希少元素「ヘリウム」の発見は、科学者が太陽を追いかけたときに始まった。

ヘリウムの発見は天文学と化学の両方に関係する興味深い物語です。ヘリウムは太陽スペクトルで初めて観測されましたが、この発見はいくつかの重要な段階に分けることができます。

フェーズ1: 太陽スペクトルの観測

1868 年、天文学者のジュール・ヤンセンとノーマン・ロッカーはそれぞれ独立して太陽のコロナの間に日食を観測しました。彼らは、太陽スペクトルの中に、波長587.49nmの未知の黄色のスペクトル線を観測したが、これは既知のどの元素のスペクトルとも一致しなかった。その後、ロッカーはギリシャ神話の太陽神ヘリオスにちなんで、この元素を「ヘリウム」と名付けた。

彼らは分光計と呼ばれる道具を使って太陽のスペクトルを観測します。分光計は光をさまざまな色のスペクトルに分解することができ、各要素は独自のスペクトル線を持ちます。太陽のスペクトルを観測したところ、既知のどの元素のスペクトル線とも一致しない黄色い線を発見した。

それぞれの元素が、まるで指紋のように、独自のスペクトル線を持っていると想像してください。ジャンソンとロッキヤーは太陽を観察したとき、まるで宇宙探偵のように、ヘリウムに関する最初の手がかりとなる謎の「指紋」を発見した。

フェーズ2: 地球上のヘリウムの発見

1895年、スウェーデンの化学者ペル・テオドル・クレーベとニルス・アブラハム・ラングレがスウェーデンで実験を行いました。彼らはウラン鉱石を加熱し、放出されるガスを観察することによってヘリウムを発見しました。

このプロセスは鉱石の宝探しのようなものです。科学者たちがこの特別な鉱物を加熱すると、まるで隠された宝箱を開けたかのように、地球上でこれまで発見されたことのない貴重な元素であるヘリウムが放出されました。

ステージ3: 地球の大気中のヘリウムの特定

この段階の重要人物は、ガスの研究に特に興味を持っていたスコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーでした。

1895年、ラムゼーは新しい元素であるアルゴンを研究中に、ウランを含む鉱石であるピッチブレンドの中に偶然ヘリウムを発見しました。化学分析とロッキヤーとの協力を通じて、彼は発見したガスが太陽スペクトルで以前に観測されていたヘリウムであることを確認した。ラムゼーは、希ガス元素（アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドン）の発見とそれらの物理的および化学的性質の研究により、1904年のノーベル化学賞を受賞しました。

ラムゼイの発見は科学的な謎を解明した。彼は研究室でピッチブレンドを加工しているときに、新しいガスを発見した。慎重な実験と比較を通じて、彼はこの新しいガスが太陽スペクトルで以前に発見されていたヘリウムであることに気づきました。これは驚くべき発見であり、ヘリウムが太陽だけでなく地球上にも存在することを証明した。

この発見はヘリウムの研究にとって大きな意義を持つ。これは地球上のヘリウムの存在を証明するだけでなく、地球の大気中のヘリウムと他の元素の分布も明らかにします。この発見は、地球化学におけるヘリウムの役割についてのさらなる研究を促進するものでもある。

地球の鉱物の化学分析を通じて地球の大気中のヘリウムの特定が達成され、ヘリウムの存在と分布に関する重要な証拠が提供され、地球の大気の組成に関する人々の理解が深まりました。ヘリウムの発見は天文学と化学にまたがる探究の物語です。それは太陽スペクトル内の謎の黄色い線として始まり、鉱石中の化学的発見を経て、最終的に新しい元素として特定されました。この物語は、科学的発見の素晴らしさと、異なる分野間の協力の重要性を示しています。

ステージ4: ヘリウム同位体の発見

人類は、核反応の研究と同位体理論の深い理解を通じて、ヘリウム3の存在を発見しました。理解すべき重要なステップがいくつかあります。

一つは同位体理論の発展です。 20 世紀初頭に放射性元素の研究が進むにつれ、フレデリック・ソディやアーネスト・ラザフォードなどの科学者は、特定の元素が同位体と呼ばれる異なる質量の形で存在することを認識し始めました。この理論は、ヘリウム3のような軽元素の同位体を理解するための基礎を築きました。

2つ目は粒子加速器と原子核反応の研究です。 1930 年代に、科学者たちは原子核反応の研究に粒子加速器を使い始めました。彼らは実験を通じて、軽元素のさまざまな同位体を含むさまざまな核反応の生成物を生成し、観察することができました。これらの実験中、科学者たちはいくつかの核反応によってヘリウム4とは異なる軽いヘリウム同位体、つまりヘリウム3が生成されることに気づきました。

3つ目はヘリウム3の特定です。分光法と質量分析法の技術の発達により、科学者はさまざまな同位体をより正確に区別し、識別できるようになりました。ヘリウム 3 は、その質量と核磁気特性の独自性によってヘリウム 4 と区別されます。これらの核反応の生成物を注意深く分析することで、科学者たちはヘリウム3の存在を確認し、その特性と挙動の研究を始めることができました。

4番目は天体物理学の貢献です。 20 世紀半ばから後半にかけて、宇宙探査や太陽風および宇宙線の研究により、天体物理学者もヘリウム 3 の存在を観測しました。これらの発見は、太陽系におけるヘリウム3の自然発生をさらに裏付けるものであり、天体環境におけるヘリウム3の挙動についての理解を深めるものです。

チーフプランナー: 秦 勝飛

脚本：秦勝飛、李基源、陶剛、王嘉美、趙子卓

（中国石油開発研究所）