1895年,洛克耶年近花甲,离他初次观测太阳大气已过去了20多年。洛克耶成了一名光谱专家,著作甚丰,但“太阳元素”仍是一个谜。这时,他收到了英国化学家拉姆齐的来信。对这位英国化学家朋友,洛克耶很有印象。
3年前,英国物理学家瑞利勋爵正在做精密测量气体密度的实验,用两种不同方法提纯氮气,却发现密度有差异。他没有找到问题出在哪里,只好给《自然》杂志社投递了一封求助信:“近来关于氮气密度的研究结果使我百思不得其解……”拉姆齐看到这封信,便和瑞利勋爵合作展开了研究。
1894年,他们宣布:密度的差异来自氮气中混杂的一种密度大、性质不活泼的气体“氩”。洛克耶听说了这一成果,心中很欣慰。他创办《自然》的初衷,就是促进科学问题的交流。他提供的论坛真的让科学家们得以合作,推动科学进步,洛克耶顿时感到他辛苦担任主编工作是值得的。
新的一封信中,拉姆齐说,他又在铀矿石中发现了一种神秘的气体。但是他没有精密的分光镜,对气体的成分不敢确定,所以寄来样本,请光谱专家洛克耶来鉴定。洛克耶看到信,欣然答应了朋友的请求。
将气体充入一只玻璃管内,两端加上电压,管中的气体便会发光。科学家一般用这种方法测定气体的光谱,城市里闪烁的霓虹灯也是用这一原理制成的。
观察光谱时,洛克耶发现气体发射出一条黄线,位于钠元素D线的旁边;进一步比对,洛克耶意识到,这和他1868年在太阳大气中看到的“太阳元素”的谱线完全一样!
“太阳元素”在地球上找到了!
洛克耶急忙与拉姆齐联系,告之这一惊人发现。洛克耶本人没有想到的是,“太阳元素”的确证,只是化学史上的一块拼图。进一步研究发现,“太阳元素”和前一年发现的“氩”一样,性质都很不活泼,在诸多方面都具有共同特点。
正像洛克耶的发现20多年来不受认可一样,发现“氩”之后,拉姆齐也是面对来自各方的质疑。当时他宣布“氩”是一种新元素,元素周期律的发现者门捷列夫一听说这事,马上拍了一封电报过去,说拉姆齐的结果不对。
门捷列夫不想承认“氩”是元素,也是情有可原的:元素周期表上,已经没有空位留给“氩”了。但元素周期表上也没有“太阳元素”。
将它们结合起来考虑,事情就明朗了。几年后,门捷列夫意识到,氦、氩两种元素的发现[17],不是对元素周期律的破坏,而是对它的完善——周期表可以另开一列,容纳这些元素。
当时周期表每一列的名字是由元素化合价决定的,分Ⅰ到Ⅷ族。周期表上的这一族新成员,最大的特点是几乎不发生化学反应,没有化合价,我们称作“0族”元素,历史上又叫“惰性气体”。
元素周期律得以完善,门捷列夫心满意足。至于这个故事里的其他人,也各有收获。“太阳元素”确证后第2年,英国女王授予洛克耶爵位;瑞利和拉姆齐则获得了1904年的诺贝尔奖。
[15]日食眼镜:观测日食时,必须要戴具有防护作用的观测眼镜,否则会灼伤眼睛,严重时会导致失明。
[16]太阳元素:也就是氦。英文中的“氦”(helium)一词就来源于赫利俄斯(古希腊神话中的太阳神)。
[17]关于氦的发现,本文中有一个遗留的问题。为什么太阳大气中的氦有一条明亮的发射线,太阳光中却没有对应的吸收线?仔细想一想,这和基尔霍夫的太阳大气理论是不符的。历史上的科学家答不出来,这个问题远远超出当时科学的发展水平。其原因是,产生谱线的物理机制不同,详见《中国大百科全书·天文学》“复合线”词条。