Бальфур Стюарт (1 ноября 1828 — 19 декабря 1887) — шотландский физик и метеоролог.
Его исследования в области лучистого тепла привели к получению им медали Рамфорда Королевского общества в 1868 году. В 1859 году он был назначен директором обсерватории Кью . Он был избран профессором физики в колледже Оуэнс, Манчестер , и занимал эту кафедру до своей смерти, которая произошла недалеко от Дроэды , в Ирландии, 19 декабря 1887 года. Он был автором нескольких успешных учебников по естествознанию, а также статьи о «Земном магнетизме» в девятом издании Encyclopaedia Britannica .
Стюарт родился 1 ноября 1828 года в доме 1 на Лондон-Роу в Лейте (к северу от Эдинбурга ), в семье торговца чаем Уильяма Стюарта и его жены Джейн Клустон. [1] Его отец занимался бизнесом в Великобритании и Австралии.
Он получил образование в Данди . Затем он изучал физику в Университете Сент-Эндрюс и Эдинбургском университете . После изучения физики в Эдинбурге он стал помощником Джеймса Дэвида Форбса в 1856 году. Форбс особенно интересовался вопросами тепла , метеорологии и земного магнетизма , и именно им Стюарт в основном и посвятил себя.
Лучистое тепло первым привлекло его внимание, и к 1858 году он завершил свои первые исследования по этому предмету. Они дали замечательное расширение «Закона обменов» Пьера Прево и позволили ему установить тот факт, что излучение не является поверхностным явлением, а происходит во всей внутренней части излучающего тела, и что излучательная и поглощательная способность вещества должны быть равны не только для излучения в целом, но и для каждой его составляющей.
В знак признания этой работы в 1868 году он получил медаль Румфорда Королевского общества , в которое он был избран шестью годами ранее. Из других работ, в которых он занимался этой и родственными областями физики, можно упомянуть «Наблюдения с помощью жесткого спектроскопа», «Нагревание диска быстрым движением в вакууме», «Тепловое равновесие в замкнутом пространстве, содержащем вещество в видимом движении» и «Внутреннее излучение в одноосных кристаллах».
В 1859 году он был назначен директором обсерватории Кью , и там, естественно, заинтересовался проблемами метеорологии и земного магнетизма. В 1870 году, в котором он получил очень серьезную травму в железнодорожной катастрофе, он был избран профессором физики в колледже Оуэнс, Манчестер , и сохранял эту кафедру до своей смерти, которая произошла недалеко от Дроэды , в Ирландии, 19 декабря 1887 года.
Он был автором нескольких успешных учебников по науке, а также статьи «Земной магнетизм» в девятом издании Encyclopaedia Britannica . Совместно с профессором PG Tait он написал книгу «Невидимая Вселенная » , сначала опубликованную анонимно, которая была призвана бороться с распространённым представлением о несовместимости науки и религии. [2] [3]
Преданный церковник, [3] Стюарт был заметно связан с Обществом психических исследований . Именно в своем обзоре « Невидимой Вселенной» 1875 года Уильям Джеймс впервые выдвинул свою доктрину «Воли к вере» .
Бальфур Стюарт зафиксировал значительные геомагнитные возмущения вечером 28 августа 1859 года и утром 2 сентября 1859 года в обсерватории Кью и представил свои выводы в докладе, представленном Королевскому обществу 21 ноября 1861 года. [4] [5] Он отметил, что, хотя «магнитные возмущения необычайной силы и очень большой протяженности» были зарегистрированы в различных местах по всему миру, обсерватория Кью имела преимущество в виде самозаписывающих магнитографов , [6] которые позволяли «получить средство получения непрерывной фотографической регистрации состояния трех элементов магнитной силы Земли, а именно склонения и горизонтальной и вертикальной интенсивности».
Стюарт продолжил делать следующее наблюдение.
Теперь я перейду к некоторым особенностям этой магнитной бури.
Кажется, что у нас есть два отчетливо выраженных возмущения , каждое из которых начинается внезапно и заканчивается постепенно, первое из которых началось вечером 28 августа, а второе — ранним утром 2 сентября. Эти два больших возмущения, следовательно, соответствуют по времени двум большим полярным сияниям, о которых уже упоминалось.
Второе возмущение произошло из-за того, что сейчас известно как событие Кэррингтона , крупной солнечной вспышки, которую Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон наблюдали в телескоп утром 1 сентября 1859 года. Первое возмущение не сопровождалось наблюдаемой солнечной активностью до его начала. Это могло произойти из-за того, что связанное с ним солнечное извержение либо не наблюдалось оптическими телескопами во время его возникновения, либо из-за того, что само извержение не вызвало оптической или «белой» вспышки, подобной вспышке Кэррингтона, и поэтому было невидимо для оптических телескопов, использовавшихся в то время.
На заседании Королевского астрономического общества 11 ноября 1859 года Ричард Каррингтон представил доклад [7], описывающий его наблюдения супервспышки, которая произошла 1 сентября в 11:18 по Гринвичу и позже названа в его честь. В том, что, по-видимому, является редакционным дополнением, сделанным после заседания, следующее наблюдение было добавлено в скобках.
