Кристиан Олаф Бернхард Биркеланд (родился 13 декабря 1867 — 15 июня 1917) — норвежский учёный , профессор физики Королевского университета Фредрикса в Осло. Его лучше всего помнят за его теории атмосферных электрических токов, которые прояснили природу северного сияния . Чтобы финансировать свои исследования полярных сияний, он изобрел электромагнитную пушку и процесс Биркеланда-Эйда по фиксации азота из воздуха. Биркеланд семь раз номинировался на Нобелевскую премию . [1] [2]
Биркеланд родился в Христиании ( ныне 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 Из-за озабоченности 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 в ночь своей смерти принял 10 г барбитала вместо рекомендованных 0,5 г. Время смерти было оценено в 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 создал сеть обсерваторий в полярных регионах для сбора данных о магнитном поле . Результаты Норвежской полярной экспедиции, проводившейся с 1899 по 1900 год, содержали первое определение глобальной картины электрических токов в полярной области по измерениям 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 световые кольца вокруг полюсов, и пришел к выводу, что полярное сияние может быть создано аналогичным способом. Он разработал теорию, согласно которой энергичные электроны выбрасывались из солнечных пятен на поверхности Солнца, направлялись к Земле и направлялись геомагнитным полем в полярные регионы Земли , где они создавали видимые полярные сияния . По сути, это теория полярного сияния сегодня.
В 1908 году в своей книге «Норвежская полярная экспедиция 1902–1903 годов » Биркеланд предположил, что полярные электрические токи, сегодня называемые авроральными электроджетами , связаны с системой токов, которые текли вдоль силовых линий геомагнитного поля в полярную область и обратно. . Такие продольные токи сегодня известны как токи Биркеланда в его честь. Он представил в книге диаграмму продольных токов, и эта диаграмма была воспроизведена на оборотной стороне норвежской банкноты 200 крон 7-й серии в правом нижнем углу, а его эксперимент с терреллой показан на лицевой стороне слева с портретом. Биркеланда справа. Книга об экспедиции 1902–1903 годов содержит главы, посвященные магнитным бурям на Земле и их связи с Солнцем , происхождению самого Солнца, комете Галлея и кольцам Сатурна .
Представление Биркеланда о том, что сейчас известно как течения Биркеланда, стало источником споров, которые продолжались более полувека, поскольку их существование не могло быть подтверждено только на основе наземных измерений. Его теория в то время оспаривалась и высмеивалась как маргинальная теория ведущими учёными, [1] [8] особенно известным британским геофизиком и математиком Сиднеем Чепменом , который отстаивал общепринятую точку зрения о том, что течения не могут пересекать космический вакуум и, следовательно, токи должны были создаваться Землей. Теория полярного сияния Биркеланда продолжала отвергаться ведущими астрофизиками после его смерти в 1917 году. Ее особенно защищал шведский ученый-плазмолог Ханнес Альфвен [9] , но работа Альфвена, в свою очередь, также оспаривалась Чепменом. [10]
Доказательства теории полярного сияния Биркеланда появились 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 в ходе более позднего анализа выяснилось, что они возникли из-за продольных токов или токов 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 некоторыми инвесторами основал компанию по производству огнестрельного оружия. Катушка работала, но предсказанная им высокая начальная скорость (600 м/с) не была достигнута. Максимальная скорость, которую он мог получить от своей самой большой машины, составляла 100 м/с, что соответствует разочаровывающей дальности полета снаряда всего в 1 км. Поэтому он переименовал устройство в воздушную торпеду и устроил демонстрацию с явной целью продать компанию. Во время демонстрации одна из катушек закоротилась и образовала сенсационную индуктивную дугу с шумом, пламенем и дымом. Это был первый отказ любой из пусковых установок, построенных Биркеландом. Его легко можно было отремонтировать и организовать еще одну демонстрацию.
