día, el helio es probablemente mejor conocido como el gas que llena los globos de cumpleaños, pero el gas también sirve para propósitos importantes en maquinaria médica (como escáneres de resonancia magnética), así como en naves espaciales y monitores de radiación. También se usa en partes de computadoras, microscopios, bolsas de aire en automóviles y el gran colisionador de hadrones utilizado en experimentos de física. Muchos se han preocupado por la escasez del elemento, pero un gran depósito encontrado en Tanzania significa que es probable que estemos bien abastecidos por algún tiempo.
En cuanto a Janssen, apenas descansaba en sus laureles después de ver helio al sol. En el transcurso de su larga carrera científica, viajó a Perú, Suiza, Japón, Argelia y otros lugares en su búsqueda para comprender el cosmos. Incluso escapó de París en un globo aerostático en 1870, cuando la ciudad estaba sitiada durante la Guerra Franco-Prusiana. Creía fervientemente en su trabajo, una vez que escribió: "El estudio de la luz nos mostrará la organización física del sistema del mundo".
Nota del editor, 4/9/18: Una versión anterior de este artículo declaró que Lockyer y Janssen compartieron el crédito por el descubrimiento de helio. Esto era inexacto, ya que el elemento aún no se había reconocido. Compartieron el crédito por descubrir una nueva forma de observar el sol sin un eclipse. El artículo ha sido modificado para reflejar esto.
