одвергнуть опытам.
Гелий был открыт не на Земле, а на Солнце. Вряд ли кто-нибудь из пассажиров большого удобного дирижабля, наполненного безопасным газом гелием, помнил имя человека, который когда-то отправился на корабле в далекую Индию и был счастлив, впервые разглядев гелий в трубу спектроскопа на расстоянии полтораста миллионов километров от Земли.
Этому человеку поверили не сразу. На свете есть много людей, для которых существует только то, что можно потрогать руками, взвесить на весах, оценить в рублях и в копейках.
– А может быть, никакого гелия вовсе и нет на свете? – говорили скептики. – Может быть, спектроскоп ошибся, и новое вещество – это только выдумка фантазера астронома?
Прошли годы. Гелий оказался не выдумкой. Великий химик Рамзай нашел его и на Земле – в минерале клевеите и в атмосферном воздухе. Гелий уже стало возможно держать в руках, испытывать и взвешивать.
Кто же открыл гелий и его замечательные свойства? Астрономы Жансен и Локьер, химик Рамзай, физик Крукс или, может быть, Кирхгоф и Бунзен, построившие первый прибор для изучения состава небесных светил? Или, может быть, великий физик Ньютон, впервые разложивший солнечный луч на семь цветов радуги? Или Генри Кавендиш, обнаруживший в азоте таинственный пузырек – еще не разгаданную смесь аргона, неона, криптона и гелия?
Да, все они вместе, помогая друг другу, завоевали солнечное вещество. И не они одни. Разве возможно было бы завоевание гелия без инженеров и физиков, которые изобрели машину для превращения воздуха в жидкость? Без геологов, которые научились добывать солнечное вещество из недр земли? И, наконец, без тех многочисленных механиков и оптиков, которые вооружили физику точнейшими измерительными приборами?
Открытие гелия – это победа четырех наук: физики, астрономии, химии и геологии.
Приложения
Открытие солнечных выступов
Ученые убедились в существовании солнечных выступов – протуберанцев – только во время испанского затмения 1860 года. Правда, и раньше, до 1860 года, некоторые наблюдатели утверждали, что на поверхности Солнца существуют огненные выступы. Но их показаниям не доверяли.
Первым астрономом, обратившим внимание на солнечные выступы, был англичанин Бейли. Он наблюдал полное солнечное затмение в 1842 году в итальянском городе Павии. В описании затмения, которое составил Бейли, говорится:
«Лучистая корона, окружавшая диск Луны, была прорезана тремя огромными огненными выступами пурпурного цвета. Выступы казались неподвижными. Они были похожи на снежные вершины Альп, озаренные кроваво-красными лучами заходящего солнца. Что это за выступы? Огненные горы? Или облака?»
Когда статья Бейли была опубликована, мнения астрономов разделились. Одни полагали, что огненные выступы – это высокие горы на Луне, освещенные косыми солнечными лучами, другие – что это горы на Солнце, третьи – что это огненные облака в солнечной атмосфере. Но большинство астрономов были твердо уверены в том, что огненные выступы – не что иное, как оптический обман, ошибка утомленного зрения.
В 1851 году в Европе снова происходило солнечное затмение. Астроном Шмидт наблюдал его в городе Растенбурге в Восточной Пруссии. Шмидт, как и его предшественник Бейли, увидел огненные выступы. При этом ему даже удалось разглядеть, что во время затмения очертания выступов не оставались неподвижными, а постепенно менялись. Отсюда Шмидт сделал важные выводы. «Протуберанцы, – писал он, – это не горы, потому что во время затмения их форма меняется. Они принадлежат не Луне, а Солнцу, потому что диск Луны, сползая с солнечного диска, не тянет их за собой, а надвигается на них и заслоняет их. Вернее всего, протуберанцы – это раскаленные газовые облака, плавающие в атмосфере Солнца».
Шмидт был опытным наблюдателем. Не было оснований не верить его утверждениям. И все-таки большинство астрономов и после Шмидта по-прежнему продолжали считать огненные выступы обманом зрения. В подлинное существование выступов ученые поверили наконец только во время затмения, которое происходило 18 июля 1860 года.
В этот день многие астрономы – Темпль, Оом, Румкер, Льюис, Плантамур и другие – увидели своими глазами солнечные выступы и зарисовали их. А двум астрономам – Деларю и Секки – удалось не только зарисовать выступы, но и сфотографировать их. Разумеется, после этого ни у кого уже не оставалось сомнения в том, что солнечные выступы действительно существуют.
