“Obtive um dos melhores e menos esperados resultados – espectros das estrelas! – e belos espectros com cores e linhas magníficas. Apenas mais um passo e a composição química do universo será revelada”, escreveu o astrofísico Pierre Jules César Janssen à sua esposa de um observatório em Itália, em Dezembro de 1862. Armado com a mais recente tecnologia do dia e observações feitas por outros astrofísicos ocidentais, Janssen estava determinado a abrir os segredos da galáxia.
Em 18 de Agosto de 1868, Janssen conseguiu fazer exactamente isso. Ele tornou-se a primeira pessoa a observar hélio, um elemento nunca antes visto na Terra, no espectro solar. Na altura, porém, Janssen não sabia o que tinha visto – apenas que era algo novo.
Os meados do século XVIII foi uma época emocionante para espreitar os céus. Um novo instrumento, chamado espectroscópio, estava a levantar o campo da astronomia. Semelhante em desenho a um telescópio, o espectroscópio funcionava como um prisma super-potente, dispersando a luz em comprimentos de onda mensuráveis. Um modelo antigo tinha permitido ao físico Joseph Fraunhofer observar o sol no início dos anos 1800, mas ele ficou intrigado com as linhas pretas que interrompiam as cores normais. Estas linhas pretas foram nomeadas para Fraunhofer, apesar de ele não compreender o que eram.
Que o conhecimento viria várias décadas mais tarde, com os investigadores alemães Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen. Em 1859, Bunsen e Kirchoff descobriram que o aquecimento de diferentes elementos produzia linhas brilhantes de luz no espectroscópio – e essas linhas de luz correspondiam por vezes às linhas escuras de Fraunhofer.
Os cientistas determinaram que as linhas brilhantes apareciam quando um gás quente era queimado. Por exemplo, o hidrogénio queima laranja, mas quando observado através de um espectroscópio, torna-se claro que a laranja é constituída por vários comprimentos de onda individuais estreitos de luz. Da mesma forma, as linhas escuras que Fraunhofer tinha descoberto representavam a luz sendo absorvida por um elemento mais fresco na superfície do sol. “Os dois cientistas descobriram que cada elemento químico produz um espectro único”, escreve o Instituto Americano de Física. “Isto fornece uma espécie de ‘impressão digital’ que pode confirmar a presença desse elemento químico”
Ao analisar os espectros de emissão de elementos específicos no laboratório, depois virando os seus espectroscópios sobre as estrelas, os investigadores podiam determinar a composição química de tudo, desde o nosso sol até às estrelas em toda a galáxia.
“Antes do espectroscópio não fazia ideia de que era feito o sol, ou de que são feitas as estrelas”, diz Deborah Warner, uma curadora na divisão de medicina e ciência do Museu Nacional de História Americana. “De repente, há esta técnica quase mágica através da qual se podem conhecer os elementos destes corpos distantes”. Novos elementos aparecem à direita e à esquerda porque se tem esta nova ferramenta”
Janssen dove avidamente nesta nova forma de análise da luz. Embora tenha vivido em Paris, viajou pela Europa e pela Ásia em busca de pontos de vista ideais para observar o céu nocturno. Também perseguiu os eclipses, visitando a Itália em Fevereiro de 1867 e indo depois até Guntur, Índia, para o eclipse solar total de 18 de Agosto de 1868. O governo francês e a sua Academia Nacional de Ciências financiaram esta expedição, juntamente com a de outro francês, gastando mais de 75.000 francos para as duas viagens.
Mas o elevado custo revelar-se-ia um investimento digno. No dia do eclipse, armado com o seu espectroscópio, Janssen viu algo extraordinário: uma linha amarela brilhante cujo comprimento de onda não correspondia a nenhum elemento conhecido. O espectro aproximava-se do padrão feito pelo sódio, mas era suficientemente distinto para merecer a sua própria categoria. Parecia que Janssen tinha descoberto um novo elemento, nunca antes visto na Terra.