Однако вмешалась судьба в лице инженера по имени Сэм Эйд . Всего неделю спустя на званом обеде Эйд сказал Биркеланду, что существует промышленная потребность в самой большой вспышке молнии, которую можно доставить на Землю для производства искусственных удобрений . Ответ Биркеланда был: «Оно у меня есть!» Попыток продать компанию по производству огнестрельного оружия больше не было, и он работал с Эйдом лишь достаточно долго, чтобы построить плазменно-дуговое устройство для процесса фиксации азота . Пара работала над разработкой прототипа печи и созданием конструкции, которая была бы экономически выгодна для крупномасштабного производства. Образовавшаяся в результате компания Norsk Hydro чрезвычайно обогатила Норвегию, а Биркеланд затем получил адекватное финансирование для исследований, которые были его единственным реальным интересом.
Процесс Биркеланда -Эйда относительно неэффективен с точки зрения энергопотребления. Поэтому в 1910-х и 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 распространена в космосе повсеместно. Он писал: «Кажется, естественным следствием нашей точки зрения является предположение, что все пространство заполнено электронами и летающими электрическими ионами всех видов. Мы предположили, что каждая звездная система в ходе эволюции выбрасывает в космос электрические корпускулы. 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 был, вероятно, первым человеком, который успешно предсказал, что солнечный ветер ведет себя так же, как все заряженные частицы в электрическом поле: «С физической точки зрения наиболее вероятно, что солнечные лучи не являются ни исключительно отрицательными, ни положительными лучами, но обоих видов». [12] [13] Другими словами, солнечный ветер состоит как из отрицательных электронов, так и из положительных ионов.
Первая полная карта статистического расположения течений Биркеланда в полярной области Земли была разработана в 1974 г. А. Дж. Змуда и Дж. К. Армстронгом и уточнена в 1976 г. Т. Иидзимой [14] и Т. А. Потемрой [15] [16] [17]
Как учёный с широкими интересами Биркеланд вошел в контрольную комиссию NSFPS (Норвежского общества психических исследований). К 1922 году в число 299 членов общества входили такие люди, как премьер-министр Гуннар Кнудсен , а также широкий круг врачей, профессоров и судовладельцев. Общество устраивало кружки экспериментов с танцевальными столами и автоматическим письмом , но больше внимания привлекало проведение контролируемых экспериментов с приглашенными иностранными медиумами . В 1912 году предполагаемая медиум Этта Ридт из Детройта , известная своей «духовной трубой », была разоблачена как мошенница. «Труба» г-жи Вридт должна была говорить «голосом духа», в частности, Гипатии , [18] но в Норвегии «трубные удары» были разоблачены как взрывы, производимые калием и водой . Профессор Биркеланд воскликнул по этому поводу: «Я, наверное, против любого сожжения ведьм , но даже малейшее сожжение в честь миссис Вридт не помешало бы». [19]
Теория полярного сияния Биркеланда в конечном итоге была подтверждена и признана правильной.
Пример одного из его экспериментов изображен на левой лицевой стороне предыдущей версии (выпущенной в 1994 году) норвежской банкноты в 200 крон ; [20] на нем изображена намагниченная террелла , имитирующая Землю, подвешенная в вакуумированной камере. Лицо Биркеланда во второй раз появляется в водяном знаке на пустом месте над рисунком терреллы, а его рудиментарная магнитосфера появляется на оборотной стороне, но видна только в ультрафиолетовом свете. Кольцо, окружающее магнитный полюс, изображенное на обратной стороне банкноты, похоже на узоры, предсказанные Биркеландом и показанные совсем недавно спутниками. Его рисунок того, что стало известно как течения Биркеланда , из его книги « Норвежская экспедиция Полярного сияния 1902–1903» [ 7] показан на оборотной стороне банкноты справа.
В 2017 году компания Yara International заказала Yara Birkeland , которое станет первым в мире автономным судном и будет названо в честь Биркеланда. Он поступит на вооружение в 2018 году и станет полностью автономным к 2020 году. [21]
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )Солнечные корпускулярные лучи, проникающие в атмосферу Земли, являются отрицательными или положительными лучами.