Спектр солнечных выступов
Во время затмения 1860 года, когда Деларю и Секки фотографировали солнечные выступы, спектроскоп уже был изобретен.
Но никому тогда и в голову не пришло воспользоваться этим изобретением, чтобы рассмотреть спектр солнечных выступов. И только после того, как затмение кончилось, астрономы спохватились. Но было уже поздно. Случай был упущен. А следующее солнечное затмение ожидалось только через восемь лет, 18 августа 1868 года. Неудивительно, что астрономы всего мира деятельно готовились к этому дню. В Индию, где должно было происходить затмение, отправились три экспедиции: английская (астрономы Гершель и Теннант), американская (астроном Погсон) и французская (астрономы Райе и Жансен). На этот раз астрономы захватили с собой спектроскопы.
Все они увидели в спектре одно и то же: несколько линий водорода и какую-то желтую линию. Астрономы, наблюдавшие затмение, приняли ее за линию натрия. Один только Жансен установил, что это не натрий, а новое, еще неизвестное вещество. Да и он понял это не во время затмения, а только на следующий день, когда имел возможность спокойно, не спеша, измерить положение спектральных линий.
Дело в том, что из всех астрономов один только Жансен сообразил, что торопиться незачем, потому что солнечные выступы можно будет рассмотреть в спектроскоп и на другой день, при полном блеске Солнца. Пускай сами эти выступы и не будут тогда видны, оттого что их затмит блеск небесного свода, как затмевает он в дневное время звезды, но спектроскоп и при полном блеске Солнца уловит и разложит лучи солнечных выступов на цветные линии. Только для этого понадобится спектроскоп с очень большой дисперсией, то есть такой спектроскоп, в котором спектр растягивается на очень большую длину.
Растяжение спектра достигается тем, что на пути световых лучей в спектроскопе поставлена не одна, а много призм. Проходя сквозь ряд призм, веер лучей разворачивается все больше и больше.
В таком спектроскопе спектральные линии солнечных выступов должны быть отчетливо видны, потому что затмевающие их лучи небесного свода окажутся ослабленными во много раз.
Когда лучи небесного свода попадают в спектроскоп с большой дисперсией, их сплошной, многоцветный спектр растягивается на такую большую длину, что становится бледным, еле видимым. На этом ослабленном, как бы размытом фоне ясно выступают тонкие разрозненные спектральные линии солнечных выступов.
Жансен рассмотрел эти линии, измерил их положение в спектре и обнаружил, что желтая линия принадлежит новому, еще неизвестному веществу.
Почему Менделеев не верил в гелий?
Открытие гелия было встречено учеными с тем же недоверием, с каким когда-то астрономы отнеслись к утверждению Бейли о существовании солнечных выступов. Многие серьезные физики и химики не сразу поверили в гелий, потому что выводы Жансена и Локьера показались им недостаточно обоснованными.
В 1889 году, то есть через двадцать лет после открытия в спектре солнечных выступов желтой линии D3, знаменитый русский химик Менделеев читал в Лондоне лекцию о своих работах. В этой лекции он с негодованием отозвался о «воображаемом гелии».
«Опыт ясно показывает, – сказал Менделеев, – изменчивость напряженности света спектральных линий простых тел при различии температур и давлений; а потому можно думать, что линия гелия принадлежит одному из давно известных простых тел, поставленному в неизвестное для наших опытов состояние температуры, давления и напряжения тяжести».
Менделеев ошибся. Не прошло и десяти лет, как он был вынужден не только поверить в гелий, но и посвятить ему целую главу в новом издании своего учебника «Основы химии».
Но в одном Менделеев был все-таки прав: нельзя полагаться всецело на линии спектра. Они могут обмануть, потому что одни и те же вещества дают иногда разные спектральные линии в зависимости от того, находятся ли они на Земле или в составе небесных светил. Это всего лучше доказывает судьба трех мнимых веществ: небулия, корония и геокорония. История небулия такова. В спектре туманностей нашей звездной системы астрономы заметили две линии – так называемые линии N1 и N2, – происхождение которых они никак не могли объяснить. Поэтому у них возникла мысль, что в туманностях есть какое-то неизвестное вещество, которое и дает эти линии.
Вещество получило имя «небулий» (от латинского слова nebula – «туманность»).
История корония и геокорония похожа на историю небулия. В спектре солнечной короны астрономы отыскали зеленую линию, так называемую линию 5303,3, которая тоже не принадлежала ни одному из известных земных веществ. А в спектре полярного сияния физики нашли другую зеленую линию – так называемую линию 5577.
