네불륨
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1. 개요
네불륨은 19세기 후반 천문학자들이 성운의 스펙트럼에서 발견한 미지의 원소에 붙여진 이름이다. 윌리엄 허긴스는 고양이 눈 성운을 관찰하면서 495.9 nm와 500.7 nm 파장에서 지구상에 알려진 원소와 일치하지 않는 녹색 방출선을 발견했다. 이 선들이 새로운 원소 때문이라고 추측하여 네불륨이라는 이름이 붙여졌다. 1911년 존 윌리엄 니콜슨은 네불륨을 포함한 네 개의 원시 원소로 모든 원소가 구성된다고 주장했다. 그러나 아이라 스프라그 보웬은 이 녹색 선이 극도로 낮은 밀도에서 이중 이온화된 산소로 인한 금지선임을 밝혀내면서 네불륨 가설은 폐기되었다.
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| 네불륨 | |
|---|---|
| 발견 및 명명 | |
| 발견자 | 윌리엄 허긴스 |
| 발견 연도 | 1864년 |
| 명명 유래 | '성운에서 발견된 미지의 원소, "네뷸라(nebula)"에서 파생' |
| 물리적 특성 (추정) | |
| 질량수 | 200 내외 (추정) |
| 원자량 | 정확한 값 미확인 |
| 존재 상태 | 짧은 시간 동안만 존재 (준안정 상태) |
| 화학적 특성 (추정) | |
| 화학적 성질 | '새로운 종류의 원소로 추정, 기존 원소와는 다른 스펙트럼선 방출' |
| 반응성 | 매우 불안정하여 즉시 다른 원소로 붕괴 (추정) |
| 스펙트럼 특성 | |
| 주요 스펙트럼선 | 495.9 nm 및 500.7 nm (녹색) |
| 스펙트럼 특징 | '기존에 알려진 어떤 원소와도 일치하지 않는 독특한 스펙트럼' |
| 역사적 중요성 | |
| 초기 우주 연구 | '천체물리학 발달에 기여, 초기 성운 연구의 중요한 단계' |
| 오해 | '한동안 새로운 원소로 여겨졌으나, 후에 이온화된 산소의 존재로 밝혀짐' |
2. 역사
1802년 윌리엄 하이드 울러스턴과 1814년 요제프 폰 프라운호퍼가 태양 스펙트럼의 어두운 선을 묘사한 이후, 구스타프 키르히호프가 이를 원자 흡수 또는 방출로 설명하면서 화학 원소 식별에 사용되기 시작했다. 초기 천문학에서 "성운"은 흐릿한 빛 덩어리를 의미했는데, 안드로메다 은하와 같은 일부는 항성 스펙트럼과 유사하여 은하로 밝혀졌지만, 고양이 눈 성운과 같이 다른 스펙트럼을 보이는 경우도 있었다.[1]
윌리엄 허긴스는 고양이 눈 성운에서 몇 개의 강한 방출선을 발견했는데, 특히 495.9nm와 500.7nm의 녹색 선은[1] 지구상의 어떤 원소와도 일치하지 않았다. 1868년 태양에서 헬륨이 발견되고 1895년 지구에서도 발견되면서, 과학자들은 이 녹색 선이 새로운 원소, 즉 "네불륨"(또는 "네불룸", "네펠리움") 때문이라고 추측했다. 이 용어는 1898년 마가렛 린제이 허긴스에 의해 처음 언급되었다.[2]
1911년 존 윌리엄 니콜슨은 모든 원소가 네 개의 원시 원소로 구성되며 그중 하나가 네불륨이라는 이론을 제시했지만,[3][4] 드미트리 멘델레예프의 주기율표와 헨리 모즐리의 원자 번호 결정(1913년)으로 인해 새로운 원소가 들어설 자리는 거의 없었다.[5] 1914년 프랑스 천문학자들은 네불륨의 원자량을 측정하여 두 가지 원소가 스펙트럼의 원인일 수 있음을 시사했다.[6]
아이라 스프라그 보웬은 자외선 분광법 연구 중 허긴스가 발견한 녹색 선이 극도로 낮은 밀도의 이중 이온화 산소에 의한 금지 전이임을 밝혀냈다.[7] 헨리 노리스 러셀은 "네불륨은 허공으로 사라졌다"고 표현했다. 성운은 극도로 희박한 진공 상태이며, 이러한 조건에서 정상 밀도에서는 억제되는 선, 즉 금지선이 형성될 수 있다.[8]
