Кристиан Олаф Бернхард Биркеланд (родился 13 декабря 1867 г. – 15 июня 1917 г.) был норвежским космическим физиком , изобретателем и профессором физики в Королевском университете Фредрикса в Осло. Он больше всего известен своими теориями атмосферных электрических токов, которые прояснили природу северного сияния . Чтобы финансировать свои исследования полярных сияний, он изобрел электромагнитную пушку и процесс Биркеланда–Эйде фиксации азота из воздуха. Биркеланд был номинирован на Нобелевскую премию семь раз. [1] [2]
Биркеланд родился в Христиании ( сегодня Осло ) в семье Рейнарта Биркеланда и Ингеборг (урожденной Эге) [3] и написал свою первую научную работу в возрасте 18 лет. Биркеланд женился на Иде Шарлотте Хаммер в мае 1905 года. У них не было детей, и из-за поглощенности Биркеланда своей работой они развелись в 1911 году. [4]
Страдая от тяжелой паранойи из-за использования барбитала в качестве снотворного, он умер при загадочных обстоятельствах в своем номере в отеле Seiyoken в Токио во время посещения коллег в Токийском университете . Вскрытие показало, что Биркеланд принял 10 г барбитала в ночь своей смерти вместо рекомендованных 0,5 г. Время смерти было оценено как 3 часа ночи 15 июня 1917 года. [1] Некоторые авторы утверждали, что он покончил жизнь самоубийством. [5] «На тумбочке лежал револьвер». [6]
Биркеланд организовал несколько экспедиций в высокоширотные регионы Норвегии, где он создал сеть обсерваторий под полярными регионами для сбора данных о магнитном поле . Результаты Норвежской полярной экспедиции, проведенной с 1899 по 1900 год, содержали первое определение глобальной картины электрических токов в полярном регионе из измерений наземного магнитного поля. Открытие рентгеновских лучей вдохновило Биркеланда на разработку вакуумных камер для изучения влияния магнитов на катодные лучи. Биркеланд заметил, что электронный луч, направленный на терреллу , модель Земли, состоящую из сферического магнита, направлялся к магнитным полюсам и создавал кольца света вокруг полюсов, и пришел к выводу, что полярное сияние может быть создано аналогичным образом. Он разработал теорию, в которой энергичные электроны выбрасывались из солнечных пятен на поверхности Солнца, направлялись на Землю и направлялись в полярные регионы Земли геомагнитным полем, где они создавали видимое полярное сияние . По сути, это теория полярного сияния сегодня.
Биркеланд в 1908 году в своей книге «Норвежская экспедиция на Аврору Полярис 1902–1903 гг. » [7] предположил , что полярные электрические токи, сегодня называемые авроральными электроджетами , были связаны с системой токов, которые текли вдоль линий геомагнитного поля в полярный регион и от него. Такие продольные токи сегодня известны как токи Биркеланда в его честь. Он предоставил схему продольных токов в книге, и эта схема была воспроизведена на обороте норвежской банкноты 7-й серии в 200 крон в правом нижнем углу, а его эксперимент с терреллой показан спереди слева с портретом Биркеланда справа. Книга об экспедиции 1902–1903 годов содержит главы о магнитных бурях на Земле и их связи с Солнцем , происхождении самого Солнца, комете Галлея и кольцах Сатурна .
Видение Биркеланда того, что сейчас известно как токи Биркеланда, стало источником споров, которые продолжались более полувека, потому что их существование не могло быть подтверждено только наземными измерениями. Его теория оспаривалась и высмеивалась в то время как маргинальная теория традиционными учеными, [1] [8] наиболее известным из которых был выдающийся британский геофизик и математик Сидней Чепмен , который отстаивал общепринятую точку зрения, что токи не могут пересекать вакуум космоса и, следовательно, токи должны быть созданы Землей. Теория полярных сияний Биркеланда продолжала отвергаться традиционными астрофизиками после его смерти в 1917 году. Ее особенно отстаивал шведский ученый-плазматик Ханнес Альфвен , [9] но работа Альфвена, в свою очередь, также оспаривалась Чепменом. [10]
Доказательство теории полярного сияния Биркеланда пришло только в 1967 году после того, как зонд был отправлен в космос. Решающие результаты были получены со спутника ВМС США 1963-38C, запущенного в 1963 году и несущего магнитометр над ионосферой . [ 11] Магнитные возмущения наблюдались почти при каждом пролете над высокоширотными регионами Земли. Первоначально они были интерпретированы как гидромагнитные волны, но при более позднем анализе было установлено, что они были вызваны выровненными по полю или токами Биркеланда.
