Apie vieną astronomų dovaną paprastiems mirtingiesiems

Prieš porą dienų plačiai pagarsėjęs įvairaus siaurumo sluoksniuose blogeris Rokiškis uždavė klausimą, o šįryt pateikė ir atsakymą apie vieną astronomų „išradimą“, tapusį ginklu. Galima ginčytis, kiek iš tiesų tame yra astronomų „nuopelno“, bet nėra abejonės, kad patį termobranduolinių reakcijų fenomeną pirmieji tyrinėti ėmė būtent žvaigždžiažiūriai. Ir tai toli gražu nėra vienintelis dalykas, atėjęs į kasdienius gyvenimus astronomijos dėka. Daugelis tų dalykų netgi yra gerokai arčiau mūsų, nei termobranduoliniai ginklai (dėkui Eru). Čia trumpai vieną tokį ir pristatysiu.
 
Seniai seniai, gūdžiame XIX amžiuje, Prancūzijoje gyveno toks mokslininkas Pjeras Žansanas (Pierre Janssen). Buvo tikras visų (mokslo) galų meistras – ieškojo Žemės magnetinio pusiaujo linijos, pro teleskopą žvalgėsi į Venerą, visaip kaip įmanydamas stebėjo Saulės užtemimus (dėl vieno netgi sugebėjo pabėgti iš vokiečių apsiausto Paryžiaus). Ir štai vieną kartą, 1868-aisiais metais, Saulės užtemimo metu jis nukreipė savo teleskopą į Saulės vainiką. Žansano būta nepėsčio, ir tąkart prie teleskopo jis dar prikabino modernios technikos stebuklą – spektrometrą. Tai yra toks prietaisas, kuris ateinančią į teleskopą šviesą išskaido į spektrą, ir galima pamatyti, kokios spektrinės linijos egzistuoja stebimame objekte. Kadangi Saulės vainikas pats iš savęs beveik nešviečia, o tik išsklaido iš gilesnių sluoksnių ateinančius spindulius, tai spektre randamos daugiausia absorbcijos (sugerties) linijos.
 
Saulės vainike, kaip ir reikėjo tikėtis, Žansanas pamatė labai daug įvairiausių vandenilio linijų. O tarp jų įsimaišiusi buvo viena tokia nepritapelė, maždaug ties regimojo spektro viduriu – 587 su puse nanometro – kurios nepavyko „prisegti“ prie jokios žinomos vandenilio formos jokio elektrono šuolio. Tiesa, tą jos savybę nustatė ne Žansanas, bet pora mėnesių vėliau tą pačią spektrinę liniją radęs ir detaliau patyrinėjęs anglas Normanas Lokjeris (Norman Lockyer). Iš prancūzo hipotezės, jog tai gali būti naujo cheminio elemento pėdsakas, mokslo bendruomenė iš pradžių šaipėsi, tačiau detalus Lokjerio tyrimas daugelį skeptikų įtikino, jog visgi „čia kažkas yra“ ir naujasis elementas, atradimo vietos (t.y. Saulės) garbei, buvo pavadintas heliu (nuo graikiško žodžio Helios, būtent Saulę ir reiškiančio).
 
Tai buvo pirmasis šio cheminio elemento atradimas ir pirmas kartas, kai cheminis elementas kosmose aptiktas pirmiau, nei Žemėje. Žemėje helis rastas tik po daugiau nei dešimtmečio, 1882-aisiais, spektriškai tyrinėjant Vezuvijaus ugnikalnio spjaudomą lavą. Dar po trylikos metų, 1895-aisiais, helį pavyko izoliuoti laboratorijos sąlygomis.
 
