APP 氦氣的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)有趣的故事，同時(shí)涉及天文學(xué)和化學(xué)。氦氣是在太陽(yáng)光譜中首次被觀測(cè)到的，這一發(fā)現(xiàn)可以分為幾個(gè)關(guān)鍵階段。
第一階段：太陽(yáng)光譜的觀測(cè)
1868年，天文學(xué)家朱爾斯·讓森（Jules Janssen）和諾曼·洛克耶爾（Norman Lockyer）獨(dú)立觀察到太陽(yáng)日冕期間的日食。他們?cè)谔?yáng)光譜中觀察到一個(gè)未知的黃色光譜線，波長(zhǎng)587.49nm，這條線無(wú)法與任何已知元素的光譜相匹配。洛克耶爾隨后命名這個(gè)元素為“氦”，源自希臘神話中的太陽(yáng)神赫利俄斯（Helios）。
他們使用一種叫作光譜儀的工具來(lái)觀察太陽(yáng)光譜。光譜儀能夠?qū)⒐夥纸獬刹煌伾念l譜，每種元素都有其獨(dú)特的光譜線。在觀測(cè)太陽(yáng)光譜時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一條黃色的線，這條線與任何已知元素的光譜線都不匹配。
想象一下，每種元素就像是有自己的指紋一樣，都有獨(dú)一無(wú)二的光譜線。當(dāng)讓森和洛克耶爾觀測(cè)太陽(yáng)時(shí)，他們就像宇宙的偵探，發(fā)現(xiàn)了一條神秘的“指紋”，這就是氦氣的第一個(gè)線索。
第二階段：地球上氦氣的發(fā)現(xiàn)
1895年，瑞典化學(xué)家珀?duì)枴ぬ貖W多爾·克列夫（Per Teodor Cleve）和尼爾斯·亞伯拉罕·朗格勒（Nils Abraham Langlet）在瑞典進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們通過加熱鈾礦石并觀察釋放出的氣體，發(fā)現(xiàn)了氦氣。
這個(gè)過程像在礦石中尋寶。當(dāng)科學(xué)家們加熱這種特殊的礦石時(shí)，就像打開了一個(gè)隱藏寶藏的箱子，釋放出了氦氣——這是之前從未在地球上發(fā)現(xiàn)的寶貴元素。
第三階段：氦在地球大氣中的辨認(rèn)
威廉· 拉姆齊（William Ramsay）是這一階段的關(guān)鍵人物，他是一位蘇格蘭化學(xué)家，對(duì)氣體的研究非常感興趣。
1895年，拉姆齊在研究一種新元素——?dú)宓倪^程中，在瀝青鈾礦（ 一種含鈾的礦石） 中無(wú)意間發(fā)現(xiàn)了氦氣。通過化學(xué)分析和與洛克耶爾的合作，他確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的氣體就是之前在太陽(yáng)光譜中觀測(cè)到的氦。拉姆齊因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了稀有氣體元素（氬、氖、氪、氙、氡）并研究其物理化學(xué)性質(zhì)，獲得了1904年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
拉姆齊的發(fā)現(xiàn)解決了一個(gè)科學(xué)謎題。他在實(shí)驗(yàn)室處理瀝青鈾礦石時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種新氣體。通過仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)和比較，他意識(shí)到這種新氣體就是之前在太陽(yáng)光譜中發(fā)現(xiàn)的氦氣。這是一個(gè)令人驚喜的發(fā)現(xiàn)，它證明了氦氣不僅存在于太陽(yáng)中，也存在于地球上。
這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于氦氣的研究具有重大意義。它不僅證明了氦在地球上的存在，而且揭示了氦與其他元素在地球大氣中的分布。這一發(fā)現(xiàn)同時(shí)促進(jìn)了對(duì)氦在地球化學(xué)中作用的進(jìn)一步研究。
氦在地球大氣中的辨認(rèn)是通過對(duì)地球上的礦石進(jìn)行化學(xué)分析而實(shí)現(xiàn)的，這為氦的存在和分布提供了重要證據(jù)，也加深了人們對(duì)地球大氣成分的了解。氦氣的發(fā)現(xiàn)是一段橫跨天文學(xué)和化學(xué)的探索故事。它從太陽(yáng)光譜中神秘的黃色線條開始，經(jīng)過礦石中的化學(xué)發(fā)現(xiàn)，最終被確認(rèn)為一種新元素。這個(gè)故事展示了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的奇妙之處，以及不同領(lǐng)域之間合作的重要性。
第四階段：氦的同位素的發(fā)現(xiàn)
人類發(fā)現(xiàn)氦-3的存在是通過對(duì)原子核反應(yīng)的研究和對(duì)同位素理論的深入理解。主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵認(rèn)識(shí)步驟：
一是同位素理論的發(fā)展。2 0世紀(jì)初，隨著放射性元素研究的深入，科學(xué)家們?nèi)绺ダ椎吕锟恕に鞯希‵rederick Soddy）和歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）開始認(rèn)識(shí)到某些元素存在不同的質(zhì)量形式，即同位素。這種理論為理解像氦-3這樣的輕元素同位素奠定了基礎(chǔ)。
二是粒子加速器和原子核反應(yīng)的研究。20世紀(jì)30年代，科學(xué)家開始使用粒子加速器研究原子核反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)，他們能夠產(chǎn)生并觀察到各種原子核反應(yīng)的產(chǎn)物，包括輕元素的不同同位素。在這些實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家注意到一些原子核反應(yīng)產(chǎn)生了與氦- 4 不同的輕氦同位素， 即氦-3。
三是氦-3的具體識(shí)別。隨著光譜學(xué)和質(zhì)譜學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家可以更精確地區(qū)分和識(shí)別不同的同位素。氦-3由于其質(zhì)量和核磁性質(zhì)的獨(dú)特性，與氦-4區(qū)分開來(lái)。通過對(duì)這些核反應(yīng)產(chǎn)物的細(xì)致分析，科學(xué)家能夠確認(rèn)氦-3的存在，并開始研究其性質(zhì)和行為。
四是天體物理學(xué)的貢獻(xiàn)。20世紀(jì)中后期，隨著太空探索和對(duì)太陽(yáng)風(fēng)及宇宙射線的研究，天體物理學(xué)家也觀察到氦- 3的存在。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了氦-3在太陽(yáng)系中的自然存在，并促進(jìn)了對(duì)其在天體環(huán)境中行為的理解。
總策劃：秦勝飛
撰稿：秦勝飛 李濟(jì)遠(yuǎn) 陶剛 王佳美 趙姿卓
（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）
