عنصر خورشیدی زمین: هلیوم

هلیوم نه در زمین، بلکه در خورشید کشف شد! این اکتشاف در سال 1868 میلادی، سال‌ها قبل از آن‌که سفرهای فضایی ممکن شوند، به طور تصادفی انجام گرفت. در 1859، دو دانشمند آلمانی، یکی شیمی‌دانی به نام روبرت ویلهلم بونزن، و دیگری فیزیک‌دانی به نام گوستاف روبرت کیرشهوف، در دانشگاه‌ هایدلبرگ ابزاری نوری ساختند که طیف نما (اسپکتروسکوپ) نامیده می‌شد. وقتی عنصری به حد التهاب حرارت می‌دید، این ابزار طیف نشری خطی (مجموعه‌ایی از خطوط روشن در زمینه ای تیره، که هر مجموعه بسته به تعداد، رنگ و فاصله‌ی خطوط، مشخصه‌ی عنصری خاص است) تولید می‌کرد. آنان با این ابزار، دو عنصر جدید در جدول تناوبی از «خانواده‌ی سدیم»، یعنی سزیوم و روبیدیوم را، به ترتیب در سالهای 1860 و 1861 کشف کردند. پیئر ژانسن، رئیس رصد خانه‌ی اختر فیزیکی در مودون فرانسه، به هند رفته بود تا در هجده اوت سال 1868 گرفتگی خورشید را مشاهده و از آن عکس‌برداری کند.
در اکتبر همان سال ج . نورمن لاکئیر، استاد فیزیک اختر شناسی در کالج سلطنتی علوم لندن، با استفاده از تلسکوپ مخصوصی که طیف گازهای درخشنده‌ی اطراف خورشید را حتی در مواقعی غیر از زمان خورشید گرفتگی آشکار می‌کرد، آنها را ثبت نمود. او متوجه برخی خطوط طیفی شد که نشان می‌داد هیدروژن از جمله گازهایی است که از خورشید ساطع می‌شود. هم‌چنین دو خط زرد را که مشخصه‌ی سدیم بودند مشاهده کرد، اما خط زرد سومی وجود داشت که با هیچ یک از عناصری که تا آن زمان می شناختند مطابق نبود. او نتیجه گرفت که شاید این خط سوم متعلق به عنصری باشد که در گازهای اطراف خورشید وجود دارد، اما در زمین کشف نشده است. او این یافته‌ها را در همان روز مشاهده - یعنی 20 اکتبر سال 1868 - به انجمن سلطنتی گزارش کرد، و سه روز بعد وارن دو لارو گزارشِ یافته‌های لاکئیر را به فرهنگستان علوم فرانسه ارائه داد. در همین هنگام ، ژانسن طیفی را که در هند ثبت کرده بود در 18 اوت مورد مطالعه قرار داد، و همان خط زرد جدید را مشاهده کرد. او این نتایج را در 23 اکتبر، چند دقیقه پس از آن که نامه لاکئیر را دو لارو قرائت کرده بود، طی نامه‌ای به فرهنگستان فرانسه گزارش داد. همین امر باعث شد این پرسش پیش آید که افتخار این اکتشاف نصیب چه کسی شود: ژانسن زودتر آن را مشاهده کرده بود، اما گزارش لاکئیر زودتر رسید. دو اختر شناس، به جای مجادله بر سر تقدم و تاخر، دوستانی صمیمی شدند، و فرهنگستان فرانسه نشان یادبودی ضرب کرد که تصویر و نام هر دو دانشمند بر آن نقش بسته بود. لاکئیر با کمک ادوارد فرانکلند، استاد شیمی دانشگاه منچستر، به پژوهش‌های خود ادامه داد. او متقاعد شده بود که این خط طیفی جدید مربوط به عنصری جدید است، و بر اساس معادل یونانی واژه‌ی خورشید، یا هلیوس، آن را هلیوم نامید. آن گاه جست‌وجو به دنبال قرائنی که بر وجود هلیوم در زمین دلالت داشته باشند آغاز شد، اما 23 سال طول کشید تا مدرکی یافت شود. در سال 1891 و. ه. هیلبراند از سازمان نقشه‌برداری زمین شناختی ایالت متحده امریکا، طیف گازهای تولید شده بر اثر حرارت دادن سنگ معدن اورانیوم را بررسی کرد. این طیف عمدتاً به نیتروژن مربوط می‌شد، اما برخی از خطوط طیفی به نیتروژن تعلق نداشتند. وقتی سِر ویلیام رمزی در لندن گزارش هیلبراند را خواند، حدس زد که شاید این خطوط طیفی ناشناخته به آرگون، عنصر گازی نادر و بی اثر که او و لرد ریلی یک سال قبل در هوا کشف کرده بودند، متعلق باشد. وی نمونه‌ای از نوع دیگری سنگ معدن اورانیوم را به دست آورد و به همان ترتیبی که هیلبراند انجام داده بود آن را حرارت داد؛ همان طور که پیش‌بینی می‌کرد توانست آرگون را در آن بیابد، اما خط طیفی زرد رنگ دیگری یافت که نه به نیتروژن تعلق داشت، و نه به آرگون. نخست گمان می‌کرد خط مزبور ناشی از کریپتون، گاز بی اثر دیگری که احتمال می داد با