في آب/أغسطس 1868، كان الكسوف الشمسي الكلي يتدفق عبر الهند وشبه الملاوي، ويرسم علم الفلك من أوروبا وما بعدها في طريق التكتلات، ومن بين هذه العوامل كان الفلك الفرنسي بيير جانسن الذي سافر إلى غونتورو، الهند، مجهزاً بجهاز جديد نسبياً يقسم الضوء إلى لونه المكون.

مفاصل خلال مشبك

وكان جانسن مطارداً للكتلة ذات الخبرة، ولكن حدث عام 1868 أتاح فرصة فريدة، وبدلاً من مراقبة الكارونا وحدها، درب مطيافه على أفران الغاز المميزة في حافة الشمس، وكشف الصك عن سلسلة من خطوط الانبعاث المشرقة، وكان معظمها يمكن مطابقتها مع عناصر معروفة مثل الهيدروجين، ولكن خط أصفر لامعي واحد مصمم على الموجة نورماندي.

وقد كان الكيميائيون قد اعتقدوا أن تركيبة الشمس مطابقة إلى حد كبير لتركيب الأرض، فالخط الأصفر الغامض الذي عينه D3 لتمييزه عن خطوط الصوديوم دال - تثبيت هذا الافتراض، وقد استوفي إعلان لوكير بكبد، ويبدو أن فكرة وجود عنصر قائم على الشمس وليس على الأرض هي فكرة غير كيميائية تقريبا، ومع ذلك فإن عناصر الكيمياء التي قدمها إدواردسكوب هي دليل قوي.

تأكيد أرضي: مراسم رمزي كليفيت

وفي حين أن توقيع الهيليوم على الغلاف الجوي كان يرسم في سمات شمسية، فإن البحث عنه على الأرض ظل بلا جدوى، وقد تغير هذا في عام ١٨٩٥ عندما قام الكيميائي الاسكتلندي السير ويليام رامزي، المعروف باكتشافه للعربون، بتسليط انتباهه إلى معدن يسمى كليفيت، وهو نوع من التحقق من البول، وصدر حكماً أصفراً على التسخين.

إن عزلة رامسي لها آثار عميقة، إذ لم تعد هيليوم فضول شمسي غريب؛ بل هو عنصر ملموس وكبير، وسيوجد فيما بعد في رواسب الغاز الطبيعي، والهواء، والمعادن المشعة، ووجوده على الأرض، الذي كثيرا ما يكون ناتجا ثانويا من التحلل الإشعاعي، متجها إلى الروابط العميقة بين الجيولوجيا والفيزياء النووية والفيزياء الفلكية الأرضية المثبتة أيضا.

توقيع الهيليوم في الغلاف الجوي الشمسي

وقد أصبح الغلاف الجوي الشمسي، وهو طبقة رقيقة ولكن معقدة بين الغلاف الجوي والكرونة، أول مختبر للهيلوم، وبما أن خطوط التصفيح في الهيليوم تظهر في الاستيعاب والانبعاثات في ظروف محددة، أدرك علماء الفلك بسرعة أنها يمكن أن تستخدمها كمطيارات حرارية وأجهزة لقياس درجة الحرارة في الغلاف الجوي الخارجي للشمس، حيث أن ظهور خط الطول D3 البالغ 000 10 كيلو متر.

إعادة بناء هيكل الغلاف الجوي الكروم

إن الغلاف الجوي غير موحّد؛ وهو مُخدّر بالصور والألياف وموجات الصدمة في السويد، إذ إن خطوط التلال الحرارية في الهليل تتسم بالحساسية بوجه خاص إزاء التهابات غير الحرارية، وخلافاً لما يمكن أن يكون مثارها من ختان في درجات حرارة متوسطة، فإن التلسكوب يتطلب طاقات أعلى، حيث تظهر خطوط الهيليوم المشرقية(83).

الحقول المغناطيسية ورابطة الهيليوم

ويلعب [المزارع] دورا محوريا في تشكيل الغلاف الجوي، ويُعدّ الهيليوم جهازا ممتازا لهذه الحقول، حيث تُقَسَّم خطوط الأشعة تحت سطح الأرض في منطقة مغنطيسة، ويُقاس هذا التلفاز بخطوط الهيليوم، وإن كان ذلك بصعوبة بسبب ضعفها، إلا أن تأثير هانلي الذي يُحطّم الضوء المتطاير في وجود حقول مغناطيسية(83).

الطاقة النووية: هيليوم والطاقة الشمسية

إن الهيليوم ليس مجرد جهاز تتبع سلبي، بل هو نتاج لتوليد الطاقة في الشمس، ومن خلال سلسلة بروتون بروتون - بروتون، فإن أربعة نواة هيدروجينية في الهيليوم - ٤، تبعث طاقة تديم الحياة على الأرض، وقد بدأ فهم دقيق لهذه العملية في الثلاثينات، حيث حدد هانز بيتس وكارل فريدريك فون ويزكر، كل منهما، تدريجيا، ردود الفعل النووية.

Helium Abundance and the Solar Neutrino Problem

وقد كان تقدير محتوى الهيليوم الخاص بالشمس أمراً أساسياً في اختبار نماذج التطور الطفيف، وقد تأكدت دراسة الاضطرابات الشمسية - التي تصيب الارتفاع السريع في الشمس، والتي تتسم الآن بالحساسية إزاء نسبة الهيليوم إلى الهيدروجين، وقد تنبؤت النماذج الأولية بتدفقات النيوتريوم التي تتعارض مع تواتر تجربة البيوت، مما أدى إلى حدوث ارتباك في العقود.

