Небулий — опровергнутый элемент солнечной короны¶

Небулий — гипотетический химический элемент, который, как предполагалось в конце XIX — начале XX века, присутствует в солнечной короне и некоторых туманностях. Гипотеза о его существовании была выдвинута для объяснения ярких спектральных линий, которые не соответствовали ни одному из известных на тот момент элементов. Впоследствии было доказано, что эти линии принадлежат хорошо изученным элементам в необычных состояниях ионизации, а само существование небулия было полностью опровергнуто.

¶История открытия и гипотеза

В 1868 году во время полного солнечного затмения французский астроном Пьер Жюль Сезар Жансен и английский астроном Джозеф Норман Локьер независимо друг от друга обнаружили в спектре солнечной хромосферы яркую жёлтую линию с длиной волны 587,6 нм. Локьер предположил, что эта линия принадлежит неизвестному элементу, который он назвал гелием (от греч. «гелиос» — солнце). Гелий был открыт на Земле лишь в 1895 году Уильямом Рамзаем.

Аналогичная ситуация сложилась с зелёной линией в спектре солнечной короны с длиной волны 530,3 нм, которую впервые наблюдали во время затмения 1869 года американские астрономы Чарльз Янг и Уильям Харкнесс. Эта линия не совпадала ни с одной известной линией земных элементов. Для её объяснения было выдвинуто предположение о существовании нового элемента, который назвали небулием (от лат. nebula — туманность), поскольку аналогичные неопознанные линии обнаруживались и в спектрах газовых туманностей.

В 1898 году британский астроном Уильям Хаггинс, исследуя спектры планетарных туманностей, обнаружил в них две яркие зелёные линии с длинами волн 495,9 нм и 500,7 нм, которые также не соответствовали известным элементам. Эти линии получили название «небулярных линий», а их источником также считался небулий.

¶Попытки обнаружения

На рубеже XIX и XX веков многие химики и физики предпринимали попытки выделить небулий или воспроизвести его спектр в лабораторных условиях. Поиски велись среди редкоземельных элементов, в минералах и газах. Ирландский физик Джордж Фицджеральд высказывал предположение, что небулий может быть не отдельным элементом, а особым состоянием вещества. Некоторые учёные, включая Дмитрия Менделеева, скептически относились к идее существования небулия, указывая на то, что его свойства не вписываются в периодическую систему.

В 1902 году американский физик Теодор Лайман предположил, что корональные линии могут возникать из-за излучения водорода в условиях экстремально низкого давления. Однако эта гипотеза не получила экспериментального подтверждения.

¶Разгадка: запрещённые линии

Ключ к разгадке был найден в 1927 году американским астрофизиком Айрой Спироу Боуэном. Он показал, что зелёные линии туманностей с длинами волн 495,9 нм и 500,7 нм принадлежат дважды ионизированному кислороду (O III). Эти линии являются так называемыми «запрещёнными» линиями, которые в земных лабораторных условиях не наблюдаются, поскольку для их возникновения необходима крайне низкая плотность вещества, при которой атомы успевают перейти в метастабильное состояние, не сталкиваясь с другими частицами. В плотной земной атмосфере такие переходы подавляются столкновениями, тогда как в разреженной среде туманностей и короны они становятся доминирующими.

Аналогично была объяснена и зелёная корональная линия 530,3 нм. В 1939—1941 годах шведский физик Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан независимо друг от друга установили, что она принадлежит тринадцатикратно ионизированному железу (Fe XIV). Это означало, что температура солнечной короны должна составлять около миллиона градусов Кельвина, что было подтверждено последующими наблюдениями. Жёлтая линия 587,6 нм, приписывавшаяся гелию, также была объяснена как линия нейтрального гелия, возбуждаемого в условиях короны.

¶Значение и итог

Опровержение небулия стало важной вехой в развитии астрофизики. Оно продемонстрировало, что:

• Спектральный анализ требует учёта физических условий среды;
• Запрещённые линии являются мощным инструментом диагностики разреженной космической плазмы;
• Открытие линий Fe XIV позволило определить температуру короны и заложило основы современной физики солнечной атмосферы.

Небулий был окончательно исключён из периодической системы. Его пример часто приводится в научной литературе как классическая иллюстрация того, как ошибочная гипотеза, основанная на неполных данных, может быть разрешена благодаря развитию теоретической физики и спектроскопии. Впоследствии термин «небулий» изредка использовался в историческом контексте, но никогда не признавался Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве кандидата в химические элементы.

¶Источники

• Боуэн И. С. «The Origin of the Nebulium Spectrum» (Nature, 1927).
• Эдлен Б. «Die Deutung der Emissionslinien im Spektrum der Sonnenkorona» (Zeitschrift für Astrophysik, 1943).
• Гротриан В. «Zur Frage der Deutung der Linien im Spektrum der Sonnenkorona» (Naturwissenschaften, 1939).
• Мензел Д. Х. «The Story of Nebulium» (Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1934).
• Аббот Ч. Г. «The Sun and the Solar Corona» (Smithsonian Institution, 1920).