«J'ai obtenu l'un des résultats les plus fins et les moins attendus, Spectra of the stars! - et de beaux spectres avec des couleurs et des lignes magnifiques. Un pas de plus et la composition chimique de l'univers sera révélée », écrivit l'astrophysicien Pierre Jules César Janssen à son épouse depuis un observatoire en Italie en décembre 1862. Armé des dernières technologies du jour et d'observations faites par d'autres astrophysiciens occidentaux, Janssen était déterminé à ouvrir les secrets de la galaxie.
Le 18 août 1868, Janssen réussit à le faire. Il est devenu la première personne à observer l'hélium, un élément jamais vu auparavant sur Terre, dans le spectre solaire. À l’époque, cependant, Janssen ne savait pas ce qu’il avait vu, mais simplement que c’était quelque chose de nouveau.
Le milieu des années 1800 était une période passionnante pour regarder les cieux. Un nouvel instrument appelé spectroscope bouleversait le domaine de l'astronomie. De conception similaire à celle d'un télescope, le spectroscope fonctionne comme un prisme super puissant, dispersant la lumière en longueurs d'onde mesurables. Un des premiers modèles avait permis au physicien Joseph Fraunhofer d'observer le soleil au début du XIXe siècle, mais il était déconcerté par les lignes noires interrompant les couleurs normales. Ces lignes noires ont été nommées pour Fraunhofer, même s'il ne comprenait pas ce qu'elles étaient.
Cette connaissance viendrait plusieurs décennies plus tard, avec les chercheurs allemands Gustav Kirchhoff et Robert Bunsen. En 1859, Bunsen et Kirchoff ont découvert que le chauffage par différents éléments produisait des lignes lumineuses dans le spectroscope - et ces lignes lumineuses correspondaient parfois aux lignes sombres de Fraunhofer.
Les scientifiques ont déterminé que les lignes lumineuses apparaissaient lorsqu'un gaz chaud était brûlé. Par exemple, l'hydrogène brûle l'orange, mais lorsqu'il est observé à l'aide d'un spectroscope, il devient évident que l'orange est constitué de multiples longueurs d'ondes de lumière individuelles. De même, les lignes sombres découvertes par Fraunhofer représentaient la lumière absorbée par un élément plus froid à la surface du soleil. "Les deux scientifiques ont découvert que chaque élément chimique produit un spectre unique", écrit l'American Institute of Physics. "Cela fournit une sorte" d'empreinte "qui peut confirmer la présence de ce produit chimique."
En analysant les spectres d’émission d’éléments spécifiques dans le laboratoire, puis en tournant leur spectroscope sur les étoiles, les chercheurs ont pu déterminer la composition chimique de tout, de notre soleil aux étoiles de la galaxie.
Un spectroscope conçu pour regarder le soleil. (Wikimedia Commons) «Avant le spectroscope, vous n'aviez aucune idée de la composition du soleil ni de la composition des étoiles», explique Deborah Warner, conservatrice à la division de la médecine et des sciences du National Museum of American History. «Il y a tout à coup une technique presque magique permettant de connaître les éléments de ces corps lointains. De nouveaux éléments apparaissent à droite et à gauche, car vous disposez de ce nouvel outil. ”
Janssen s'est plongé avec passion dans cette nouvelle forme d'analyse de la lumière. Bien qu'il vivait à Paris, il parcourut l'Europe et l'Asie à la recherche de points d'observation optimaux pour l'observation du ciel nocturne. Il a également poursuivi après des éclipses, visitant l'Italie en février 1867, puis se rendant jusqu'à Guntur, en Inde, pour l'éclipse totale de soleil du 18 août 1868. Le gouvernement français et son Académie des sciences nationale ont tous deux financé cette expédition. d'un autre Français, dépensant plus de 75 000 francs pour les deux voyages.
Mais le coût élevé serait un investissement rentable. Le jour de l'éclipse, muni de son spectroscope, Janssen vit quelque chose d'extraordinaire: une ligne jaune vif dont la longueur d'onde ne correspondait à aucun élément connu. Le spectre se rapprochait le plus du modèle formé par le sodium, mais était suffisamment distinct pour mériter sa propre catégorie. Il semblait que Janssen avait découvert un nouvel élément, jamais vu auparavant sur Terre.
En même temps, Janssen a découvert une nouvelle façon d’observer le soleil sans avoir besoin d’une éclipse, en utilisant un oscilloscope modifié. Il a fait part de tout cela à l'Académie des sciences après l'éclipse. Mais à peu près au même moment, l’académie a appris que l’astronome anglais Norman Lockyer avait découvert une invention qui lui permettait de voir le soleil sans éclipse et avait fait une observation similaire. Avec le travail de chaque homme confirmant celui de l'autre, il était difficile d'accorder un crédit définitif à l'un ou à l'autre. L’astronome Hervé Faye a suggéré un compromis: «Plutôt que d’essayer de chiffrer le mérite de la découverte et de le diminuer, il vaudrait mieux attribuer impartialement tout l’honneur à ces deux hommes de science qui, séparés par quelques milliers de milles, ont-ils chacun eu la chance d’atteindre l’intangible et l’invisible par une méthode probablement la plus étonnante que le génie de l’observation ait jamais conçue?
