“Saya telah memperoleh salah satu hasil terbaik dan paling tidak diharapkan — Spektrum bintang! —Dan spektra indah dengan warna dan garis-garis indah. Hanya satu langkah lagi dan komposisi kimia dari alam semesta akan terungkap, ”tulis astrofisikawan Pierre Jules César Janssen kepada istrinya dari sebuah observatorium di Italia pada bulan Desember 1862. Berbekal teknologi terkini pada hari itu dan pengamatan yang dilakukan oleh ahli astrofisika Barat lainnya, Janssen bertekad untuk membuka rahasia galaksi.
Pada 18 Agustus 1868, Janssen berhasil melakukan hal itu. Dia menjadi orang pertama yang mengamati helium, unsur yang belum pernah terlihat di Bumi, dalam spektrum matahari. Tetapi, pada saat itu, Janssen tidak tahu apa yang dilihatnya — hanya saja itu adalah sesuatu yang baru.
Pertengahan 1800-an adalah waktu yang menyenangkan untuk mengintip langit. Sebuah instrumen baru yang disebut spektroskop sedang menjungkirbalikkan bidang astronomi. Mirip dalam desain dengan teleskop, spektroskopi bekerja seperti prisma bertenaga super, menyebarkan cahaya ke panjang gelombang yang terukur. Model awal telah memungkinkan fisikawan Joseph Fraunhofer untuk mengamati matahari pada awal 1800-an, tetapi ia bingung dengan garis-garis hitam yang mengganggu warna normal. Garis-garis hitam ini dinamai untuk Fraunhofer, meskipun dia tidak mengerti apa itu.
Pengetahuan itu akan datang beberapa dekade kemudian, dengan peneliti Jerman Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen. Pada tahun 1859, Bunsen dan Kirchoff menemukan bahwa memanaskan berbagai elemen menghasilkan garis-garis cahaya yang terang dalam spektroskop — dan garis-garis cahaya itu kadang-kadang berhubungan dengan garis Fraunhofer yang gelap.
Para ilmuwan menentukan bahwa garis-garis cerah muncul ketika gas panas dibakar. Sebagai contoh, hidrogen membakar oranye, tetapi ketika diamati melalui spektroskopi, menjadi jelas bahwa oranye terdiri dari beberapa panjang gelombang cahaya individu yang sempit. Demikian pula, garis-garis gelap yang Fraunhofer temukan mewakili cahaya yang diserap oleh unsur yang lebih dingin di permukaan matahari. "Kedua ilmuwan menemukan bahwa setiap elemen kimia menghasilkan spektrum yang unik, " tulis American Institute of Physics. "Ini memberikan semacam 'sidik jari' yang dapat mengkonfirmasi keberadaan bahan kimia itu."
Dengan menganalisis spektrum emisi unsur-unsur tertentu di laboratorium, kemudian memutar spektroskopi mereka pada bintang-bintang, para peneliti dapat melihat komposisi kimia dari segala sesuatu dari matahari kita hingga bintang-bintang di seluruh galaksi.
Sebuah spektroskop yang dirancang untuk melihat matahari. (Wikimedia Commons) "Sebelum spektroskopi, Anda tidak tahu terbuat dari apa matahari, atau dari apa bintang dibuat, " kata Deborah Warner, seorang kurator di divisi kedokteran dan sains di Museum Nasional Sejarah Amerika. “Tiba-tiba ada teknik yang hampir ajaib ini yang dengannya kamu bisa mengetahui unsur-unsur tubuh yang jauh ini. Elemen baru muncul di kanan dan kiri karena Anda memiliki alat baru ini. "
Janssen dengan penuh semangat terjun ke dalam bentuk analisis cahaya yang baru ini. Meskipun ia tinggal di Paris, ia melakukan perjalanan melintasi Eropa dan Asia untuk mencari tempat-tempat yang optimal untuk mengamati langit malam. Dia juga mengejar gerhana, mengunjungi Italia pada Februari 1867 dan kemudian pergi ke Guntur, India, untuk gerhana matahari total 18 Agustus 1868. Pemerintah Prancis dan Akademi Ilmu Pengetahuan nasional keduanya mendanai ekspedisi ini, bersama dengan itu dari orang Prancis lain, menghabiskan lebih dari 75.000 franc untuk dua perjalanan.
Tetapi biaya tinggi akan membuktikan investasi yang layak. Pada hari gerhana, dipersenjatai dengan spektroskopnya, Janssen melihat sesuatu yang luar biasa: garis kuning cerah yang panjang gelombangnya tidak cocok dengan unsur yang diketahui. Spektrum datang paling dekat dengan pola yang dibuat oleh natrium, tetapi cukup berbeda untuk pantas kategorinya sendiri. Tampaknya Janssen telah menemukan elemen baru, yang belum pernah terlihat sebelumnya di Bumi.
