«He obtenido uno de los resultados más finos y menos esperados -¡espectro de las estrellas! Sólo un paso más y la composición química del universo será revelada», escribió el astrofísico Pierre Jules César Janssen a su esposa desde un observatorio en Italia en diciembre de 1862. Armado con la última tecnología de la época y las observaciones realizadas por otros astrofísicos occidentales, Janssen estaba decidido a desvelar los secretos de la galaxia.
El 18 de agosto de 1868, Janssen consiguió hacerlo. Se convirtió en la primera persona que observó el helio, un elemento nunca antes visto en la Tierra, en el espectro solar. Sin embargo, en aquel momento Janssen no sabía lo que había visto, sólo que era algo nuevo.
La mitad del siglo XIX fue una época apasionante para observar el cielo. Un nuevo instrumento llamado espectroscopio estaba revolucionando el campo de la astronomía. Con un diseño similar al de un telescopio, el espectroscopio funcionaba como un prisma superpotente que dispersaba la luz en longitudes de onda mensurables. Un primer modelo permitió al físico Joseph Fraunhofer observar el sol a principios del siglo XIX, pero le extrañó que unas líneas negras interrumpieran los colores normales. Estas líneas negras recibieron el nombre de Fraunhofer, a pesar de que no entendía lo que eran.
Ese conocimiento llegaría varias décadas después, con los investigadores alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. En 1859, Bunsen y Kirchoff descubrieron que el calentamiento de diferentes elementos producía líneas de luz brillantes en el espectroscopio, y que esas líneas de luz a veces se correspondían con las líneas oscuras de Fraunhofer.
Los científicos determinaron que las líneas brillantes aparecían cuando se quemaba un gas caliente. Por ejemplo, el hidrógeno se quema de color naranja, pero cuando se observa a través de un espectroscopio, queda claro que el naranja se compone de múltiples longitudes de onda estrechas individuales de luz. Del mismo modo, las líneas oscuras que Fraunhofer había descubierto representaban la luz absorbida por un elemento más frío en la superficie del sol. «Los dos científicos descubrieron que cada elemento químico produce un espectro único», escribe el Instituto Americano de Física. «Esto proporciona una especie de ‘huella dactilar’ que puede confirmar la presencia de ese elemento químico».
Al analizar los espectros de emisión de elementos específicos en el laboratorio, y luego girar sus espectroscopios hacia las estrellas, los investigadores pudieron distinguir la composición química de todo, desde nuestro sol hasta las estrellas de toda la galaxia.
«Antes del espectroscopio no tenías ni idea de qué estaba hecho el sol, o de qué están hechas las estrellas», dice Deborah Warner, conservadora de la división de medicina y ciencia del Museo Nacional de Historia Americana. «De repente, existe esta técnica casi mágica que permite conocer los elementos de estos cuerpos lejanos. Aparecen nuevos elementos a diestro y siniestro porque se dispone de esta nueva herramienta»
Janssen se sumergió con entusiasmo en esta nueva forma de análisis de la luz. Aunque vivía en París, viajó por toda Europa y Asia en busca de puntos de vista óptimos para observar el cielo nocturno. También se dedicó a buscar eclipses, visitando Italia en febrero de 1867 y llegando hasta Guntur (India) para asistir al eclipse total de sol del 18 de agosto de 1868. El gobierno francés y su Academia Nacional de Ciencias financiaron esta expedición, junto con la de otro francés, gastando más de 75.000 francos en los dos viajes.
Pero el elevado coste resultaría ser una buena inversión. El día del eclipse, armado con su espectroscopio, Janssen vio algo extraordinario: una línea amarilla brillante cuya longitud de onda no coincidía con ningún elemento conocido. El espectro se acercaba más al patrón del sodio, pero era lo suficientemente distinto como para merecer su propia categoría. Parecía que Janssen había descubierto un nuevo elemento, nunca antes visto en la Tierra.
