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冰人幽灵-第151部分

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       “昨天我弄清楚了:太阳上不是没有钠,而是有钠!” 
       太阳中心的温度极高,发出来的光本来是连续光谱。但是太阳外围的气体温度比较低。在这外围气体中有什么元素,就会把连续光谱中的相应的谱线吸收掉。这正像本生灯中的钠蒸气,能使石灰光的连续光谱出现两条黑线一样。 
       方和斐黑线的谜解开了。原来这些黑线和亮线一样,也能表示太阳大气中有什么元素。 
       本生和基尔霍夫又用铁作了实验。铁的光谱有60多条亮线,而在太阳光谱中,这60多条亮线的位置上正好有60多条方和斐线。这说明:太阳上有铁。 
       1859年10月20日,基尔霍夫向柏林科学院报告了他的发现。他根据太阳光谱中方和斐线的位置,证明太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素。 
       这个新发现立刻传遍全球:本生和基尔霍夫在地球上的实验室里,测出了太阳是由什么组成的!我们开头提到的那位哲学家的结论,这一回彻底破产了。 
       自此以后,光谱分析不仅化学家经常用,也成为天文学家的有力手段。天文学家利用光谱,不断地揭露遥远的星球的秘密。 
       就这样,物理学家帮助化学家解决了化学的难题,化学家帮助物理学家解决了物理学的难题,他们还共同解决了天文学的难题。 
       太阳元素
       日全食是天文学家研究太阳的最好机会。这时候,月亮正运转到地球和太阳中间,把太阳完全遮住了。这样就可以看清楚太阳最外层的大气——日冕,还可以看到太阳表面喷出的巨大火焰——日珥。 
       1860年7月16日,在西班牙发生日全食。许多天文学家把注意力集中在日珥上,还画下了图。大家都想解释,太阳表面的这种突出物到底是什么。但是日全食只有几分钟的时间,要想仔细研究,得等待下一次机会。 八年以后,1868年8月18日,印度又发生日全食。法国的天文学家詹森带着分光镜,长途跋涉来到印度。日全食开始了,詹森把分光镜的细缝对准了日珥。他看到了几条亮线:一条红的,一条蓝的,还有一条黄的。很清楚,红线和蓝线是氢的谱线。而那条黄线呢?难道是钠的吗?钠应该有两条黄线,可是只观测到一条啊!他想再看看清楚,但是日全食已经过去了。难道又要等上十年八年,到下次日全食的时候再研究吗? 
       詹森注意到这几条线很亮,因此他想:不是日食的时候,也许同样能观测到日珥的光谱。 
       第二天,太阳又升起在天空中。詹森把分光镜的狭缝对准太阳的边缘,相当于昨天看到的日珥的位置,昨天观测到的光谱又出现在分光镜里。成功了!经过研究,詹森发现那条黄线不是钠的两条谱线,而是在钠的谱线旁边的一条新的谱线。 
       詹森立刻写信把他的发现报告法国科学院。当时的交通很不方便,这封信在路上走了两个多月,于10月26日才到达巴黎。 
       无巧不成书,在法国科学院收到詹森的信的同一大,还收到了一封从英国寄来的信。这是英国天文学家罗克耶在10月20日写的,报告的是同一件事。罗克耶在英国用同样方法观察了日珥,也发现了那条不属于钠的新的黄线。 
       这两封信同时在法国科学院宣读。大家惊叹万分,决定铸造一块金质的纪念牌:一面刻着驾着四套马战车的传说中的太阳神阿波罗像,另一面刻着詹森和罗克耶的头像,下面写着:“1868年8月18日太阳突出物分析”。 
       詹森和罗克耶在日珥的光谱中发现了什么呢?就是那条新的黄线。经过查对,这条黄线跟当时已知的各种元素的谱线都不重合。结论只有一个,这条黄线属于一种未知的新元素。 
       这种未知的新元素不是在地球上,而是用光谱分析,首先在太阳上找到的。 
       罗克耶把这种新的元素命名为helium(希腊文“太阳”的意思)——我国就译作“氦”。 
       太阳元素——氦被发现了,但是它有什么样的性质,人们还没法知道。天文学家们猜测:氦可能是一种很轻的气体。 
       关于怎样在地球上找到氦的故事,我们下边再讲。 
       一封读者来信
       罗克耶在发现氦的第二年(1869年),他在英国创办了一种科学杂志,名叫《自然》,这种杂志很有名,一直出版到现在。全世界的物理学家和化学家,没有一个不看这本杂志的。 
       1892年,《自然》的9月号上刊登了一篇读者来信,信中说:“我对于最近测得的氮的几个密度值颇有怀疑,希望贵刊的读者们能提供宝贵意见。我用两种方法制得的氮的密度不一样。虽然两个密度相差只有千分之五,但是仍然超出了实验误差的范围。”署名是:“瑞利,1892年9月24日”。 
       这是怎么回事?瑞利是什么人? 