مطر الهلم والداخلية الشمسية

وفي المنطقة المشعّة العميقة، تُعمَل مصارف الهيليوم نحو المركز، بينما ترتفع الهيدروجين، وهي عملية تُسمى الترسب الجاذبي، ويؤثر هذا التفريق على مدى تدفق الحرارة إلى الخارج ويؤثر على موقع حدود منطقة التكافل، وتُحدث التغييرات المفاجئة في وفرة الهيليوم توقيعاً فرعياً في درجات حرارة سريعة سليمة، مما يُحدِّثُ [الطاق].

هيليوم ويند الشمس

وفي عام 1958، تنبأ يوجين باركر باستمرار تدفق الجسيمات المشحونة من الشمس، المعروفة الآن بالرياح الشمسية، وقد أكدته قريباً القياسات المباشرة بواسطة السواتل المبكرة، فإذ أن الجسيمات النواة - ألفا ترتفع نحو 4 في المائة من الرياح الشمسية بالأرقام، ولكن لأنها تبلغ أربع مرات كثيفة مثل البروتونات، فإن تأثيرها الدينامي كبير.

وتظهر الرياح الشمسية السريعة، التي تنجم عن حفر الفحم، جزءاً من الهيليوم يطابق بدقة مع الوفرة في الغلاف الجوي، وعلى النقيض من ذلك، تظهر الرياح البطيئة محتوى أكثر تغيراً، وأحياناً ما تكون معززة للهيليوم، مما يدل على عمليات في المجارير والمناطق النشطة، ومن خلال دراسة نسبة التدفق الحراري، قام العلماء بتتبع منشأ وتسارع الرياح الشمسية.

Helium-3 and the Early Sun

كما أن الرياح الشمسية تحمل جزءا صغيرا من الهيليوم - ٣، وهو نظائر خفيفه أثر ردود الفعل النووية في أوائل مصابيح الشمس، وتدل المقارنة بين عينات التربة القمرية التي استولت على الرياح الشمسية التاريخية، وتظهر قياسات الرياح الحديثة أن نسبة الهيليوم - ٣/هيليوم - ٤ ظلت مستقرة بشكل ملحوظ، وهذا الارتداد يشير إلى أن عمليات الخلط بين الظواهر الشمسية لم تتغير بشكل كبير منذ أن استقرت سلسلة النسيجات السطحية الرئيسية.

تلسكوبات حديثة ومحطة هيليوم الجديدة

Stemporary solar physics is enjoying a golden age of helium diagnostics. The 1083 nm helium line, accessible from the ground and space, has become a workhorse for coronal hole detection, flareing, and filament studies. Deep learning algorithm now analyze helium spectroheliograms from

وعلاوة على ذلك، فإن صور التلسكوب الشمسي الأولى التي التقطت في خط الهيليوم ١٠٨٣ نم، مع وضوح يسمح بتحديد هياكل شبيهة بالخيوط على نطاق ٣٠ كيلومترا فقط، وهذا القرار يغير النماذج: بدلا من أن يكون طبقة سلسة، يبدو الغلاف الجوي الكرومي غابة من الطائرات المغنطية الدينامية والالتفافات.

Helium in the Cosmos: From the Sun to the Big Bang

وفي حين توفر الشمس مختبرا محليا، فإن قصة الهيليوم الكونية تبدأ بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير، وقد أدى التقويم المغناطيسي الصلصي إلى توليد الهيليوم - ٤ وارتفاع الهيليوم - ٣ في غضون الدقائق الثلاث الأولى، حيث إن وفرة الهيليوم الشمسي المقيسة، عند تصحيحها للتطور الكيميائي في المجرات، تشكل معيارا لكسر الهيليوم الرئوي في البدايات.

إن التفاعل بين الفيزياء الشمسية وعلم الكون من خلال وفرة الهيليوم يؤكد وحدة علم الفلك، والعنصر الوحيد الذي كان أول من يلمع كخط صفري غير معروف في عام 1868، يرسي الآن نظريات تتراوح بين المناطق الداخلية المتعثرة ونسيج الفضاء، وما زالت خطوطه الظرفية جسرا بين عالم البلايكات المتطرف الذي تشهده التحولات الذرية.

سلسلة من التقدم العلمي

إن تاريخ اكتشاف الهيليوم يجسد العلم كمحاولة تراكمية شاملة لعدة تخصصات، ولم يكن لدى جانسن ولوكير أي فكرة عن ملاحظتهما الطيفية التي ستؤدي إلى تحديد عنصر يملأ بالونات ويشغل المغناطيسات المبردة ويستخدمها كوقود نووي حرج، كما أنهما لا يعتقدان أن الشعار الشمسي للهيليوم سيتداخل مع خط الريح النيوترين.

واليوم، بينما تقوم بعثات جديدة مثل شركة سولار أوربيتر وشركة باركر سولار للمسح الشعاعي في تواريخ البيانات الغنية بتوقيعات الهيليوم، يواصل العلماء كشف أعمال الشمس الداخلية، ويحمل كل خط طيف قصّة درجة الحرارة والحركة والمغنطيسي، وقد أصبح العنصر الذي كان يعتقد أنه لا يوجد إلا على الشمس واحدا من أكثر رسبات المعلومات في عد أسرارنا الشمسية، مخففا الفهم الشامل.