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Astronomiegeschichte: Helium – Sonnenelement aus dem Urknall

Helium ist mehr als die »Asche« der Kernfusion von Wasserstoff in Sternen. Es entstand unmittelbar nach dem Urknall, wurde zum zweithäufigsten Element und stellte die ersten vollständigen Atome im Universum. Im ersten Teil der Geschichte folgen wir der Entdeckung des Elements, die von Physikern und Chemikern geschrieben wurde, die aber auch gerne bei Astronomen mit ihren Sonnenbeobachtungen verortet wird.
Die Sonne in FalschfarbenLaden...

Benediktbeuern 1814: Er hatte das Glück des Tüchtigen – im März 1814 sah der Optiker und Physiker Joseph Fraunhofer als erster Mensch eine Vielzahl dunkler Linien im Sonnenspektrum. Seiner Entdeckung vorausgegangen war jahrelange harte Arbeit mit dem Ziel, farbfehlerfreie große Fernrohrobjektive herzustellen. Dazu wollte Fraunhofer das farbabhängige Brechungsvermögen verschiedener selbsterschmolzener Glasproben messen. Das gelang ihm im säkularisierten Kloster Benediktbeuern mit einem großen, genial erdachten Monochromator, dem Sechs-Lampen-Versuch. Aber die sechs Öllämpchen, von denen jedes nach spektraler Zerlegung seines Lichts durch ein Prisma eine Farbe lieferte, waren lichtschwach. Fraunhofer versuchte es deshalb mit der Sonne. Zu seiner Überraschung wurde er gleich doppelt belohnt, als er im Spek­trum dunkle Linien ausmachte: Nun hatte er natürliche Markierungen im Spektrum zur Verfügung, was die praktische Arbeit mit den Gläsern stark vereinfachte. Und darüber hinaus machte diese Entdeckung seinen Namen für immer weltberühmt.

Fraunhofer gebührt diese Anerkennung zu Recht – obwohl einige Optiker früher auch etwas gesehen zu haben glaubten –, denn sein Versuchsaufbau erlaubte erstmals die genaue Untersuchung der Erscheinung. Er veröffentlichte alle Ergebnisse schriftlich, zeigte sie den ihn besuchenden Physikern und Astronomen aus dem In- und Ausland und ermunterte sie zur unabhängigen Überprüfung und zum Weiter­forschen. In der Folge fand Fraunhofer mit seinem neuartigen Objektivprisma unterschiedliche Liniensysteme bei anderen hellen Sternen; er konnte aber keinen Astronomen zum Einstieg in die Interessantes versprechende Spektro­skopie von Sternen bewegen. Diese Erinnerung an Fraunhofers Leistungen sei hier vorangestellt, da sie eine der Voraussetzungen berührt, um Helium dingfest zu machen. Und sie stellt auch heraus, wer zu Recht ein Entdecker ist, was beim Helium lange unklar blieb …

Januar 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Sterne und Weltraum Januar 2020

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  • Literaturhinweise

Engels, S.,Nowak, A.: Auf der Spur der Elemente. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1983

Hattenbach, J.: William Huggins und das Katzenauge. Von der Astronomie zur Astrophysik. Sterne und Weltraum 8/2015, S. 70–74

Kragh, H.: The solar element: A reconsideration of Helium’s early history. Annals of Science 66, 2009

Lemke, D.: Die Energiequellen der Sterne. Teil 1: Was heizt die Sonne? Sterne und Weltraum 1/2018, S. 28–36

Lockyer, J. N.: The story of helium. Nature 53, 1896

Nath, B. B.: The story of helium and the birth of astrophysics. Springer 2013

Trieloff, M., Althaus, T.: Aus den Tiefen der Erde in die Tiefen des Sonnensystems. Edelgase und die Entstehung der Erde. Sterne und Weltraum 5/2002, S. 30–38