Астроном Секки сделал вывод, что в солнечной короне (в самом верхнем разреженном слое солнечной атмосферы) существует неизвестный газ короний, а геофизик Вегенер пришел к заключению, что в самом верхнем слое земной атмосферы – там, где происходят полярные сияния, – есть другой неизвестный газ – геокороний.
Казалось, таким образом, что спектральный анализ открыл в туманностях, в солнечной короне и в верхнем слое земной атмосферы три новых вещества: небулий, короний, геокороний.
Оставалось только открыть эти вещества и на Земле. Но увы! Их так и не открыли.
Можно даже сказать: на Земле их не открыли, а «закрыли».
В 1927 году физик Боуэн неопровержимо доказал, что линии N1 и N2 принадлежат не какому-то таинственному небулию, а самому обыкновенному кислороду. Дело в том, что в туманностях кислород находится в особенных условиях – не в таких, как на Земле. Каковы же эти условия? Прежде всего, в туманностях кислород очень сильно разрежен (в наших лабораториях его не смог бы разредить до такой степени даже самый могучий воздушный насос). Кроме того, в туманностях сквозь разреженный кислород проходит интенсивный поток ультрафиолетовых лучей, возбуждающих его свечение.
Эти условия совсем не похожи на те, в которых находится кислород, светящийся в спектроскопических трубочках наших лабораторий. Поэтому и спектры получаются разные. Это-то обстоятельство и ввело неосторожных астрономов в заблуждение.
При первом же ближайшем знакомстве загадочный небулий оказался просто-напросто кислородом.
Точь-в-точь та же судьба постигла и короний с геокоронием: физик Гротриан доказал, что линию «корония» тоже испускает кислород, а физики Макленнан и Шрем обнаружили, что и линию «геокорония» испускает кислород.
Теперь уже никто из ученых не верит в небулий, короний и геокороний.
Таким образом, возражения Менделеева имели вполне серьезные основания: открытие новой спектральной линии еще не доказывает существования нового вещества. Жансен и Локьер были, пожалуй, немного поспешны в своих выводах. И все же, несмотря на это, оказались правы они, а не Менделеев: в наше время уже нет сомнений, что желтая линия D3 действительно принадлежит гелию – веществу, которого не знали химики до Жансена и Локьера. Гелий, найденный на Земле, дает в спектроскопической трубочке ту же линию D3, которую обнаружил Жансен в спектре солнечных выступов.
Записная книжка Рамзая
Сохранилась записная книжка Рамзая, по которой можно точно и последовательно восстановить всю историю открытия гелия в клевеите.
Письмо от Майерса, которое побудило Рамзая заняться клевеитом, он получил в пятницу 1 февраля 1895 года. Весь этот день и два последующих он был занят тем, что исправлял и переписывал на машинке большую статью об открытии аргона, написанную им для Королевского общества. Об этом мы узнаем из записной книжки. Следующая запись гласит: «Ничего особенного не сделал до пятницы 15 февраля». В дальнейших записях говорится об очистке аргона для точного измерения его плотности, об устройстве прибора для измерения его теплоемкости и о первых опытах с этим прибором.
Первые порции гелия были добыты из клевеита, по-видимому, 9 или 10 марта (точная дата в книжке не обозначена). Вот что пишет об этом Рамзай: «Было куплено около грамма клевеита на 3 шиллинга 6 пенсов (у Грегори, Фицрой-сквер, дом № 88). Мэтьюз кипятил его в разбавленной серной кислоте и добыл немного газа». Дальше есть такая запись: «Круксу послана первая порция в субботу 16 марта, но всю эту неделю он был очень занят и не мог рассмотреть спектр».
Страничка из записной книжки Рамзая
«Во время опытов получил телеграмму от Крукса: “Криптон – это гелий, 58749. Приезжайте – увидите”. Поехал и увидел. Послал телеграмму Бертло: “Институт, Париж. Газ, добытый мною из клевеита, – смесь аргона и гелия. Крукс установил тождество спектров. Сделайте сообщение в Академии в понедельник. Рамзай”».
Утром 23 марта Рамзай, не дождавшись ответа от Крукса, сам принялся за изучение спектра нового газа.
Телеграмма пришла в тот же день. Запись в книжке гласит: «Во время опытов получил телеграмму от Крукса: “Криптон – это гелий, 58749[32]. Приезжайте – увидите”. Поехал и увидел». Сообщение Королевскому обществу Рамзай написал вечером того же дня.
Выходные данные первого издания «Солнечного вещества»
«Ленгорлит № 6158» – это разрешение цензуры на публикацию.