元素周期表一百余号元素，大家熟知排名第一的氢，往往忽略了排名第二的元素——氦，元素符号为He。其实，氦是一个名副其实的“宝藏男孩”，无论是“想带你去浪漫的土耳其”的热气球填充气体、还是沙巴芭堤雅潜水罐里的气体，都离不开氦气
来自太阳的神秘588谱线
英文中男性第三人称“他”也是He，跟氦一样——这可不是巧合，因为两个He都跟太阳有关。男性自然是阳性，跟太阳有关；氦是从对太阳的研究中发现的。
1868年法国天文学家的拉叶利用分光镜观察太阳表面时，发现了新的黄色谱线。这个发现被他的法国同行简森确证之后写了篇paper提交给法国科学院。与此同时，专业研究太阳的英国科学家洛克耶爵士在伦敦也观察到了这条波长为588纳米的谱线。凭借敏锐的洞察力，他推断这是新元素，并以希腊语的Helios对其命名为Helium。顺便，这位洛克耶，是《Nature》的创办者和首任编辑。
看见了，摸不着？这可不行！发现He之后的二十多年里，不同国家的科学家都在想办法从地球上寻找这个元素。1895年春天，苏格兰化学家拉姆西爵士从钇铀矿石里首先得到了氦气。当时拉姆西想弄点氩气
差不多相同时间，瑞典一对科研好基友也在研究钇铀矿，克莱夫和兰吉特一起独立分离了大量高纯度的氦气，并且精确测定了分子量。对了，钇铀矿的英文是cleveite，看来克莱夫命中注定得在He的分离史上记录一笔。
还有个美国人就比较倒霉了。化学家希勒布兰德在研究钠铀矿的时候也得到了氦气，并且还注意到了异常的588纳米谱线。然而他却把谱线归属给了氮气，从而错失氦气分离者的机会。不读文献害死人啊，同志们！当然了，这位希勒布兰德其实也是大牛，家世显赫的他，首次分离了纯铈。
什么？宇宙大爆炸产生了He？
细心的小伙伴们一定注意到了，怎么氦气都是从放射性矿物中得到啊？要回答这个问题，就得从氦的特性说起了。
氦是宇宙中第二多也是第二轻的元素，氢是第一多也是第一轻——大约占宇宙总物质的24%。这些氦主要是氦-4，其核子具有比较高的结合能，所以核聚变和放射性衰变都会产生氦-4。从起源上看，绝大部分氦直接产生于宇宙大爆炸的一瞬间，还有少量属于星球核聚变反应的产物，再有少少的一点点来源于放射性α衰变。正因如此，处理放射性矿物的时候，会得到少量的氦气；还是因为如此，氦气实际上属于不可再生资源。
虽然在全宇宙中的丰度很高，但地球上的氦气却非常宝贵。同时，由于氦气实在太轻了，地球引力拉不住，一旦被从地壳中释放出来，就会飞快逃逸到太空里。这样只出不进又无法再生，更令地球上的氦显得弥足珍贵。
元素周期兄弟中最高(duo)冷(xing)的大哥
好像该聊聊氦的化学性质。
作为惰性气体排名第一的带头大哥，氦相当高冷，是所有已知元素中最不活泼的。原因很简单，因为氦原子实在太小了，原子核到稳定电子层的距离非常短，所以氦拥有最大的电离能和零亲和能，电子得失极不容易发生 。没有得失心，那就自然稳如泰山喽～大家要向氦多多学习。
凭借范德华力，氦能形成一些短命的化合物，比如LiHe和He2。如果考虑到带电粒子，HeH⁺可是目前人类已知的最强酸，可惜这里的氦只能以离子形式存在。
低温凝固？不存在的
其实，用低冷来形容氦恐怕更加合适。氦的沸点是所有人类已知物质中最低的，所以常常被用来制造超低温环境。靠氦的帮助来研究低温下不同物质的性质，就产生了物理学的新分支——低温物理学。
不跑题，咱只说说氦的低温性质。
对氦的超低温研究追溯到一百多年前。1907年德国物理学家海克·昂内斯把氦气一直冷至不到1 K，得到了液氦——还买一赠一：在氦沸点4.22 K到2.18 K之间，液氦是看上去正常的无色液体氦 I，跟其他低温液体比如液氮
氦II有一些好玩的性质。首先它遇热不再沸腾，而是直接从表面蒸发。这是因为氦II的导热性是人类已知物质中最强的。一般物体的导热依靠的是价电子，氦II压根儿没这玩意儿，在量子机制下，热流只能以波的形式在其中传导，类似于声波在空气中的传播。所以这种现象也叫第二声音。