L'astrophysicien français Pierre Jules Janssen a parcouru le monde entier pour tenter de comprendre le cosmos. Il a été le premier à observer le diagramme de longueur d'onde de l'hélium dans son spectroscope. (Wikimedia Commons) Les deux chercheurs ont chaleureusement accepté de partager l'honneur de la découverte et sont ensuite devenus des amis proches. Mais même avec l'excitation de leur observation, des questions demeuraient. Le plus important d'entre eux: qu'avaient vu exactement Janssen et Lockyer? Tous les scientifiques ne croyaient pas à l'observation, comme Lockyer allait bientôt l'apprendre. A la recherche de preuves pour prouver qu'il avait aidé à découvrir un nouvel élément, Lockyer s'est adressé au chimiste anglais Edward Frankland pour tenter de reproduire le motif de longueur d'onde dans le laboratoire. Frankland a émis l'hypothèse que l'hydrogène pourrait être causé par des températures et des pressions extrêmes, mais ils ont échoué dans leur tentative de le reproduire.
Le scepticisme quant à la possibilité d'un élément existant dans l'espace mais pas sur Terre n'est peut-être pas surprenant, étant donné qu'il était le premier du genre. Les historiens des sciences James L. Marshall et Virginia R. Marshall ont écrit: «Frankland, peut-être prudent en raison des nombreux« éléments récemment découverts »erronés issus du spectre haute résolution disponible, a affirmé qu'il ne souhaitait pas que son nom soit associé à cet objet. élément imaginaire », même après que Lockyer soit devenu public, l'appelant« Helium », du nom grec du soleil.
Tout le monde n'était pas si sceptique. Le scientifique américain John William Draper a vanté la découverte en 1876 dans un discours prononcé lors de la réunion inaugurale de l'American Chemical Society. «Je regarde souvent le rayon jaune vif émis par la chromosphère solaire par cet élément inconnu, l'hélium, comme les astronomes se sont risqués à l'appeler. Cela semble trembler d'excitation de raconter son histoire et le nombre de ses compagnons invisibles », a déclaré Draper.
Le spectroscope a subi plusieurs itérations et les scientifiques ont souvent peaufiné leur conception. (Wikimedia Commons) Ce n'est qu'en 1882 qu'un physicien a repéré de l'hélium sur Terre. Le physicien italien Luigi Palmieri a enregistré la raie spectrale jaune dans ses données tout en analysant la lave du Vésuve. Cette découverte a ensuite été suivie d'expériences menées sur le gaz par le chimiste écossais William Ramsay et, en 1895, les chercheurs pouvaient définitivement affirmer que l'hélium existait sur la Terre aussi bien que dans le soleil. Ramsay a ensuite montré que l'hélium était un produit de la désintégration radioactive du radium et l'a comparé à d'autres éléments du tableau périodique.
Aujourd'hui, l'hélium est probablement mieux connu aujourd'hui comme le gaz qui remplit les ballons d'anniversaire, mais il sert également à des applications importantes dans le matériel médical (comme les scanners IRM), ainsi que dans les engins spatiaux et les moniteurs de rayonnement. Il est également utilisé dans les pièces d'ordinateur, les microscopes, les sacs gonflables de voiture et le grand collisionneur d'hadrons utilisé dans les expériences de physique. Beaucoup se sont inquiétés de la pénurie de l'élément, mais un gisement important découvert en Tanzanie signifie que nous sommes bien approvisionnés pendant un certain temps.
Quant à Janssen, il s’est à peine reposé sur ses lauriers après avoir observé de l’hélium au soleil. Au cours de sa longue carrière scientifique, il s'est rendu au Pérou, en Suisse, au Japon, en Algérie et ailleurs dans le but de comprendre le cosmos. Il s'est même échappé de Paris en montgolfière en 1870, alors que la ville était assiégée pendant la guerre franco-prussienne. Il a cru avec ferveur en son travail, une fois écrit: «L’étude de la lumière nous montrera l’organisation physique du système du monde».
Note de l'éditeur, 9/4/18: une version précédente de cet article indiquait que Lockyer et Janssen partageaient le même crédit pour la découverte de l'hélium. C'était inexact, car l'élément n'avait pas encore été reconnu. Ils ont partagé le mérite d'avoir découvert une nouvelle façon d'observer le soleil sans éclipse. L'article a été modifié pour refléter cela.
