氦的發現|科學史上的今天:10/26

自從德國物理學家克希荷夫(Gustav R. Kirchhoff)與化學家本生於 1859 年共同發明化學元素的光譜分析法,並指出陽光的「夫朗和斐線」就是不同化學元素的光譜後,科學家紛紛透過光譜分析尋找新的元素。

高壓電場下發出橙紅色光的氦。圖片來源:Alchemist-hp@wikipedia

法國天文學家讓森(Pierre Janssen, 1824-1907)特地於 1868 年 8 月 18 日這一天跑到印度的 Guntur,因為此地才能看到日全食。日全食時,黑色太陽邊緣的日珥清晰可見,讓森就能用光譜儀觀測這太陽表面噴發出的強烈火舌,分析其中所含的元素。結果他在光譜中發現了一條特殊的的黃色亮線,他想再觀測確認,但日食已過,讓森情急之下,想出在光譜儀中加上剛好遮住太陽的小圓盤,如此就能製造日食的效果。他改造好光譜儀之後再次觀測日珥,確認是新的光譜線後,將觀測結果寄交法國科學院。

10 月 23 日,就在讓森的報告抵達法國科學院這一天,英國天文學家洛克耶(Norman Lockyer, 1836-1920)也在英國皇家學會報告同樣的發現。不過洛克耶是於 8 月 20 日在倫敦做的觀測;他沒有千里迢迢地跑到印度,因為他也想到了讓森想到的原理。英國皇家學會的秘書於 10 月 26 日向法國科學院告知洛克耶的發現,因此不用再做驗證了,當天法國科學院就對外宣布讓森與洛克耶兩人共同發現太陽新的光譜線 D3。

不過此時兩人都還沒想到這新的光譜線可能代表新的元素,是洛克耶繼續仔細比對現有已知元素的光譜線,發現都不符合後,才於十一月宣布那是地球尚未發現的元素;他將它命名為「氦」(helium),取自太陽的希臘文 helios。

氦是惰性氣體,又無色無味,難怪這宇宙第二豐富的元素在此之前竟從未被發現。1882 年,義大利物理學家帕密里(Luigi Palmieri)才在觀測維蘇威火山的岩漿時,首次在地球上發現 D3 光譜線,證實地球也存在氦元素。氦在自然界主要存在於天然氣與放射性礦物中。放射性礦物輻射出的 α 粒子就是氦原子核,拉塞福於 1907 年將 α 粒子打入真空管,放電後觀察管內新氣體發出的光譜,才確認 α 粒子就是氦原子核。沒錯,用的還是當年讓森與洛克耶所用的光譜分析法。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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