Ao mesmo tempo, Janssen descobriu uma nova forma de observar o sol sem a necessidade de um eclipse, utilizando um escopo modificado. Ele enviou uma notícia de tudo isto à Academia das Ciências após o eclipse. Mas por volta da mesma altura, a Academia recebeu a notícia do astrónomo inglês Norman Lockyer de que ele tinha acontecido sobre uma invenção que lhe permitiu ver o sol sem o eclipse, e tinha feito uma observação semelhante. Com o trabalho de cada homem a confirmar o do outro, era difícil atribuir crédito definitivo a qualquer um dos dois. O astrónomo Hervé Faye sugeriu algo como um compromisso: “Em vez de tentarem propor o mérito da descoberta, e consequentemente diminui-lo, seria melhor atribuir imparcialmente toda a honra a estes dois homens da ciência, que, separados por alguns milhares de quilómetros, tiveram cada um a sorte de alcançar o intangível e o invisível por um método que é provavelmente o mais espantoso que o génio da observação alguma vez concebeu?”
Os dois investigadores concordaram vivamente em partilhar a honra da descoberta, e mais tarde tornaram-se amigos íntimos. Mas mesmo com a excitação da sua observação, as questões permaneceram. As mais importantes de entre elas: O que é que Janssen e Lockyer tinham visto exactamente? Nem todos os cientistas acreditaram na observação, pois Lockyer estava prestes a aprender. Procurando provas para sustentar a afirmação de que tinha ajudado a descobrir um novo elemento, Lockyer foi ao químico inglês Edward Frankland para tentar reproduzir o padrão de comprimento de onda no laboratório. Frankland teorizou que poderia ser causado pelo hidrogénio sob temperatura e pressão extremas, mas não tiveram sucesso nas suas tentativas de o recriar.
O cepticismo sobre a possibilidade de um elemento existir no espaço mas não na Terra talvez não seja surpresa, dado que foi o primeiro do seu género. Os historiadores da ciência James L. Marshall e Virginia R. Marshall escrevem, “Frankland, talvez cauteloso por causa dos muitos ‘elementos recém-descobertos’ errados decorrentes dos espectros de alta resolução agora disponíveis, sustentou que não queria ter o seu nome associado a este elemento imaginário”, mesmo depois de Lockyer se ter tornado público, apelidando-o de “Hélio”, depois do nome grego para o sol.
Nem todos eram tão cépticos. O cientista americano John William Draper exaltou a descoberta em 1876, num discurso proferido na reunião inaugural da Sociedade Americana de Química. “Olho frequentemente para o raio amarelo brilhante emitido da cromosfera do sol, por aquele elemento desconhecido, o hélio, como os astrónomos se aventuraram a chamar-lhe. Parece tremer de excitação contar a sua história, e quantos companheiros invisíveis tem”, disse Draper.
Não foi até 1882 que um físico avistou hélio na Terra. O físico italiano Luigi Palmieri registou a linha espectral amarela nos seus dados enquanto analisava a lava do Monte Vesúvio. Essa descoberta foi posteriormente seguida de experiências conduzidas no gás pelo químico escocês William Ramsay, e em 1895 os investigadores puderam dizer definitivamente que o hélio existia tanto na Terra como no Sol. Ramsay continuou a mostrar que o hélio era um produto do decaimento radioactivo do rádio, e colocou-o em relação a outros elementos na tabela periódica.
Hoje em dia, o hélio é provavelmente mais conhecido como o gás que enche balões de aniversário, mas o gás serve também para fins importantes em maquinaria médica (como scanners de ressonância magnética), bem como em naves espaciais e monitores de radiação. É também utilizado em peças de computador, microscópios, air bags em automóveis, e no grande colisor de hadrões utilizado em experiências de física. Muitos têm-se preocupado com a escassez do elemento, mas um grande depósito encontrado na Tanzânia significa que provavelmente estamos bem abastecidos durante algum tempo.
Como para Janssen, ele mal descansou sobre os seus louros depois de ter avistado hélio ao sol. Ao longo da sua longa carreira científica, viajou para o Peru, Suíça, Japão, Argélia e outros lugares na sua busca para compreender o cosmos. Chegou mesmo a escapar de Paris num balão de ar quente em 1870, quando a cidade foi cercada durante a Guerra Franco-Prussiana. Ele acreditava fervorosamente no seu trabalho, uma vez escrito, “O estudo da luz mostrar-nos-á a organização física do sistema do mundo”
Nota do editor, 9/4/18: Uma versão anterior deste artigo afirmava que Lockyer e Janssen partilhavam o crédito pela descoberta do hélio. Isto era impreciso, uma vez que o elemento ainda não tinha sido reconhecido. Partilharam o crédito pela descoberta de uma nova forma de observar o sol sem um eclipse. O artigo foi modificado para reflectir isto.