宇宙第二大丰富元素是什么科学家用了三十多年才接受它的存在

发布者：丹江水暖 2023-8-21 08:55

氦元素的存在。80年前开始，我们开始探索并了解所有自然界中的元素，从我们最为熟悉的铁和碳，一直到最近被发现的钫元素。虽然大部分元素是通过精密的化学实验来发现的，但对于宇宙中第二最丰富的元素来说，发现的过程却与众不同。

氦是最不活跃的元素之一，也是一种稀有气体。通常情况下，氦是无色、无味的，而且是唯一一种无法在标准大气压下固化的物质。然而，最早发现氦元素的地方并非是地球，而是太空。科学家花费了三十多年的时间才开始接受氦元素的存在。氦主要用作保护气体、气冷核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。此外，由于氦的密度比空气小且性质稳定，它还可以用作浮升气体。

最初，氦元素是在19世纪60年代于太阳大气层中被发现的。当时，俄国化学家德米特里·门捷列夫正在研究未来的元素周期表，并根据元素的化学特性对它们进行分类，甚至在周期表中留下了一些空位，预测未来可能会发现的元素。然而，门捷列夫的周期表却没有包括我们现在所称的惰性气体元素，甚至没有为它们预留位置。这是因为当时还没有人见过这些惰性气体。

氦是一种惰性气体，这类元素非常不活跃，因此很难被发现。并非因为空气中只含有5%的氦气，而是因为在太空中的情况与地球大气层中不同。如果我们将宇宙视为一个整体，我们会发现其中有75%的氢气和25%的氦气，其他气体的比例可以忽略不计。太阳的大气成分与太空中的成分非常相似。那么，19世纪的科学家利用光谱学技术发现那种几乎只存在于太空中、与任何物质都不发生反应的未知元素。

当我们将太阳光通过棱镜时，可以观察到太阳光谱，其中的可见光呈现出彩虹色。1815年，德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅和费发现了一个出乎意料的现象：太阳光谱中存在缺失！

夫琅和费注意到光谱的特定位置出现了黑线，看起来有点像条形码，这些黑线只在太阳光下出现，因此它们的功能类似于条形码。我们可以通过光谱来区分太阳光和其他类型的光。当科学家们意识到可以利用光谱学来识别太阳中的元素时，他们开始对此展开研究。

1868年，两位研究者分别观察了日食现象，日食遮挡住了太阳光的主要部分，使得两位科学家清晰地观察到太阳最外层的光谱，即日冕层的谱线。这两位科学家是法国天文学家皮埃尔·朱尔·塞西尔·雅克·简森和英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耳。他们独立地发现了一条新的光谱线，后来被称为"D3"线。"D3"线的发现引起了科学界的关注，许多科学家尝试解释这条神秘的光谱线。其中一位科学家是英国物理学家诺曼·洛克耳的儿子，也是一位天文学家，他的名字叫亨利·洛克耳。亨利·洛克耳是第一个提出氦元素存在的理论的人。他认为，"D3"线是一种新的元素所产生的光谱线，这个元素存在于太阳中但在地球上却很罕见。

为了验证他的理论，亨利·洛克耳进行了一系列的实验。他首先收集了地球上所有已知元素的光谱，然后与太阳光谱进行对比。最终，他发现" D3"线在地球上找不到匹配的元素。

亨利·洛克耳的实验证实了氦元素的存在，并证明它在太阳中非常丰富。这一发现在当时引起了轰动，氦成为了第一个通过光谱学技术从太阳中发现的元素。