การค้นพบฮีเลียม

วันที่ 18 ส.ค. 2411 นอกจากจะเป็นวันสำคัญของไทย เนื่องจากพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงคำนวณและเสด็จทอดพระเนตรปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงที่ จ.ประจวบคีรีขันธ์ อันเป็นที่มาของวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ยังเป็นวันที่ประวัติศาสตร์บันทึกไว้ว่าเป็นเหตุการณ์ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการค้นพบธาตุฮีเลียมอีกด้วย

บริเวณที่เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงอยู่ในพื้นที่ใต้เงามืดของดวงจันทร์ ซึ่งเคลื่อนผ่านผิวโลกขณะเกิดสุริยุปราคา เส้นทางคราสเต็มดวงของสุริยุปราคาครั้งนั้นผ่านหลายประเทศ เริ่มจากด้านตะวันออกของแอฟริกา บริเวณทะเลแดงลงสู่อ่าวเอเดน ทะเลอาหรับ อินเดีย อ่าวเบงกอล สยาม บอร์เนียว และนิวกินี

สุริยุปราคาเต็มดวงแต่ละครั้งมีระยะเวลามืดเต็มดวงยาวนานไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับขนาดปรากฏของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ หากมีขนาดต่างกันมาก คือใกล้กับช่วงที่โลกอยู่ไกลดวงอาทิตย์ที่สุดและดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกที่สุด ระยะเวลาของคราสเต็มดวงสามารถยาวนานได้ถึง 7 นาทีเศษ

เมื่อสองศตวรรษที่แล้ว ความรู้เกี่ยวกับดวงอาทิตย์มีความก้าวหน้าที่สำคัญเกิดขึ้น ค.ศ. 1843 ไฮน์ริช ชวับเบอ นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน พบวัฏจักร 11 ปี ของจุดมืดบนดวงอาทิตย์ ค.ศ. 1859 กุสตาฟ เคียร์ชฮอฟฟ์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ค้นพบว่าเราสามารถวิเคราะห์เส้นเปล่งแสงในสเปกตรัม เพื่อวัดองค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ได้ ต่อมาจึงมีการใช้สเปกโทรสโกปพบว่าบรรยากาศของดวงอาทิตย์มีธาตุที่เราคุ้นเคยทั้งไฮโดรเจน โซเดียม เหล็ก และแมกนีเซียม

การสังเกตสุริยุปราคาเต็มดวงในอดีต ทำให้นักดาราศาสตร์เห็นตรงกันว่าพวยสว่างสีแดงที่เห็นอยู่บริเวณขอบมืดของดวงจันทร์ขณะดวงอาทิตย์ถูกบังมืดมิด แท้จริงคือส่วนหนึ่งของดวงอาทิตย์ สิ่งที่ปัจจุบันเราเรียกว่าเปลวสุริยะ

พื้นผิวดวงอาทิตย์ส่องสว่างเจิดจ้ามาก ประกอบกับแสงอาทิตย์ที่กระเจิงในบรรยากาศโลก ทำให้ไม่สามารถเห็นเปลวสุริยะได้ด้วยตาเปล่าหรือกล้องโทรทรรศน์ ในห้วงเวลานั้น นักดาราศาสตร์พยายามจะสังเกตสเปกตรัมของเปลวสุริยะในเวลาที่ไม่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง แต่ยังไม่สามารถทำได้ การวัดสเปกตรัมของเปลวสุริยะ จึงต้องรอให้เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ซึ่งก็ไม่ได้เกิดขึ้นบ่อย นักดาราศาสตร์จึงเฝ้ารอที่จะพาตัวเองเข้าสู่เงามืดของดวงจันทร์อย่างใจจดใจจ่อ ไม่ว่าที่แห่งนั้นจะอยู่ห่างไกลสักเพียงใด

สุริยุปราคาเต็มดวงในวันที่ 18 ส.ค. 1868 (พ.ศ. 2411) เป็นโอกาสแรกที่จะสังเกตเปลวสุริยะด้วยสเปกโทรสโกปขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง และด้วยคราสเต็มดวงครั้งนั้นที่ยาวนานได้ตั้งแต่ 3 นาที จนถึง 6 นาที 47 วินาที ทำให้นักดาราศาสตร์ในยุโรปให้ความสนใจศึกษาสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งนั้นเป็นพิเศษ โดยส่งคณะสำรวจเดินทางไปยังสถานที่ต่างๆ ที่อยู่ในแนวคราสเต็มดวง