Sakysite, gal tai ir įdomu, bet kas čia įspūdingo? Įspūdingumas slypi tokioje minčių sekoje. Helis yra viena iš inertinių dujų (lengviausioji), kurios periodinėje elementų lentelėje rikiuojasi dešiniajame stulpelyje. Dujos inertinėmis vadinamos todėl, kad beveik nedalyvauja jokiose cheminėse reakcijose, taigi ir aptikti jas yra sudėtinga (iki spektroskopijos išvystymo beveik visi elementai buvo aptinkami per įvairias chemines reakcijas). Helis taip pat yra pirmosios atrastos inertinės dujos, o iki tų lemtingų 1868-ųjų metų periodinėje lentelėje aštuntosios grupės (t.y. to stulpelio su inertinėmis dujomis) paprasčiausiai nebuvo. Ne tai, kad jis buvo paliktas tuščias, laukiant, kol bus atrasti elementai, užpildantys seką, bet tiesiog daugelis mokslininkų buvo įsitikinę, jog kažkoks fizikos dėsnis neleidžia egzistuoti elementams su 2, 10, 18 ir t.t. protonų branduoliuose. Vadinasi, jei ne šis gana atsitiktinis helio aptikimas Saulėje, bent dešimčia, o gal ir keliomis dešimtimis, metų vėliau būtų prasidėję inertinių dujų tyrimai. O su tais tyrimais atėjo ir inertinių dujų panaudojimas: saugesni cepelinai (skraidantys, ne valgomieji), sterilios atmosferos delikatiems pramoniniams procesams, švytinčios įvairiaspalvės reklaminės lempos, ir, žinoma, balionai, iš kurių kvėptelėjus balsas pakyla į neregėtas aukštumas.
 
Leiskite dar sykį pakartoti paskutinės pastraipos esmę. Jei ne astronomai, didžiulė daugybė moksleivių negalėtų kvailioti, plonindamiesi savo balsus. Ar jūs suprantate, kaip smarkiai tai pakeistų mūsų pasaulį?!
 
Beje, anksčiau nežinoto helio aptikimas Saulėje paskatino dar vieną panašią hipotezę. Taip pat XIX a. viduryje astronomas Viljamas Haginsas (William Huggins) tyrinėjo ūkus, tarp jų ir Katės akies ūką. Ten jis aptiko keletą stiprių spektrinių linijų, kurios neatitiko jokio žinomo cheminio elemento. Paslaptis tokia ir liko keletą dešimtmečių, bet amžiaus pabaigoje tas pats Haginsas iškėlė hipotezę, jog linijas skleidžia Žemėje dar neaptiktas elementas; jis buvo pramintas nebulijumi, nuo lotyniško žodžio „nebula“ (naudojamo ir anglų kalboje), reiškiančio ūką; lietuviškai gautųsi koks nors „ūkis“, su visais įmanomais iš to išplaukiančiais žodžių žaismais.


Katės akis su visais ūkiais.
 
Tad kodėl apie „ūkį“ nesimokome per chemijos pamokas? Pirmoji naujojo elemento problema buvo ta, kad XIX a. pabaigoje cheminių elementų lentelė jau buvo užpildyta. Ir inertinės dujos, ir kiti elementai buvo gerai žinomi, ir vienintelė žiojinti skylė lentelėje buvo elementas nr. 43. Tačiau buvo labai neįtikima, kad tokio sunkaus elemento būtų taip gausu kosmose, kuriame iki tol buvo randami beveik vien tik lengvieji elementai. Be to, pagal spektrinių linijų savybes apskaičiuota, jog nebulijaus atominė masė turėjo būti kažkur tarp vandenilio (1-3) ir helio (3-5), t.y. ~2,7.
 
Antroji problema – nebulijaus niekaip nepavyko rasti niekur Žemėje. Kad ir kaip stengėsi, kad ir kokiuose mineraluose, dujose ir t.t. ieškojo mokslininkai, tokių spektrinių linijų kaip nerado, taip nerado. Galiausiai tik 1927 metais amerikietis Aira Bouvenas (Ira Bowen) nustatė, jog spektrinės linijos sklinda iš deguonies atomų, kurie yra praradę du elektronus (t.y. dvigubai jonizuoto deguonies).
 
Kodėl linijos nebuvo aptiktos anksčiau? Pasirodo, kai kurie cheminiai elementai dujiniame būvyje spinduliuoja skirtingai, priklausomai nuo jų pačių slėgio. Kai slėgis yra „normalus“, t.y. artimas atmosferos slėgiui, ar netgi smarkiai už jį mažesnis, spinduliuotėje nematyti daugybės teoriškai įmanomų spektrinių linijų; tokie energijos šuoliai paprasčiausiai nevyksta. Jie yra vadinami „uždraustosiomis linijomis“ („forbidden lines“). Tačiau slėgiui nukritus iki Žemėje neįsivaizduojamų žemumų, būtent tokių, kokios būna įvairiuose ūkuose, uždraustosios linijos staiga suspindi visu gražumu ir ima klaidintis vargšus XIX a. mokslininkus.
 
Tokia tad šio vakaro istorija apie vieną pavykusį ir kitą nelabai pavykusį atradimus.
 

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.