[训练]太阳元素 氦

[训练]太阳元素 氦 太阳元素 氦 太阳元素 假使埃及美女克里奥佩特拉的鼻子再短一厘米世界历史会发生什么变化，总会有人以这样的问句给自己的感慨开头;但是即使这位女王和凯撒以及安东尼的风流韵事竟没有发生，甚至根本不曾存在过这样一个人物，我们仍然可以相信，埃及托勒密王朝的没落和罗马帝国的兴起，罗马的共和政体被君主制取代等等一系列历史事件还是会如期发生。同样杜牧先生未免有些不怀好意地设想了“东风不与周郎便”的尴尬场面，但是除了大乔小乔不免受些委屈之外，当时的中国，从政治与经济上依然不会有一个足以统一的体制与逻辑;这个工作，还要留待远在百年以后的北魏甚至隋唐来完成。 科学史也同样有着类似的逻辑性，如果仅仅使用猎奇的眼光，我们更容易注意到一个一个孤立的突发事件，并因为这里的偶然性开始困惑现代科学如何微妙地走上了现在这样的发展道路;但是如果把更多的事件相联系，就可能比较容易相信，大多数的事情已经势所必然。几位大师和某些事件的出现只能或多或少促成这种发展，但是没有他们，也有其他人来代替。假设牛顿不小心晚出生了三百年，树上的那个苹果不会等待他的到来才落地，同样欧洲历史的发展也不会等待他来推动自然科学甚至资本主义经济的革命;我们的牛顿，也许会成为牛津或剑桥一个普普通通的高材生，不时感怀“马顿”或者“羊顿”先生的辉煌。 氦这个元素的发现也可以说是几乎必然的产物:光谱分析在化学上的应用，天文观测中对太阳光谱的研究，分析化学仪器精密性的增加，对各种矿产的研究以及天然气的使用，甚至再晚一些空气液化的实现，都有可能导致氦的发现，只不过从有些途径可能捷足先登，有些偶然落在后面而已。 早在十九世纪的第二年，武拉斯顿(Wollaston)就发现在阳光的连续谱中，某些位置存在着暗线。1814年夫琅和斐(Fraunhofer)重新发现这些暗线，并用多个棱镜增加光谱的色散度，还仔细地将暗线的位置描绘下来，所以太阳光谱中的这些线，在天文上就成为夫琅和斐线。化学家则观察到了元素在火焰中发出的明线光谱:1752年，梅尔维尔(Melvil)首先提及金属或盐类的火焰所造成的光谱，在黑暗的背景上呈现特殊的彩色明线;1823年，赫歇尔(Herschel)又一次表示这些谱线可以用来检验金属的存在(其实赫歇尔爵士反而是一个伟大的天文学家，这个动作似乎有一点越位的嫌疑了)。这建议引起人们对于谱线位置进行观测，并加以描绘与记录。到了1849年，本生和基尔霍夫(Kirchhoff)合作创立了精密的光谱分析法，这个方法到现在从原理到仪器的基本结构都没有变化。本生作为一系列元素的发现者已经享受了化学家的无上殊荣，但是发明仪器的基尔霍夫，其实是为这个分析方法开辟了道路，作为分析专业出身的人，我向他致以同样崇高的敬意。 好了，现在天文学家和化学家开始各自做自己的工作，一方观察天上的星辰，一方则打地底矿藏的主意;可是这个竞赛其实无所谓目标和终点，因为其时还没有一张指明零族的元素周期表，大家也不知道能够找到什么。条件较好的是天文学家，毕竟太阳大气中氦的含量占到18%。可是他们也有他们的麻烦，就是氦是看不到吸收线的，只能观测色球层的发射线，如果把光谱中最强的一次电离的钙K线定为1000，大约氦线强度只有2。化学家则要困扰于地球上氦的低含量，因为地球的引力场不足以固定氦原子，所以氦的相对丰度只有3x10-7%。 1868年天文学家们先走了一步，当年8月18日有一次日全食。法国的詹森(Jan,ssen)在月面完全遮住太阳光球的时候，通过分光镜观察日珥，发现在钠光谱两条黄色D线的相近位置还有第三条谱线，后来在日食之后，他通过同样的观测发现这条线同样存在(其实观看日珥的方法像哥伦布的鸡蛋一样简单，换个思路，望远镜上放个黑色圆盘把光球遮住，就可以模拟日全食，观测色球层 ^_*)。同时英国的洛克耶(Lockyer)也做了类似的工作，但是他走得更远一些，在否定了自己最开始怀疑的氢谱线之后，他确信这条线来自一种新的元素，并将其命名为Helium，来源于希腊文的Helios，也就是太阳。 在天文学家之后二十多年，化学家才在地球上找到了氦。大约十九世纪八九十年代之间，就有报道说沥青铀矿和钇铀矿经过硫酸处理后，可以得到一些化学性质不活泼的气体，1895年拉姆塞发现氩以后，重拾了这个现象。他把这种气体装在玻璃管中，加以电极放电，对发射光谱进行分光观测。最开始他将观察到的黄线归属于钠，后来他终于想到了那一条太阳光谱的黄线。(我在想他在电极上沾染一点钠盐做内标不就知道了,可是好像他没这么做，也许是样品不够再做一次的。)他把这个元素称为氪(Krypten最后这个名字终于用在他别的发现物上了)，并把样品邮寄给了X射线的发现者，精通光谱学的克鲁克斯。很快，回电就来了——“氪就是氦，请来看。克鲁克斯” 两个星期之后，瑞典的克利夫(Cleve)和兰格莱特(Langlet)也跑到了终点，他们同样是从钇铀矿中得到的氦。同年，德国的凯塞尔(Kayser)在空气和天然气中，也找到了这个元素的发射线。 这一次的科学史上的热闹场面虽然以天文学家的胜利告终，但是我们可以想见，即使没有那一次日食发生，氦的发现，也已成为势所必然的事情了。事实上，在分光光谱分析和后来的元素周期表出现之后，已经没有什么天然存在的元素能够轻易的保持神秘状态了。