คณะของอังกฤษหลายคณะอยู่ที่อินเดีย คณะของเยอรมันอยู่ที่เอเดน ดัตช์อยู่ที่ทะเลเซเลบีส อูร์แบง เลอเวรีเย (หนึ่งในผู้ค้นพบดาวเนปจูน) ซึ่งเป็นผู้อำนวยการหอดูดาวปารีส ตัดสินใจส่งนักดาราศาสตร์ฝรั่งเศสคณะหนึ่งมาที่สยาม มีรายงานว่าหอดูดาวปารีสใช้เงินถึงเกือบ 1 ใน 3 ของงบประมาณประจำปี เพื่อส่งนักดาราศาสตร์มายังสยาม อีกคณะหนึ่งนำโดย ปีแยร์ ฌ็องแซ็ง ไปสังเกตสุริยุปราคาที่เมืองกุนตูร์ รัฐมัทราสในอินเดีย

คณะสำรวจของอังกฤษและฝรั่งเศสทั้งในอินเดียและสยาม ต่างก็รายงานการสังเกตเห็นเส้นเปล่งแสงในสเปกตรัม ฌ็องแซ็งเห็นเส้นเปล่งแสง 6 เส้น ขณะที่รายงานการสังเกตของราเยจากหว้ากอในสยามพบเส้นเปล่งแสง 9 เส้น หนึ่งในนั้นเป็นเส้นเปล่งแสงสีเหลืองอยู่ใกล้ตำแหน่งของเส้นโซเดียม แต่ทุกคนต่างก็คิดว่ามันเกิดจากโซเดียมมีเพียงรายงานของ นอร์แมน พอกสัน นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ ที่สังเกตในอินเดีย แสดงความสงสัยว่าเส้นสีเหลืองนั้นอาจไม่ได้เกิดจากโซเดียม

เส้นเปล่งแสงที่สว่างมากในแถบสเปกตรัม ทำให้ฌ็องแซ็งเชื่อว่าต้องมีวิธีที่จะวัดสเปกตรัมของเปลวสุริยะได้ในเวลาปกติ โดยไม่จำเป็นต้องรอให้เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ฌ็องแซ็งจึงคิดวิธีที่จะสังเกตเปลวสุริยะได้โดยเล็งห่างจากขอบดวงอาทิตย์เล็กน้อย เขาพบด้วยว่าเปลวสุริยะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปทุกวัน

โจเซฟ นอร์แมน ล็อกเยอร์ ในอังกฤษ เป็นนักดาราศาสตร์อีกคนหนึ่งที่พยายามศึกษาธาตุจากสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ เดือน ต.ค.ของปีเดียวกัน ล็อกเยอร์ค้นพบวิธีสังเกตเปลวสุริยะด้วยสเปกโทรสโกปในสภาวะปกติที่ไม่เกิดสุริยุปราคา เขาสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมสีเหลืองที่อยู่ใกล้เส้นโซเดียมเช่นกัน

บังเอิญที่รายงานของล็อกเยอร์ที่ส่งจากลอนดอน และจดหมายของฌ็องแซ็งที่ส่งจากอินเดีย ไปถึงปารีสพร้อมกันในวันที่ 24 ต.ค. 1868 และที่ประชุมสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งฝรั่งเศสก็ได้อ่านในอีกสองวันถัดมา นักดาราศาสตร์ทั้งสองจึงได้รับการยกย่องเชิดชูในฐานะเป็นผู้ค้นพบวิธีการสังเกตเปลวสุริยะโดยไม่ต้องรอให้เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง โดยเฉพาะล็อกเยอร์ที่ให้ความสนใจมากเป็นพิเศษต่อเส้นเปล่งแสงสีเหลือง ซึ่งเกิดจากธาตุชนิดใหม่ที่ไม่เคยพบมาก่อน

ล็อกเยอร์และเอ็ดเวิร์ด แฟรงก์แลนด์ ซึ่งเป็นนักเคมีผู้ร่วมงานของเขา เสนอให้ตั้งชื่อธาตุใหม่ว่าฮีเลียม มาจากภาษากรีก Helios ที่แปลว่าดวงอาทิตย์ ต่อมานักวิทยาศาสตร์จึงสามารถยืนยันสมบัติของฮีเลียมได้จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ ปัจจุบันเราทราบว่าฮีเลียมเป็นธาตุสำคัญที่มีอยู่เป็นสัดส่วนสูงในเอกภพ มีมากรองจากไฮโดรเจนเลยทีเดียว