آرگون همراه است و بعدها بدین نام خوانده شد، باشد؛ اما وقتی نمونه هایی از گاز به دست آمده را برای اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر به نزد لاکئیر و سر ویلیام کروکس فرستاد، هر دو تایید کردند که طول موج آن خط زرد درست برابر طول موج هلیوم موجود در جو خورشید است. رمزی در 26 مارس سال 1895، هم‌زمان دو نامه به انجمن سلطنتی انگلستان و فرهنگستان علوم فرانسه فرستاد، و کشف هلیوم را در زمین اعلام کرد. سر ویلیام رمزی به سبب کشف آرگون، هلیوم (در زمین)، و دیگر گازهای نادر، برنده ی جایزه‌ی نوبل 1904 شیمی شد. او در فاصله‌ی سال‌های 1895 تا 1898 گازهای کریپتون، گزنون، و نئون را کشف کرده بود، و بدین ترتیب ستون صفر جدول تناوبی را با خویشاوندان هلیوم پر کرد. در جدولی که عناصر را در آن بر اساس عدد اتمی و شباهت‌های تکرار شونده یا «تناوبی» مرتب کرده اند، ستون صفر جدول تناوبی محل قرار گرفتن عناصر نادر یا «نجیب» است. معمولاً قسمت اعظم افتخار تدوین جدول تناوبی عناصر را به شیمی‌دان روسی، دیمیتری مندلیف نسبت می‌دهند. سابقاً تصور می‌شد که عناصر ستون صفر با عناصر دیگر ترکیب نمی‌شوند (بنابراین توان ترکیبی یا ظرفیتشان صفر است)؛ اکنون می‌دانیم که حتی این عناصر نیز با عناصر دیگر ترکیب می‌شوند، اما نه به سادگی. در سال 1904 میلادی، هلیوم، گازی نادر بود. اما در 1905 وضع کم‌کم تغییر کرد. باز هم تصادف وارد ماجرا شد. یک چاه گاز طبیعی در نزدیکی دکستر درکانزانس مهار شد و گاز آن برای مصرف به عنوان سوخت به یک مولد بخار لوله‌کشی شد. اما آن‌چه سبب حیرت همگان شد این بود که گاز نمی‌سوخت؛ وقتی دانشمندان دانشگاه کانزانس آن‌را تجزیه و تحلیل کردند، معلوم شد بخش عمده‌اش از نیتروژن است، اما شگفت‌تر آن‌که حدود 2 درصد هم هلیوم داشت. پس از آن معلوم شد که در گاز چاه‌های دیگر در تگزاس، نیو مکزیکو، یوتا، و چندین استان کانادا، مقادیر اندکی هلیوم وجود دارد. در حال حاضر یکی از منابع عمده‌ی هلیوم در تنگه تگزاس در نزدیکی آماریلو قرار دارد. گرچه درصد هلیوم آن کم است (حدود 8ر1%)، اما حجم گاز موجود در این حوزه‌ آن قدر زیاد است که به عنوان تامین کننده‌ی اصلی هلیوم جهان شناخته شده است .
در سال‌های نخست قرن بیستم، آلمانی‌ها کشتی‌های هوایی محکم و سبک‌تر از هوایی ساختند که به افتخار طراحشان، کنت فردینانت فون زپلین، آن‌ها را زپلین می‌نامیدند. در این کشتی‌های هوایی، نیروی بالابر از هیدروژن تامین می‌شد. در جنگ جهانی اول از آن‌ها برای تجسس و بمباران، و در دهه1930 برای مسافربری تجاری استفاده می‌کردند. وقتی در 1936 سفینه هیندنبورگ به هنگام فرود در لیکهرست نیوجرسی آتش گرفت، استفاده از آنها برای این‌گونه مقاصد متوقف شد. به نظر می‌رسید الکتریسیته‌ی جوی هیدرژن را مشتعل کرده باشد. 36 مسافری که در این حادثه جان باختند، نخستین تلفات در تاریخ هوانوردی تجاری بودند. بعدها کشتی هوایی مشابهی در آلمان طراحی و اصلاح شد تا با هلیوم کار کند. اما تیرگی روابط بین المللی باعث شد ایالات متحده، که بر تولید هلیوم سلطه داشت، از صدور آن سر باز زند. در جنگ جهانی دوم، ایالات متحده، از بالون‌های کوچک انعطاف پذیری به نام «بلیمپ» برای مأموریت‌های ساحلی و ضد زیر دریایی استفاده می‌کرد. نیروی بالابر آنها تماماً از هلیوم تامین می‌شد، که بالابری آن 93 % هیدروژن است، و خطر آتش سوزی در مورد آن وجود ندارد، چون هلیوم نه خود می‌سوزد و نه باعث احتراق می‌شود. ظهور هواپیماهای سنگین امروزی در میدان پر رقابت خدمات مسافربری به عمر کشتی‌های هوایی سبک وزن خاتمه داده است. اما هر وقت بر فراز ورزشگاه‌ها، بالون‌های تبلیغاتی را دیدید که سکوی بی نظیری را برای دوربینهای تلویزیونی در اختیار گذارده‌اند، به یاد عنصر عجیبی خواهید افتاد که به طور تصادفی در خورشید، و بعدها در زمین کشف شد .