“Ho ottenuto uno dei risultati più belli e meno attesi: gli spettri delle stelle! Ancora un passo e la composizione chimica dell’universo sarà rivelata”, scriveva l’astrofisico Pierre Jules César Janssen a sua moglie da un osservatorio in Italia nel dicembre 1862. Armato delle ultime tecnologie dell’epoca e delle osservazioni fatte da altri astrofisici occidentali, Janssen era determinato a svelare i segreti della galassia.
Il 18 agosto 1868, Janssen riuscì a fare proprio questo. Divenne la prima persona a osservare l’elio, un elemento mai visto prima sulla Terra, nello spettro solare. All’epoca, però, Janssen non sapeva cosa aveva visto, ma solo che si trattava di qualcosa di nuovo.
La metà del 1800 era un periodo eccitante per scrutare il cielo. Un nuovo strumento chiamato spettroscopio stava sconvolgendo il campo dell’astronomia. Simile nel design a un telescopio, lo spettroscopio funzionava come un prisma superpotente, disperdendo la luce in lunghezze d’onda misurabili. Un primo modello aveva permesso al fisico Joseph Fraunhofer di osservare il sole all’inizio del 1800, ma era perplesso dalle linee nere che interrompevano i normali colori. Queste linee nere furono chiamate così per Fraunhofer, anche se lui non capiva cosa fossero.
Quella conoscenza sarebbe arrivata diversi decenni dopo, con i ricercatori tedeschi Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen. Nel 1859, Bunsen e Kirchoff scoprirono che il riscaldamento di diversi elementi produceva linee luminose di luce nello spettroscopio – e quelle linee di luce a volte corrispondevano alle linee scure di Fraunhofer.
Gli scienziati determinarono che le linee luminose apparivano quando un gas caldo veniva bruciato. Per esempio, l’idrogeno brucia in arancione, ma quando viene osservato attraverso uno spettroscopio, diventa chiaro che l’arancione è composto da più lunghezze d’onda strette individuali di luce. Allo stesso modo, le linee scure che Fraunhofer aveva scoperto rappresentavano la luce assorbita da un elemento più freddo sulla superficie del sole. “I due scienziati hanno scoperto che ogni elemento chimico produce uno spettro unico”, scrive l’American Institute of Physics. Questo fornisce una sorta di “impronta digitale” che può confermare la presenza di quella sostanza chimica.”
Analizzando gli spettri di emissione di elementi specifici in laboratorio, e poi rivolgendo i loro spettroscopi alle stelle, i ricercatori hanno potuto scoprire la composizione chimica di tutto, dal nostro sole alle stelle di tutta la galassia.
“Prima dello spettroscopio non si aveva idea di cosa fosse fatto il sole, o di cosa fossero fatte le stelle”, dice Deborah Warner, curatrice della divisione di medicina e scienza al National Museum of American History. “All’improvviso c’è questa tecnica quasi magica con la quale si possono conoscere gli elementi di questi corpi lontani. Nuovi elementi compaiono a destra e a sinistra perché si ha questo nuovo strumento.”
Janssen si tuffò avidamente in questa nuova forma di analisi della luce. Anche se viveva a Parigi, viaggiava attraverso l’Europa e l’Asia alla ricerca di punti di vista ottimali per osservare il cielo notturno. Andò anche a caccia di eclissi, visitando l’Italia nel febbraio 1867 e poi andando fino a Guntur, in India, per l’eclissi solare totale del 18 agosto 1868. Il governo francese e la sua Accademia Nazionale delle Scienze finanziarono questa spedizione, insieme a quella di un altro francese, spendendo più di 75.000 franchi per i due viaggi.
Ma l’alto costo si sarebbe dimostrato un investimento degno. Il giorno dell’eclissi, armato del suo spettroscopio, Janssen vide qualcosa di straordinario: una linea gialla luminosa la cui lunghezza d’onda non corrispondeva a nessun elemento conosciuto. Lo spettro si avvicinava di più al modello fatto dal sodio, ma era abbastanza distinto da meritare una propria categoria. Sembrava che Janssen avesse scoperto un nuovo elemento, uno mai visto prima sulla Terra.