( Г-н Каррингтон представил на ноябрьском собрании Общества полную схему диска Солнца в то время и копии фотографических записей изменений трех магнитных элементов, полученных в Кью , и указал, что умеренное, но очень заметное возмущение имело место около 11 ч. 20 м . утра 1 сентября, и было непродолжительным; и что около четырех часов после полуночи началась сильная магнитная буря, которая, как установили последующие отчеты, была значительной как в южном, так и в северном полушарии. Хотя современное событие заслуживает упоминания, он не хотел бы, чтобы предполагалось, что он даже склонен поспешно связывать их. «Одна ласточка не делает лета».)
Из этого дополнения становится ясно, что Ричард Каррингтон не был готов профессионально связывать магнитное возмущение с событием, которое он наблюдал на поверхности Солнца, хотя они произошли почти в одно и то же время. Он действительно демонстрировал магнитографы на заседании Королевского астрономического общества . Время 11:20 GMT хорошо согласуется с другими сообщениями, но время 4:00 GMT 2 сентября 1859 года для начала магнитной бури на час раньше, чем сообщал Стюарт.
Стюарт также сообщил [5] о меньшем магнитном возмущении, которое произошло в то же время, что и белая солнечная вспышка, наблюдавшаяся Ричардом Каррингтоном :
Но, помимо этих двух замечательных волнений, на которые она разделилась, эта великая буря охватывает еще одно меньшее волнение, не приближающееся по масштабам к этим двум, но все же имеющее особый интерес, который дает право ее упомянуть.
1 сентября, незадолго до полудня, г-н Р. К. Каррингтон случайно наблюдал в телескоп большое пятно , которое тогда можно было увидеть на поверхности нашего светила, когда обнаружилось примечательное явление, которое он описал в сообщении Королевскому астрономическому обществу .
(Далее подробно цитируется статья Ричарда Каррингтона.)
Приехав в обсерваторию Кью через день или два, мистер Каррингтон узнал, что в тот самый момент, когда он наблюдал это явление, три магнитных элемента в Кью были одновременно возмущены. Если бы не было известно о существовании связи между этими двумя классами явлений, было бы, возможно, неправильно рассматривать это в каком-либо ином свете, кроме как случайное совпадение; но поскольку генерал Сабин доказал, что существует связь между магнитными возмущениями и солнечными пятнами , не невозможно предположить, что в этом случае наше светило было застигнуто «на месте преступления».
Это возмущение произошло максимально близко к 11 ч. 15 м . утра по Гринвичу 1 сентября 1859 г., затронув все элементы одновременно и начавшись довольно внезапно.
Это небольшое, кратковременное возмущение, описанное Стюартом, теперь считается вызванным быстрым ростом ионизации и результирующими электрическими токами в ионосфере из-за интенсивного рентгеновского излучения от солнечной вспышки. Двигаясь со скоростью света, рентгеновские лучи солнечной вспышки за 8 минут долетают от Солнца до Земли и прибывают одновременно с фотонами вспышки белого света, которые наблюдал Кэррингтон. Результирующее геомагнитное возмущение от ионосферных токов происходит почти одновременно с прибытием фотонов и длится только до тех пор, пока поток рентгеновского излучения вспышки продолжает ионизировать верхние слои атмосферы. Теперь считается, что более крупная магнитная буря, которая началась через 17,5 часов после вспышки, вызвана корональным выбросом массы (CME), связанным с извержением, вызвавшим солнечную вспышку.
Ссылаясь на предыдущее исследование Эдварда Сабина , который установил корреляцию между солнечными пятнами и магнитными бурями , Стюарт выдвинул теорию о том, что событие, наблюдаемое Ричардом Кэррингтоном, и магнитное возмущение, зарегистрированное в то же время, на самом деле были связаны. Магнитные явления, произошедшие около 11:18 по Гринвичу 1 сентября 1859 года, теперь известны как эффект солнечной вспышки, заархивированный 24 сентября 2015 года на Wayback Machine (SFE) или Magnetic Crochet, но связь не будет доказана еще 80 лет. [8] SFE — это внезапные возмущения ионосферы, вызванные рентгеновскими лучами и экстремальным ультрафиолетом (EUV), вызванные усилением вихрей ионосферного тока, ответственных за регулярные суточные изменения, наблюдаемые на трассах магнитометра. SFE в основном наблюдаются в местах, близких к субсолнечной точке (т. е. точке на Земле, когда Солнце находится в зените) и могут наблюдаться только со станций в освещенном солнцем полушарии во время солнечной вспышки. Используя время Стюарта, CME, связанный с событием Кэррингтона, достиг Земли за 17 часов и 45 минут.
Стюарт сообщил, что первая геомагнитная буря началась в 22:30 по Гринвичу вечером 28 августа 1859 года, как было зафиксировано самопишущими магнитографами в обсерватории Кью. Предполагая, что первая крупная геомагнитная буря была вызвана солнечным извержением, аналогичным по масштабу событию Кэррингтона , которое, как известно, вызвало вторую бурю, интересно спросить, очевиден ли SFE в записях магнитографа Кью до начала второй бури. Учитывая, что скорости CME могут сильно различаться между солнечными извержениями, даже со вспышками схожего размера, сигнал SFE может быть не на 17 часов раньше начала первой бури и может быть на 24--48 часов раньше времени начала бури.