Pada saat yang sama, Janssen menemukan cara baru mengamati matahari tanpa perlu gerhana, menggunakan ruang lingkup yang dimodifikasi. Dia mengirim kabar tentang semua ini ke Akademi Ilmu Pengetahuan setelah gerhana. Tetapi sekitar waktu yang sama, Akademi menerima kabar dari astronom Inggris Norman Lockyer bahwa ia telah menemukan sebuah penemuan yang memungkinkannya untuk melihat matahari tanpa gerhana, dan telah melakukan pengamatan serupa. Dengan pekerjaan masing-masing orang mengkonfirmasi yang lain, sulit untuk memberikan penghargaan definitif kepada keduanya. Astronom Hervé Faye menyarankan sesuatu kompromi: “Daripada mencoba untuk proporsi manfaat penemuan, dan akibatnya mengurangi itu, akan lebih baik untuk atribut tanpa memihak seluruh kehormatan untuk kedua orang ilmu ini, yang, dipisahkan oleh beberapa ribu bermil-mil, apakah masing-masing cukup beruntung untuk mencapai yang tak berwujud dan tak terlihat dengan metode yang mungkin paling mencengangkan yang pernah dilakukan oleh jenius pengamatan? ”
Ahli astrofisika Prancis Pierre Jules Janssen melakukan perjalanan ke seluruh dunia dalam upaya untuk memahami kosmos, dan merupakan orang pertama yang melihat pola panjang gelombang helium dalam spektografnya. (Wikimedia Commons) Kedua peneliti dengan sepenuh hati setuju untuk berbagi kehormatan penemuan, dan kemudian menjadi teman dekat. Tetapi bahkan dengan semangat pengamatan mereka, pertanyaan tetap ada. Paling penting di antara mereka: Apa yang sebenarnya dilihat Janssen dan Lockyer? Tidak semua ilmuwan mempercayai pengamatan itu, karena Lockyer akan segera belajar. Mencari bukti untuk mendukung klaim bahwa ia telah membantu menemukan elemen baru, Lockyer pergi ke ahli kimia Inggris Edward Frankland untuk mencoba mereproduksi pola panjang gelombang di lab. Frankland berteori bahwa itu mungkin disebabkan oleh hidrogen di bawah suhu dan tekanan ekstrem, tetapi mereka tidak berhasil dalam upaya mereka untuk membuatnya kembali.
Skeptisisme atas kemungkinan unsur yang ada di ruang angkasa tetapi tidak di Bumi mungkin tidak mengherankan, mengingat bahwa itu adalah yang pertama dari jenisnya. Sejarawan sains James L. Marshall dan Virginia R. Marshall menulis, “Frankland, mungkin berhati-hati karena banyak 'elemen yang baru ditemukan' yang keliru yang muncul dari spektrum resolusi tinggi yang sekarang tersedia, menyatakan bahwa ia tidak ingin namanya dikaitkan dengan ini. elemen imajiner, ”bahkan setelah Lockyer go public, menyebutnya“ Helium, ”setelah nama Yunani untuk matahari.
Tidak semua orang begitu skeptis. Ilmuwan Amerika John William Draper memuji penemuan tersebut pada tahun 1876 dalam sebuah pidato pada pertemuan perdana American Chemical Society. “Saya sering melihat sinar kuning terang yang dipancarkan dari kromosfer matahari, oleh unsur yang tidak diketahui itu, helium, sebagaimana para astronom telah memberanikan diri untuk menyebutnya. Tampaknya gemetar dengan kegembiraan untuk menceritakan kisahnya, dan berapa banyak teman tak terlihat yang dimilikinya, ”kata Draper.
Spektroskop melewati beberapa iterasi, dan para ilmuwan sering men-tweak desain sendiri. (Wikimedia Commons) Baru pada tahun 1882 seorang fisikawan melihat helium di Bumi. Fisikawan Italia Luigi Palmieri mencatat garis spektral kuning dalam datanya ketika menganalisis lava dari Gunung Vesuvius. Penemuan itu kemudian ditindaklanjuti dengan percobaan yang dilakukan pada gas oleh ahli kimia Skotlandia William Ramsay, dan pada tahun 1895 para peneliti dapat secara definitif mengatakan bahwa helium ada di Bumi maupun di matahari. Ramsay kemudian menunjukkan bahwa helium adalah produk dari peluruhan radioaktif radium, dan menempatkannya dalam kaitannya dengan unsur-unsur lain pada tabel periodik.
Hari ini, helium mungkin paling dikenal saat ini sebagai gas yang mengisi balon ulang tahun, tetapi gas juga melayani tujuan penting dalam mesin medis (seperti pemindai MRI) serta di pesawat ruang angkasa dan monitor radiasi. Ini juga digunakan di bagian komputer, mikroskop, kantung udara di mobil, dan collider hadron besar yang digunakan dalam percobaan fisika. Banyak yang khawatir tentang kekurangan unsur ini, tetapi deposit besar yang ditemukan di Tanzania berarti kami kemungkinan memiliki persediaan cukup untuk beberapa waktu.
Adapun Janssen, ia hampir tidak beristirahat pada kemenangan setelah melihat helium di bawah sinar matahari. Selama karir ilmiahnya yang panjang, ia melakukan perjalanan ke Peru, Swiss, Jepang, Aljazair dan di tempat lain dalam usahanya untuk memahami kosmos. Dia bahkan melarikan diri dari Paris dalam sebuah balon udara panas pada tahun 1870, ketika kota itu dikepung selama Perang Perancis-Prusia. Dia sangat percaya pada karyanya, sekali menulis, "Studi tentang cahaya akan menunjukkan kepada kita organisasi fisik dari sistem dunia."
Catatan Editor, 9/4/18: Versi sebelumnya dari artikel ini menyatakan Lockyer dan Janssen berbagi kredit untuk penemuan helium. Ini tidak akurat, karena elemen tersebut belum dikenali. Mereka berbagi penghargaan karena menemukan cara baru mengamati matahari tanpa gerhana. Artikel telah dimodifikasi untuk mencerminkan hal ini.