Al tempo stesso, Janssen scoprì un nuovo modo di osservare il sole senza bisogno di un’eclissi, usando un cannocchiale modificato. Dopo l’eclissi, mandò tutto questo all’Accademia delle Scienze. Ma più o meno nello stesso periodo, l’Accademia ricevette notizia dall’astronomo inglese Norman Lockyer che aveva scoperto un’invenzione che gli permetteva di osservare il sole senza l’eclissi, e aveva fatto un’osservazione simile. Con il lavoro di ogni uomo che confermava quello dell’altro, era difficile attribuire il merito definitivo a uno dei due. L’astronomo Hervé Faye suggerì una sorta di compromesso: “Invece di cercare di proporzionare il merito della scoperta, e di conseguenza sminuirla, sarebbe meglio attribuire imparzialmente l’intero onore a entrambi questi uomini di scienza, che, separati da alcune migliaia di miglia, hanno avuto ciascuno la fortuna di raggiungere l’intangibile e l’invisibile con un metodo che è probabilmente il più sorprendente che il genio dell’osservazione abbia mai concepito?”
I due ricercatori accettarono di cuore di condividere l’onore della scoperta, e in seguito diventarono amici intimi. Ma anche con l’eccitazione della loro osservazione, rimanevano delle domande. La più importante tra queste: Cosa avevano visto esattamente Janssen e Lockyer? Non tutti gli scienziati credevano all’osservazione, come Lockyer avrebbe presto imparato. In cerca di prove per sostenere l’affermazione che aveva contribuito a scoprire un nuovo elemento, Lockyer andò dal chimico inglese Edward Frankland per cercare di riprodurre il modello di lunghezza d’onda in laboratorio. Frankland teorizzò che potesse essere causato dall’idrogeno a temperature e pressioni estreme, ma non ebbero successo nei loro tentativi di ricrearlo.
Lo scetticismo sulla possibilità di un elemento esistente nello spazio ma non sulla Terra non è forse una sorpresa, dato che era il primo del suo genere. Gli storici della scienza James L. Marshall e Virginia R. Marshall scrivono: “Frankland, forse cauto a causa dei molti erronei ‘elementi appena scoperti’ derivanti dagli spettri ad alta risoluzione ora disponibili, sostenne che non voleva che il suo nome fosse associato a questo elemento immaginario”, anche dopo che Lockyer lo rese pubblico, ribattezzandolo “Helium”, dal nome greco del sole.
Non tutti erano così scettici. Lo scienziato americano John William Draper esaltò la scoperta nel 1876 in un discorso alla riunione inaugurale dell’American Chemical Society. “Guardo spesso il luminoso raggio giallo emesso dalla cromosfera del sole, da quell’elemento sconosciuto, l’elio, come gli astronomi hanno osato chiamarlo. Sembra fremere di eccitazione per raccontare la sua storia, e quanti compagni invisibili ha”, ha detto Draper.
Non fu prima del 1882 che un fisico individuò l’elio sulla Terra. Il fisico italiano Luigi Palmieri registrò la linea spettrale gialla nei suoi dati mentre analizzava la lava del Vesuvio. Quella scoperta fu poi seguita da esperimenti condotti sul gas dal chimico scozzese William Ramsay, e nel 1895 i ricercatori poterono dire definitivamente che l’elio esisteva sia sulla Terra che nel sole. Ramsay continuò a dimostrare che l’elio era un prodotto del decadimento radioattivo del radio, e lo mise in relazione ad altri elementi della tavola periodica.
Oggi, l’elio è probabilmente più conosciuto come il gas che riempie i palloncini di compleanno, ma il gas serve anche a scopi importanti nei macchinari medici (come gli scanner MRI) così come nei veicoli spaziali e nei monitor di radiazione. È anche usato in parti di computer, microscopi, airbag nelle auto e nel grande collisore di adroni usato negli esperimenti di fisica. Molti si sono preoccupati della scarsità dell’elemento, ma un grande deposito trovato in Tanzania significa che probabilmente saremo ben riforniti per un po’ di tempo.
Per quanto riguarda Janssen, difficilmente si è riposato sugli allori dopo aver individuato l’elio nel sole. Nel corso della sua lunga carriera scientifica, ha viaggiato in Perù, Svizzera, Giappone, Algeria e altrove nella sua ricerca per capire il cosmo. Scappò persino da Parigi in mongolfiera nel 1870, quando la città era sotto assedio durante la guerra franco-prussiana. Credeva ardentemente nel suo lavoro, una volta scrisse: “Lo studio della luce ci mostrerà l’organizzazione fisica del sistema del mondo.”
Nota dell’editore, 9/4/18: Una versione precedente di questo articolo affermava che Lockyer e Janssen condividevano il credito per la scoperta dell’elio. Questo era impreciso, poiché l’elemento doveva ancora essere riconosciuto. Hanno condiviso il credito per la scoperta di un nuovo modo di osservare il sole senza un’eclissi. L’articolo è stato modificato per riflettere questo.