El 18 de agosto de 1868, durante un eclipse solar total observado desde Guntur, en la India, el astrónomo francés Pierre Jules César Janssen utilizó un espectroscopio para estudiar las prominencias y la cromosfera del Sol. Entre las líneas conocidas apareció una señal amarilla cercana a las líneas D del sodio, pero su posición no coincidía con la de ningún elemento catalogado, según la cronología de la American Physical Society.

Dos meses después, el 20 de octubre, el astrónomo inglés Joseph Norman Lockyer consiguió observar las prominencias solares a plena luz desde Inglaterra y registró la misma línea. Los informes de Janssen y Lockyer llegaron a la Academia Francesa de Ciencias el mismo día, por lo que ambos recibieron crédito por el descubrimiento. Lockyer trabajó con el químico Edward Frankland en la interpretación de la señal y llamó helio al supuesto elemento, a partir del griego helios, que significa Sol, como recoge Science Friday.

La propuesta todavía carecía de una muestra que los químicos pudieran estudiar, y Frankland llegó a distanciarse públicamente de ella. Aun así, el helio se considera el primer y único elemento identificado fuera de la Tierra antes de ser aislado aquí.

Un método que convirtió la astronomía en química

El espectroscopio no era un aparato recién inventado, pero su uso sistemático para identificar elementos químicos sí era una innovación reciente. Hacia 1859 y 1860, los investigadores alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen demostraron que los elementos podían reconocerse por sus patrones característicos de líneas espectrales. Esas líneas funcionan como una huella dactilar: el sodio produce un amarillo específico y el hidrógeno presenta su propio patrón invariable.

La consecuencia fue radical. Si una sustancia dejaba una firma reconocible al descomponer su luz, también podía estudiarse la composición del Sol o de una estrella sin recoger una muestra física. La luz que llegaba al telescopio se convertía así en material de laboratorio.

Antes de 1868, la técnica había permitido reconocer en el Sol varios elementos que ya eran conocidos en la Tierra. Janssen y Lockyer invirtieron esa dirección: registraron en un astro una señal que ningún laboratorio podía relacionar todavía con una sustancia terrestre.

Por qué el eclipse fue tan importante

La línea amarilla procedía de las prominencias y de la cromosfera, la delgada capa de la atmósfera solar visible alrededor del disco. En condiciones normales, la intensa luz de la fotosfera dificultaba distinguir esas estructuras. Cuando la Luna cubrió el disco durante la totalidad, Janssen obtuvo una oportunidad excepcional para separar sus líneas espectrales.

Sin embargo, el eclipse no era la única condición en la que la línea podía observarse. Janssen comprendió que era lo bastante intensa para ser estudiada durante el día si el instrumento aislaba correctamente su longitud de onda. Lockyer consiguió por separado una observación diurna similar en octubre, lo que permitió continuar el estudio sin esperar al siguiente eclipse.

La línea que no era sodio

La sospecha inicial era que aquella señal pertenecía al sodio, cuyas líneas D dominan la misma región amarilla del espectro. Las mediciones mostraron que la nueva línea estaba ligeramente desplazada, por lo que recibió la designación D3. No correspondía al sodio ni a ningún otro elemento que los laboratorios hubieran identificado.

Proponer un elemento nuevo a partir de una sola señal solar era un paso arriesgado. Los químicos no tenían una muestra, un peso atómico ni una reacción reproducible, y parte de la comunidad trató la interpretación con escepticismo. Durante años, el helio fue un nombre asociado a una línea del espectro solar, no una sustancia confirmada dentro de un laboratorio terrestre.

Veintisiete años hasta el aislamiento

La historia terrestre comenzó antes de 1895. En 1882, el físico italiano Luigi Palmieri comunicó haber visto la línea D3 al estudiar gases relacionados con el Vesubio. La Royal Society of Chemistry también registra que William Hillebrand encontró una señal semejante en 1889 al analizar gas liberado por uraninita tratada con ácido.

Esos resultados no establecieron de manera concluyente la identidad y las propiedades del gas. La confirmación decisiva llegó en 1895, cuando el químico escocés William Ramsay trató cleveíta, un mineral rico en uranio, con ácido y recogió el gas liberado. Su espectro mostró la misma línea asociada al helio solar, y Ramsay envió muestras para que el resultado fuera verificado.

Ese mismo año, los químicos suecos Per Teodor Cleve y Nils Abraham Langlet obtuvieron helio de la cleveíta, confirmaron su identidad y midieron su peso atómico. Por eso 1895 se mantiene como la fecha del aislamiento y la confirmación terrestre aceptados, veintisiete años después de las observaciones solares de Janssen y Lockyer.

La distinción entre detectar una línea y aislar una sustancia es importante. Palmieri y Hillebrand habían encontrado indicios terrestres antes de 1895, pero Ramsay y los investigadores suecos convirtieron aquella señal en un elemento que podía estudiarse y caracterizarse químicamente.

El segundo elemento más abundante del universo

La ironía es que el helio, tan difícil de confirmar en la Tierra, es el segundo elemento más abundante del universo, solo por detrás del hidrógeno. Gran parte de ese helio es primordial: la NASA explica que sus núcleos se formaron durante los primeros minutos del Big Bang. Las estrellas también producen helio mediante la fusión de hidrógeno en sus núcleos.

El Sol contiene aproximadamente un 75 por ciento de hidrógeno y un 24 por ciento de helio por masa, según el resumen químico de la Royal Society of Chemistry. Sin embargo, la línea observada en 1868 procedía de helio presente en la atmósfera solar; no era una visión directa del helio recién producido en el núcleo.

En la Tierra, el helio se genera lentamente mediante la desintegración radiactiva de elementos como el uranio y el torio. Parte queda atrapada durante millones de años en formaciones geológicas y bolsas de gas natural, mientras que otra parte alcanza la atmósfera y termina escapando al espacio. Por eso es abundante a escala cósmica pero relativamente escaso y difícil de conservar en nuestro planeta.

Un método que abrió el resto del cielo

La lección del helio va más allá del propio elemento. Décadas antes, el filósofo Auguste Comte había sostenido que la composición de las estrellas permanecería fuera del conocimiento humano. Un relato histórico publicado por Nature señaló después que el análisis espectral había invalidado aquella predicción.

Desde entonces, los espectros han permitido estudiar la composición de estrellas, nebulosas, atmósferas planetarias, cometas y mundos situados a años luz. También permiten medir el desplazamiento de las líneas causado por el movimiento de una fuente, una herramienta central para investigar estrellas y galaxias.

Los eclipses continuaron ofreciendo oportunidades científicas excepcionales. En 1919, Arthur Eddington y otros astrónomos utilizaron observaciones de un eclipse para medir la desviación aparente de la luz estelar cerca del Sol, una prueba temprana de una predicción de la relatividad general de Einstein, como recuerda la historia de aquella expedición.

El helio sigue siendo un caso extraordinario. Se utiliza en globos, detectores de fugas, sistemas de cohetes y equipos de resonancia magnética que necesitan enfriar imanes superconductores. Durante décadas, sin embargo, no fue un gas dentro de un tanque, sino una delgada línea amarilla que llegaba desde la atmósfera de una estrella.