ฮีเลียม: ธาตุที่พบบนดวงอาทิตย์ก่อนพบบนโลก

ในวันที่ 18 สิงหาคม ค.ศ. 1868 เงาของดวงจันทร์ทอดผ่านอินเดียและคาบสมุทรมลายูไปจนถึงตอนใต้ของประเทศไทย เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงที่ยาวนานเกือบเจ็ดนาที นับเป็นหนึ่งในสุริยุปราคาที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์

สุริยุปราคาที่หว้ากอ

ในประเทศไทย พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4 ทรงคำนวณการเกิดสุริยุปราคาครั้งนี้ไว้ล่วงหน้าได้อย่างแม่นยำ และเสด็จไปทอดพระเนตรที่ตำบลหว้ากอ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ พร้อมเชิญคณะนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสมาร่วมสังเกตการณ์ ผลการคำนวณของพระองค์แม่นยำกว่าการคำนวณของชาวตะวันตกบางคณะ วันที่ 18 สิงหาคมจึงได้รับการกำหนดให้เป็นวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติของไทย และพระองค์ได้รับการยกย่องเป็นพระบิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย

เส้นสีเหลืองที่ไม่มีเจ้าของ

ในเวลาเดียวกันที่เมืองกุนตูร์ ประเทศอินเดีย นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปีแยร์ ฌองซ็อง ใช้เครื่องสเปกโตรสโคปส่องพวยแก๊สสีแดงที่พุ่งออกจากขอบดวงอาทิตย์ขณะดวงจันทร์บังมิด และเห็นเส้นสเปกตรัมเปล่งแสงสว่างหลายเส้น รวมถึงเส้นสีเหลืองที่ความยาวคลื่นราว 587.5 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ใกล้แต่ไม่ตรงกับเส้นคู่สีเหลืองของธาตุโซเดียม เส้นสว่างเหล่านี้ชัดมากจนฌองซ็องคิดว่าน่าจะเห็นได้แม้ไม่มีสุริยุปราคา และวันรุ่งขึ้นเขาก็ทำได้จริง

ไม่กี่เดือนต่อมาที่อังกฤษ นอร์แมน ล็อกเยอร์ ก็สังเกตเห็นเส้นสีเหลืองเดียวกันจากขอบดวงอาทิตย์ได้โดยไม่ต้องรอสุริยุปราคา เขาพยายามจับคู่กับธาตุที่รู้จักในห้องปฏิบัติการแต่ไม่สำเร็จ จึงเสนอว่าเป็นธาตุใหม่ที่มีอยู่บนดวงอาทิตย์ ร่วมกับนักเคมี เอดเวิร์ด แฟรงก์แลนด์ ตั้งชื่อว่าฮีเลียม (helium) จากคำกรีก helios ที่แปลว่าดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนในเวลานั้นยังลังเล เพราะการประกาศว่าพบธาตุใหม่ทั้งที่ไม่มีตัวอย่างอยู่ในมือเป็นเรื่องที่ไม่เคยมีมาก่อน

พบบนโลกในอีก 27 ปีต่อมา

ในปี ค.ศ. 1895 นักเคมีชาวสก็อต วิลเลียม แรมซีย์ ทำการทดลองกับแร่ยูเรเนียมชนิดหนึ่ง และพบแก๊สที่ให้เส้นสเปกตรัมสีเหลืองตรงกับเส้นที่เห็นบนดวงอาทิตย์พอดี ฮีเลียมจึงได้รับการยืนยันว่ามีอยู่บนโลกด้วย ภายหลังรู้ว่าฮีเลียมบนโลกเกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในเปลือกโลก และสะสมอยู่ในแหล่งแก๊สธรรมชาติใต้ดิน ส่วนฮีเลียมในบรรยากาศเบามากจนหลุดออกไปสู่อวกาศได้

ธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองของเอกภพ

ฮีเลียมหายากบนโลก แต่ในเอกภพมีมากเป็นอันดับสองรองจากไฮโดรเจน คิดเป็นราวหนึ่งในสี่ของมวลสสารธรรมดาทั้งหมด ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในไม่กี่นาทีแรกหลังบิกแบง และดาวฤกษ์ทุกดวงยังผลิตฮีเลียมเพิ่มด้วยการหลอมไฮโดรเจนอยู่ทุกวินาที ดวงอาทิตย์เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมราว 600 ล้านตันต่อวินาที

เรื่องราวของฮีเลียมแสดงพลังของสเปกโทรสโกปีได้ชัดเจนที่สุด แสงที่เดินทางมาจากดวงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวบอกได้ว่ามีธาตุอะไรอยู่ที่นั่น แม้เป็นธาตุที่มนุษย์ยังไม่เคยพบบนโลกก็ตาม หลักการเดียวกันนี้ทำให้ปัจจุบันเรารู้องค์ประกอบของดาวฤกษ์ ดาราจักรไกล ๆ และบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