超流体恐怕是氦 II最广为人知的标签了——除了低温之外。氦 II的黏度为零，很惯性地想，氦II可以流动通过极细孔径的管道。海克在一百年前还发现超流体氦II的另一个现象：把一个小玻璃杯按在氦II中，玻璃杯由空的渐渐装满了，把这个盛着液态氦的小玻璃杯提出来，挂在半空时，玻璃杯底下出现了液氦，不一会，杯中的液态氦就“漏”光了——这就是超流体的超流动性。
液氦这么有趣，是不是固氦会更好玩啊？对这个问题，海克也特别想知道，尽管后来拿到诺奖，但很可惜，他没能拿到固氦。这不能怪他手艺不精，到目前为止，在人类能达到的极限低温0.000001 K下，常压氦仍然是液体。幸亏海克有个好学生基萨摩，小伙在1926年给低温液氦加上压力，终于拿到了1立方厘米的固氦。学术薪火相传，可喜可叹！
超低温下大显身手
聊了半天，氦到底有什么用啊？
氦的化学性质很不活泼，所以对它的利用，都是应用其物理性质。氦很轻，又惰性，可以用来填充气球和飞艇，安全可靠；惰性气体都可以用来填充霓虹灯管，氦也不例外；各种需要保护气的地方，氦也能大显身手；还有，氦气是人类已知在水中溶解性最差的气体，可以用来加到潜水员的氧气罐里代替氮气，防止减压病；……当然，如今利用最多的，还是液氦。
咱们前面提到过液氦带来的低温物理学，这门学问的一大分支就是研究超导。依靠液氦提供的超导环境，其最大用途是支持医学成像产业，特别是磁共振成像MRI，以及化学生物材料方面的高端分析。这些分析手段在技术上都需要非常强的磁场，一般导体在高电流下产生强磁场是无法实现的，而超导体对电子的流动没有阻力，有能力产生巨大的磁场，从而实现高分辨率的成像。如果没有液氦提供的低达4.2K的超低温度，超导体就不可能产生。
最近几十年，医疗技术飞速提高，科研手段也日新月异，全世界对核磁共振的需求呈指数级增加。相应的，对液氦的需求也暴增。然而氦气的开采却产能不足，人类在疯狂吃老本。2016年中的数据显示，氦的全球消耗量大约是每年80亿立方英尺，但在全球氦气的最大供应国美国，现有的国家储备仅剩下242亿立方英尺。美国探明的总储量也只有大约1530亿立方英尺。氦气的短缺，比石油短缺来的还会快。更让人心忧的是，氦气几乎是无法替代的。
到月球去——踏上寻找氦气之旅
氦在热核物理方面还存在理论上非常巨大的应用前景。当温度达到1亿K时，氦就被“点燃”：三个氦原子核聚合成一个碳原子核；生成的碳原子核又可吸收一个氦原子核，变为氧原子核：氧原子核还可吸收一个氦原子核，生成氖原子核，不过发生这一反应的概率很低；氖原子核进一步吸收氦原子核的概率就更低至忽略不计。
太阳上的氢被消耗完后，核心将发生坍缩导致温度上升，当核心的温度达到1亿K时，氦聚变将开始进行并生成大量碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型“白矮星”，热失控的氦聚变将导致氦闪。贺岁档大热影片《流浪地球》的原著小说里，基础设定就是人类面临太阳氦闪。当然，太阳真正氦闪得要等至少60亿年，小说里显然把这个时间提前了。
五十年又五十年，可控核聚变的应用已经成为核物理领域的老段子。其技术难点之一就是氢核氘氚的聚变虽然原料便宜，但是会产生大量高能中子，对反应装置产生严重的放射性损伤。如果能用氦的同位素He-3作为核聚变原料，将会有更多好处：反应产生的能量更大；聚变产生质子而不是中子，原料He-3本身没有放射性，更安全更环保；反应过程易于控制。He-3的核聚变，也被称为终极聚变。
但问题是，氦本身已经很稀有，He-3就更少了。全球可提取的He-3总量大约只有15-20吨。不过，月球地壳浅层中He-3储量极为丰富，保守估计在100万吨以上。以人类目前的能量消耗，100吨He-3足够全世界使用一年，8~10吨就够我国使用一年。嫦娥四号探月的目的之一就是了解月球上He-3的详细情况。理论上来说，月球背面更容易产生He-3，所以咱们的探测器在月球背面着陆。人类在太阳中发现了氦，却到月亮上继续寻找它。
不过，距离人类能够利用月球的He-3，恐怕还有很长一段时间——希望不是五十年又五十年——所以，在此之前，我们除了仰望明月之外，还得要注意善待氦气，珍惜氦气。这话似乎说了也白说……毕竟一般人也几乎没机会接触氦气。但白说我也得说，因为不说白不说。这意思，你懂的。
