“我已經得到了一個最精細和最意想不到的結果——恆星的光譜！——色彩美麗的光譜和宏偉的線條。再邁出一步，宇宙的化學成分就會顯現出來，”1862年12月在意大利的一個天文臺，天體物理學家皮埃爾·朱爾斯·塞薩爾·詹森（Pierre Jules César Janssen）寫給妻子的信中寫道。憑藉當時最新的技術和其他西方天體物理學家的觀測，詹森決心要揭開銀河系的秘密。
1868年8月18日，詹森成功地做到了這一點。他成為第一個在太陽光譜中觀測到氦元素的人。然而，當時詹森並不知道他看到了什麼——他只知道那是一種新的東西。
圖：在整個19世紀中期，分光鏡的改進使物理學家能夠更準確地測量光的波長，並識別出新的元素——比如氦
19世紀中期是仰望天空的激動人心的時期。一種叫做分光鏡的新儀器正在顛覆天文學領域。分光鏡在設計上類似於望遠鏡，它的工作原理像一個超功率稜鏡，將光分散到可測量的波長。物理學家約瑟夫·弗勞恩霍夫（Joseph Fraunhofer）在19世紀早期曾用一個早期的模型觀測過太陽，但他對黑線打斷正常顏色的現象感到困惑。這些黑線是以弗勞恩霍夫的名字命名的，儘管他不知道它們是什麼。
幾十年後，隨著德國研究人員古斯塔夫·基爾霍夫（Gustav Kirchhoff）和羅伯特·本森（Robert Bunsen）的研究，這些現象就變得明朗了很多。1859年，本森和基爾霍夫發現加熱不同的元素會在光譜中產生明亮的光譜線，而這些光譜線和弗勞恩霍夫發現的黑色光譜線相對應。
圖：用來觀察太陽的分光鏡。
科學家們確定這些明亮的線條是在高溫氣體燃燒時出現的。例如，氫燃燒呈現橙色，但當通過分光鏡觀察時，很明顯橙色是由多個單獨的窄波長光組成的。同樣，弗勞恩霍夫發現的黑線代表太陽表面較冷的元素吸收了光。美國物理研究所寫道：“兩位科學家發現，每種化學元素都會產生獨特的光譜。這提供了一種‘指紋’，可以證實某種化學物質的存在。”
通過分析實驗室中特定元素的發射光譜，然後將他們的光譜儀對準恆星，研究人員可以辨認出從我們的太陽到整個星系中的恆星的所有物質的化學成分。
“在使用分光鏡之前，你根本不知道太陽是由什麼構成的，也不知道恆星是由什麼構成的，”美國國家歷史博物館(National Museum of American History)醫學和科學部門的策展人黛博拉·華納（Deborah Warner）說。“突然間，有了一種近乎神奇的技術，你可以通過它瞭解這些遙遠天體的元素。因為有了這個新工具，新的元素會在左右出現。”
圖：法國天體物理學家皮埃爾·朱爾斯·詹森周遊世界，試圖瞭解宇宙，他是第一個在分光鏡中看到氦波長模式的
詹森急切地投入到這種新的光分析形式中。雖然他住在巴黎，但為了尋找觀察夜空的最佳觀測點，他走遍了歐洲和亞洲。他還追逐日食，1867年2月去了意大利，然後一路前往印度貢圖爾，觀看1868年8月18日的日全食。法國政府和它的國家科學院都資助了這次遠征，另外還有一名法國人J·K·洛克耶（J.K. Lockyer），為這兩次旅行花費了七萬五千多法郎。
但事實證明，高昂的成本是一項有價值的投資。在日食發生的那天，詹森用他的分光鏡看到了一些不同尋常的東西：一條亮黃色的線，它的波長與任何已知的元素都不匹配。光譜與鈉元素構成的模式最接近，但其清晰程度足以構成它自己的類別。詹森似乎發現了一種以前在地球上從未見過的新元素。
兩位研究人員由衷地同意分享這一發現的榮耀，後來成為了親密的朋友。但即使他們的觀察令人興奮，問題依然存在。其中最重要的是：詹森和洛克耶到底看到了什麼？洛克耶很快就發現，並非所有的科學家都相信這一觀察結果。為了尋找證據來支持他們新發現的元素，洛克耶找到了英國化學家愛德華·弗蘭克蘭（Edward Frankland），他試圖在實驗室再現波長模式。弗蘭克蘭推斷，可能是極端的溫度和壓力，使氫在光譜上出現了亮黃色的線。後來，他們在實驗室裡也沒有重現這一波長模式。
圖：分光鏡經歷了多次迭代，科學家們經常自己調整設計
對於一種元素存在於太空而不存在於地球的可能性的懷疑也許並不令人驚訝，因為它是第一個這樣的元素。科學歷史學家詹姆斯·L·馬歇爾（James L. Marshall）和弗吉尼亞·R·馬歇爾（Virginia R. Marshall）寫道,“弗蘭克蘭，也許是因為現在的高分辨率光譜中出現了許多錯誤的“新發現的元素”，所以他保持謹慎，認為他不想讓自己的名字與這個假想的元素聯繫在一起，“即使是在洛克耶公開後，用希臘語中的太陽名稱命名它為“氦”。
並非所有人都如此懷疑。1876年，美國科學家約翰·威廉·德雷珀（John William Draper）在美國化學學會成立大會上發表演講，稱讚這一發現。“我經常觀察太陽色球層發出的明亮的黃色光線，它是由一種未知的元素氦發出的，天文學家大膽地稱之為氦。它似乎因為興奮而顫抖著講述它的故事，以及它有多少看不見的同伴，”德雷珀說。
圖：太陽光譜中氦元素曾亮黃色
直到1882年，另一位物理學家才在地球上發現了氦。意大利物理學家路易吉·帕爾米耶裡（Luigi Palmieri）在分析維蘇威火山（Mount Vesuvius）的熔岩時，在他的數據中記錄了黃色光譜線。這一發現之後，蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊（William Ramsay）對這種氣體進行了實驗，到1895年，研究人員可以肯定地說，氦不僅存在於太陽中，也存在於地球上。拉姆齊繼續證明氦是鐳放射性衰變的產物，並把它與元素週期表上的其他元素放在一起。
現在，氦氣可能是最著名的氣體之一了，它被用來填充生日氣球。另外這種氣體也在醫療機械（如核磁共振掃描儀）、航天器和輻射監測器方面有著重要用途。它也用於電腦零件、顯微鏡、汽車的安全氣囊，以及用於物理實驗的大型強子對撞機。很多人擔心這種稀有元素的短缺，但在坦桑尼亞發現的大量礦藏意味著我們可能在一段時間內供應充足。
至於詹森，在發現了太陽中的氦元素後，他幾乎沒有滿足於自己的發現榮譽。在他漫長的科學生涯中，他去了秘魯、瑞士、日本、阿爾及利亞和其他地方探索宇宙。1870年，他甚至乘坐熱氣球逃離了巴黎，當時普法戰爭期間，這座城市被圍困。他堅信自己的工作，它曾寫到，“光的研究將向我們展示世界系統的物理組織。”
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