Al mismo tiempo, Janssen descubrió una nueva forma de observar el sol sin necesidad de un eclipse, utilizando un visor modificado. Tras el eclipse, envió todo esto a la Academia de Ciencias. Pero al mismo tiempo, la Academia recibió la noticia del astrónomo inglés Norman Lockyer de que había dado con un invento que le permitía ver el sol sin el eclipse, y que había hecho una observación similar. El trabajo de cada uno de ellos confirmaba el del otro, por lo que era difícil atribuir el mérito definitivo a ninguno de los dos. El astrónomo Hervé Faye sugirió una especie de compromiso: «En lugar de tratar de proporcional el mérito del descubrimiento, y en consecuencia disminuirlo, ¿sería mejor atribuir imparcialmente todo el honor a estos dos hombres de ciencia, que, separados por algunos miles de millas, han tenido cada uno la suerte de alcanzar lo intangible e invisible por un método que es probablemente el más asombroso que el genio de la observación ha concebido?»
Los dos investigadores aceptaron de buen grado compartir el honor del descubrimiento, y más tarde se hicieron muy amigos. Pero incluso con la emoción de su observación, quedaban preguntas. La más importante de ellas: ¿Qué habían visto exactamente Janssen y Lockyer? No todos los científicos creyeron en la observación, como pronto aprendería Lockyer. Buscando pruebas para respaldar la afirmación de que había ayudado a descubrir un nuevo elemento, Lockyer acudió al químico inglés Edward Frankland para que intentara reproducir el patrón de longitudes de onda en el laboratorio. Frankland teorizó que podría ser causado por el hidrógeno bajo temperaturas y presiones extremas, pero no tuvieron éxito en sus intentos de recrearlo.
El escepticismo sobre la posibilidad de que un elemento existiera en el espacio pero no en la Tierra quizás no sea una sorpresa, dado que fue el primero de su tipo. Los historiadores de la ciencia James L. Marshall y Virginia R. Marshall escriben: «Frankland, tal vez cauteloso debido a los muchos «elementos recién descubiertos» erróneos que surgían de los espectros de alta resolución ahora disponibles, mantuvo que no quería que su nombre se asociara con este elemento imaginario», incluso después de que Lockyer lo hiciera público, apodándolo «Helio», por el nombre griego del sol.
No todos eran tan escépticos. El científico estadounidense John William Draper ensalzó el descubrimiento en 1876 en un discurso pronunciado en la reunión inaugural de la Sociedad Química Americana. «A menudo observo el brillante rayo amarillo emitido por la cromosfera del sol, por ese elemento desconocido, el helio, como los astrónomos se han aventurado a llamarlo. Parece temblar de emoción por contar su historia, y cuántos compañeros invisibles tiene», dijo Draper.
No fue hasta 1882 cuando un físico divisó el helio en la Tierra. El físico italiano Luigi Palmieri registró la línea espectral amarilla en sus datos mientras analizaba la lava del Monte Vesubio. Ese descubrimiento fue seguido posteriormente por los experimentos realizados con el gas por el químico escocés William Ramsay, y en 1895 los investigadores pudieron afirmar definitivamente que el helio existía tanto en la Tierra como en el sol. Ramsay llegó a demostrar que el helio era un producto de la desintegración radiactiva del radio y lo puso en relación con otros elementos de la tabla periódica.
Hoy en día, el helio es probablemente más conocido como el gas que llena los globos de cumpleaños, pero el gas también tiene importantes funciones en la maquinaria médica (como los escáneres de resonancia magnética), así como en las naves espaciales y los monitores de radiación. También se utiliza en piezas de ordenador, microscopios, bolsas de aire en los coches y en el gran colisionador de hadrones utilizado en los experimentos de física. Muchos se han preocupado por la escasez del elemento, pero un gran depósito encontrado en Tanzania significa que probablemente estaremos bien abastecidos durante algún tiempo.
En cuanto a Janssen, no se durmió en los laureles después de descubrir el helio en el sol. A lo largo de su dilatada carrera científica, viajó a Perú, Suiza, Japón, Argelia y otros lugares en su búsqueda por entender el cosmos. Incluso escapó de París en un globo aerostático en 1870, cuando la ciudad estaba sitiada durante la guerra franco-prusiana. Creía fervientemente en su trabajo, y en una ocasión escribió: «El estudio de la luz nos mostrará la organización física del sistema del mundo»
Nota del editor, 9/4/18: Una versión anterior de este artículo afirmaba que Lockyer y Janssen compartían el mérito del descubrimiento del helio. Esto era inexacto, ya que el elemento aún no había sido reconocido. Compartieron el crédito por descubrir una nueva forma de observar el sol sin un eclipse. El artículo ha sido modificado para reflejar esto.