2. 1. 초기 관측과 가설
1802년 윌리엄 하이드 울러스턴과 1814년 요제프 폰 프라운호퍼는 태양 스펙트럼 내의 어두운 선들을 묘사했다. 이후 구스타프 키르히호프는 이러한 선들을 원자 흡수 또는 방출로 설명했고, 이를 통해 선들을 화학 원소 식별에 사용할 수 있게 되었다.초창기 망원경 천문학에서 "성운"이라는 단어는 별처럼 보이지 않는 흐릿한 빛의 덩어리를 묘사하는 데 사용되었다. 안드로메다 성운과 같은 이러한 대상 중 다수는 스펙트럼이 항성 스펙트럼과 유사했으며, 이는 은하로 밝혀졌다. 고양이 눈 성운과 같은 다른 대상들은 매우 다른 스펙트럼을 보였다.[1]
2. 2. 네불륨의 제안
윌리엄 허긴스는 고양이 눈 성운을 관찰했을 때, 태양에서 보이는 것과 같은 연속 스펙트럼이 아닌 몇 개의 강한 방출선만 발견했다. 가장 강한 것은 495.9 nm와 500.7 nm에서 나타난 두 개의 녹색 선이었다.[1] 이 선들은 지구상에 알려진 어떤 원소와도 일치하지 않았다. 1868년에 헬륨이 태양의 방출선으로 확인되었고, 1895년에는 지구에서도 발견되었다는 사실은 천문학자들이 이 선들이 새로운 원소 때문이라고 추측하게 만들었다. 마가렛 린제이 허긴스는 1898년 짧은 통신에서 "네불륨"(가끔 "네불룸" 또는 "네펠리움")이라는 이름을 처음 언급했지만, 그녀의 남편이 이 용어를 가끔 사용했다고 언급했다.[2]2. 3. 네불륨 가설의 검증과 반증
존 윌리엄 니콜슨은 1911년에 모든 원소가 네 개의 원시 원소로 구성되며, 그중 하나가 네불륨이라는 이론을 제시했다.[3][4] 드미트리 멘델레예프의 주기율표 개발과 1913년 헨리 모즐리의 원자 번호 결정으로 인해 새로운 원소가 들어설 자리는 거의 없었다.[5] 1914년 프랑스 천문학자들은 네불륨의 원자량을 측정했는데, 372 nm 근처의 선에서는 2.74, 500.7 nm 선에서는 약간 더 낮은 값이 측정되어 스펙트럼의 원인이 두 개의 원소일 가능성을 시사했다.[6]2. 4. 네불륨 가설의 폐기
아이라 스프라그 보웬은 자외선 분광법과 주기율표의 가벼운 원소 스펙트럼 계산에 대해 연구하던 중, 윌리엄 허긴스가 발견한 녹색 선에 대해 알게 되었다. 보웬은 이 지식을 바탕으로 녹색 선이 금지 전이일 수 있다고 제안했다. 이는 가설상의 네불륨이 아닌, 극도로 낮은 밀도에서 이중 이온화 산소로 인해 발생하는 것으로 밝혀졌다.[7] 헨리 노리스 러셀은 "네불륨은 허공으로 사라졌다"라고 표현했다. 성운은 일반적으로 극도로 진공 상태이며, 지구에서 만들어지는 가장 강력한 진공보다 훨씬 덜 밀집되어 있다. 이러한 조건에서는 정상적인 밀도에서는 억제되는 선이 형성될 수 있다. 이러한 선들을 금지선이라고 하며, 대부분의 성운 스펙트럼에서 가장 강한 선이다.[8]참조
[1]
논문
On the Spectra of some of the Nebulae
[2]
논문
.... Teach me how to name the .... light
[3]
논문
A structural theory of the chemical elements
https://zenodo.org/r[...]
[4]
논문
The atomic theory of John William Nicholson
[5]
논문
The Work of H. G. J. Moseley
[6]
논문
An application of interference to the study of the Orion nebula.
[7]
논문
The Origin of the Nebulium Spectrum
[8]
논문
The Riddle of the Gaseous Nebulae
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