       瑞利是英国剑桥大学的物理学教授。从1882年开始,他研究各种气体的密度。虽然在上一个世纪,已经有人做过这方面的工作,但是当时的仪器比较粗糙,结果当然不够准确。 
       瑞利的实验室里有当时最精密的天平,灵敏度达到万分之一克(0。0001克)。他想把各种气体的密度测得准确一些。 
       气体密度就是1升气体的质量,以克数计算。气体的体积会随着温度和压力而变化,所以必须规定,气体的密度是在0摄氏度和1个大气压下(这叫做“标准状态”),每1升的质量。 
       为了测量气体的密度,瑞利做了一个大玻璃球。他先仔细地测量出它的容积有多大,然后用真空泵把球内的空气抽掉,称出真空球有多少克。再在球内灌满某种纯粹的气体,例如由电解水得到的氢气,再称有多少克。这就可以算出玻璃球里的氢气有多少克。用玻璃球的容积去除氢气的质量就能得到氢气的密度。 
       测量了氢气测量氧气,然后又测量氮气。 
       说来简单,做起来却不容易。瑞利对每种气体的密度都要测量好几遍。不仅如此,对于同一种气体,还要用不同的方法制出它的纯粹的气体,分别进行测量,看看结果一样不一样。 
       比如说测量氧气的密度,瑞利先用电解水制造的氧气,又用氯酸钾加热分解制造的氧气,还用高锰酸钾加热分解制造的氧气,分别进行测量。只有对以上三种方法制造的氧气,测得的密度都一样,才算得到了可靠的结果。 
       氢气和氧气都测准了,但是测量氮气的时候出了问题。 
       空气是氧气和氮气组成的,这在18世纪就已经搞清楚了。瑞利把空气通过烧得红热的装满钢屑的管子,这时氧气会与铜化合,生成氧化铜,剩下的就是氮气了。测量这种氨气的密度,结果是1。2572克每升。 
       瑞利又把氧气通过浓氨水,得到氧气和氨气的混合气。把混合气通过赤热的氧化钢管,氨气与氧气反应,生成水和氮气。测量这种氮气的密度,结果是1。2508克每升。 
       奇怪!两个结果对不起来,相差0。0064克每升。是不是实验出了差错呢?瑞利又重复做了好几次,结果还是一样。 
       为什么两种不同来源的氮气,密度会不一样呢?这中间一定有什么奥秘。于是,瑞利给《自然》杂志写了上面那封信,请大家一同来解答这个难题。 
       可是一封回信也没收到。 
       这次是化学家来帮忙了
       怎么办?一个真正的科学家是不会轻易放过实验中出现的反常现象的。问题得不到解答,瑞利就继续把实验做下去。他用各种不同的方法来制造氮气,再仔细地测量密度。 
       他改用赤热的铁屑去除掉空气中的氧气,又用新制成的氢氧化亚铁去除掉空气中的氧气。用这两种方法由空气中制得的氮气,和用赤热的铜屑除掉空气中的氧气而制得的氮气一样,密度仍然是每升1。2572克。 
       瑞利用加热亚硝酸铰的方法制造氮气,用赤热的铁屑还原一氧化氮和笑气(氧化亚氮)制造氮气,用次溴酸钠分解尿素制造氮气。结果是,这些化合物分解出来的氮气,密度和从氨气分解出来的氮气的密度一样,都是每升1。2508克。 
       瑞利又埋头做了两年的实验。这些实验准确地证明了:由氮的各种化合物制成的氮气密度都一样,比由空气中分离出来的氮气小0。5%。 
       1894年4月19日,瑞利在英国皇家学会上作了报告,详细地介绍了他的实验结果。 
       报告完了,化学家拉姆赛来找瑞利。拉姆赛说:“两年前,我看到您在《自然》杂志上的那封信。当时我还弄不清楚,为什么氮气会有两种密度。现在明白了。我相信,空气中的氮气一定含有较重的杂质,一种未知的气体。如果您同意的话,我愿意把这个实验继续做下去。” 
       瑞利非常高兴拉姆赛能跟他合作来研究这个问题。于是,物理学家和化学家又一次共同解决科学上的难题了。 
       在这次会上,还有一位物理学家杜瓦向瑞利提供了一个重要的线索:英国的科学老前辈卡文迪许曾经做过一个实验,他也认为从空气中取得的氮气中含有杂质。 
       瑞利一听说这些情况,高兴得几乎要跳起来,他的实验室就是以卡文迪许命名的。在剑桥大学,卡文迪许在100多年前的科学实验记录和资料,都保存得非常好。 
       瑞利回去以后,立刻查阅古老的技术档案。果然,卡文迪许在1785年做过一个实验。瑞利看了他的实验记录,感到非常惊讶。 
       卡文迪许是个什么人呢?他做了一个什么样的实验呢? 
       科学怪人和小气泡
       18世纪末,英国伦敦住着一位怪人,他就是卡文迪许。卡文迪许一辈子没有结婚,因为他一见到妇女就说不出话来。他很少出门,他一出来,就会有一群小孩子跟在他的马车后面跑,街上的人也要指指点点,议论纷纷。因为他的穿戴还是他祖父时代的式样,古怪得很。 
       卡文迪许是个贵族,很有钱,却不喜欢交际。他出门只去两个地方,一是英国皇家学会的科学报告会,他是皇家学会的会员;二是每周一次的科学家晚会。他的钱都用来买科学仪器和图书。他在自己家中建立了实验室和图书馆。随便什么人都可以去他的图书馆借书,只是要办理个借阅手续,按时归还。卡文迪许自己拿书看,也要写一张借条,上面写着:“某月某日,卡文迪许借到某书一册。” 
       卡文迪许整天躲在自己的实验室里做实验。所有的实验,他都做了详细记录,但是很少把他的科研成果整理出来发表。 
       1810年,卡文迪许去世了。过了50年,他的实验记录才由物理学家麦克斯韦整理发表。每个科学家看了他的工作都大为敬佩,原来后辈科学家做的许多实验,卡文迪许早就做过了。化学家知道了卡文迪许不仅研究了空气的组成,还第一个把水分解为氢气和氧气,并测定了两者的化合体积是2:1。物理学家知道了是卡文迪许第一个计算出地球的质量。静电作****跟电荷的大小成正比,跟距离的平方成反比,
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