Масштаб исследовательских предприятий Биркеланда был таков, что финансирование стало непреодолимым препятствием. Понимая, что технологические изобретения могут принести богатство, он разработал электромагнитную пушку и вместе с несколькими инвесторами основал компанию по производству огнестрельного оружия. Пушка с катушкой работала, за исключением того, что высокие начальные скорости, которые он предсказывал (600 м/с), не были достигнуты. Максимум, который он мог получить от своей самой большой машины, составлял 100 м/с, что соответствовало разочаровывающей дальности полета снаряда всего в 1 км. Поэтому он переименовал устройство в воздушную торпеду и организовал демонстрацию с явной целью продать компанию. Во время демонстрации одна из катушек закоротила и произвела сенсационную индуктивную дугу с шумом, пламенем и дымом. Это была первая поломка любой из пусковых установок, которые построил Биркеланд. Ее можно было легко отремонтировать и организовать еще одну демонстрацию.
Однако судьба вмешалась в лице инженера по имени Сэм Эйд . Всего неделю спустя на званом ужине Эйд сказал Биркеланду, что существует промышленная потребность в самой большой вспышке молнии, которую можно спустить на Землю, чтобы сделать искусственное удобрение . Ответ Биркеланда был: «У меня есть!» Больше не было попыток продать оружейную компанию, и он работал с Эйдом только достаточно долго, чтобы построить плазменное дуговое устройство для процесса фиксации азота . Пара работала над разработкой прототипа печи в конструкцию, которая была бы экономически жизнеспособной для крупномасштабного производства. Получившаяся в результате компания Norsk Hydro значительно обогатила Норвегию, и Биркеланд затем получил достаточное финансирование для исследований, его единственного реального интереса.
Процесс Биркеланда–Эйде относительно неэффективен с точки зрения потребления энергии. Поэтому в 1910–1920-х годах в Норвегии его постепенно заменила комбинация процесса Габера и процесса Оствальда .
В 1913 году Биркеланд, возможно, был первым, кто предсказал, что плазма вездесуща в космосе. Он писал: «Кажется, естественным следствием наших точек зрения является предположение, что все пространство заполнено электронами и летающими электрическими ионами всех видов. Мы предположили, что каждая звездная система в процессе эволюции выбрасывает электрические корпускулы в космос. Поэтому не кажется неразумным думать, что большая часть материальных масс во вселенной находится не в солнечных системах или туманностях, а в «пустом» пространстве». [7]
В 1916 году Биркеланд, вероятно, был первым человеком, успешно предсказавшим, что солнечный ветер ведет себя так же, как и все заряженные частицы в электрическом поле: «С физической точки зрения наиболее вероятно, что солнечные лучи не являются ни исключительно отрицательными, ни исключительно положительными лучами, а являются лучами обоих видов». [12] [13] Другими словами, солнечный ветер состоит как из отрицательных электронов, так и из положительных ионов.
Первая полная карта статистического расположения токов Биркеланда в полярной области Земли была разработана в 1974 году А. Дж. Змудой и Дж. К. Армстронгом и уточнена в 1976 году Т. Иидзимой [14] и Т. А. Потемрой [15] [16] [17].
Будучи ученым с широкими интересами, Биркеланд вошел в контрольную комиссию NSFPS (Норвежского общества психических исследований). В 299 членов общества к 1922 году вошли такие люди, как премьер-министр Гуннар Кнудсен , а также широкий круг врачей, профессоров и судовладельцев. Общество организовывало кружки, экспериментирующие с танцующими столами и автоматическим письмом , но привлекало больше внимания, организуя контролируемые эксперименты с приглашенными иностранными медиумами . В 1912 году была разоблачена как мошенница предполагаемая медиум Этта Вридт из Детройта , известная своей «духовной трубой ». «Труба» миссис Вридт должна была говорить «духовным голосом», среди прочих, Гипатии , [18] но в Норвегии «трубные удары» были разоблачены как взрывы, производимые калием и водой . Профессор Биркеланд воскликнул по этому поводу: «Я, как говорят, против всех сожжений ведьм , но крошечное сожжение в честь миссис Вридт не помешало бы». [19]
Теория полярного сияния Биркеланда в конечном итоге была подтверждена и признана верной.
Пример одного из его экспериментов изображен на левой лицевой стороне предыдущей версии (выпущенной в 1994 году) норвежской купюры в 200 крон ; [20] на ней изображена намагниченная террелла , имитирующая Землю, подвешенная в вакуумной камере. Лицо Биркеланда появляется во второй раз в водяном знаке в пустом пространстве над рисунком терреллы, а его рудиментарная магнитосфера появляется на обороте, но видна только в ультрафиолетовом свете. Кольцо, окружающее магнитный полюс, изображенное на обороте банкноты, похоже на узоры, предсказанные Биркеландом и показанные совсем недавно спутниками. Его рисунок того, что стало известно как токи Биркеланда из его книги «Норвежская экспедиция за полярным сиянием 1902–1903 гг.» , [7] показан на обороте банкноты справа.
В 2017 году Yara International заказала Yara Birkeland , который станет первым в мире автономным судном и назван в честь Биркеланда. Он войдет в эксплуатацию в 2018 году и станет полностью автономным к 2020 году. [21]
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )солнечные корпускулярные лучи, проникающие в атмосферу Земли, отрицательными или положительными лучами?
