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150年前的今天,一場載入史冊的日全食……

150年前的今天,也就是1868年8月18日,一場日全食在地球上演,穿過非洲、南亞,到大洋洲北部結束。這場日全食,在天文學上可謂平淡無奇,但卻有一個重要的科學發現,讓它永遠載入史冊——人類第一次通過觀測太陽的光譜,發現了一種新的元素:氦。

19世紀中葉,正好是原子光譜觀測技術蓬勃發展的年代。那時候,人們已經發現,太陽光通過分光鏡過後,不僅會變成「七色光」,而且其中還會出現一些「暗線」,也就是說,有一些顏色的光不見了。這些不見的光去哪兒了呢?答案是,被太陽上的物質給吸收了。

構成物質的原子,都會吸收或者發出一些特定顏色(也就是波長)的光;各種不同元素的原子吸收或者發出的光,都對應著獨特的一系列波長;這就是它們的光譜。如果我們讓原子自己發光,就會看到光譜中出現這幾種顏色的「亮線」;如果讓原子從白光中吸收了這些顏色,就會看到光譜中在相同位置出現了「暗線」。通過這些亮線或者暗線在光譜中的位置,我們就能辨別出這裡面是哪種元素。

「光譜觀測」這把利劍,讓人類擁有了隔空對話的本領。人們不再需要跑去太陽上挖一塊肉回來分析,就可以知道太陽有哪些物質組成。到19世紀60年代前後,人們已經在太陽光譜中發現了好幾種地球上已知的元素。

隨著研究的深入,科學家們已經不再滿足於觀測普通的太陽光了。他們把目光投向了地球上最壯麗的天象——日全食,希望能尋找到更加獨特的觀測結果。

1868年8月,法國天文學家讓森(Pierre Janssen)遠渡重洋,來到了印度的東海岸,在一座叫貢土爾(Guntur)的城市裡,成功地觀測了這次日全食。在這次日全食的光譜記錄中,他發現了一條波長為587.5 nm的黃色亮線——這是一條前所未有的黃線,找遍那時地球上已知的所有元素,也找不到這條黃線。

無獨有偶,兩個月後,英國天文學家洛克耶(Norman Lockyer)也在對太陽的觀測中發現了這一條亮線。因而他們確定,這一定是一種地球上沒有見過的,全新的元素。於是,為了向太陽(Helios)致敬,他將這種元素命名為「Helium」,意思是「太陽的元素」。

沒想到,「太陽的元素」很快就名不副實了。到了1895年,人們在地球上也發現了這種元素,知道了這是一種輕飄飄的、惰性的氣體。(再後來,發生的事情,大家大概就知道了……你看菌菌手裡拿的氣球,就是用氦氣充的,又安全又好玩呢~)當然啦,氦氣可不僅僅是充個氣球玩的,在科研和工業生產上都有重要的用途呢。

過去,神學家曾經說過,「天」和「地」是兩種截然不同的東西,組成太陽的物質比組成地球的物質要更加「高貴」。對這樣的說法,人們曾經深信不疑。過去還有人預言,人類永遠也無法登上太陽去(是的,永遠不能,即使晚上去也不行),因而分析它的物質組成也是不可實現的任務。光譜學的誕生,對這些說法毫不留情啪啪地打了臉。

從此,人們對天地萬物的研究得到了前所未有地開拓。小到原子分子,人類通過光譜探索了它們的精細結構,又反過來越來越接近完美地解釋了光譜本身的來源;大到宇宙萬物,人類通過光譜了解了各種天體的物質組成、運動方式、演化途徑,推演出了宇宙的前世今生。甚至,我們還知道了,地球上的每一個人,其實都是「來自星星的你」。

可以說,光譜的發現為宇宙中最宏觀和最微觀的物質之間搭起了一座橋樑,讓人類真切地擁有了見微知著的本領。科學的思想帶領人類衝破了神學的束縛,從此「天」「地」的組成物質不再有貴賤之分,物質運動的規律成為了名副其實的「天人合一」。

如果說光譜學的誕生引領了科學史上的一次重要的跨越,那麼氦元素的首次發現,則是其中一個標誌性的里程碑。所以,當你玩著氦氣球時,想想看手裡的東西是在150年前的今天通過一場日全食發現的,會不會有一種奇妙的感覺?

講了這麼多,菌菌玩氣球去啦~

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