Der König der Nordlichter

Dieser Artikel wurde ursprünglich im Apollon – Forschungsmagazin der Universität Oslo veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

Der norwegische Professor Kristian Birkeland (1867-1917) war der erste Wissenschaftler der Welt, der erkannte, dass das Nordlicht etwas mit den elektromagnetischen Stürmen der Sonne zu tun hatte. Er war auch der Mann hinter der fantastischen Erfindung, die die Herstellung von Dünger durch die Ernte von Stickstoff aus der Luft ermöglichte. Die Entdeckung war die Grundlage für die Gründung von Norsk Hydro und die industrielle Bonanza in Notodden und Rjukan. Last, but not least: Birkeland war verantwortlich für 60 neue Patente für alles von Margarine und Kaviar bis hin zu einer elektromagnetischen Kanone. Aber das Wichtigste aus heutiger Sicht ist vielleicht, dass er den Grundstein für einen Großteil der modernen Forschung auf dem Gebiet der Weltraum- und Sonnenphysik gelegt hat.

Trotz Birkelands bahnbrechender Erfindungen geriet er dennoch fast in Vergessenheit. Leider konnte er seine spektakulären Theorien über das Nordlicht nicht beweisen. Internationale Wissenschaftler von Statur protestierten lautstark gegen Birkelands Theorien. Vierzig Jahre nach seinem Tod wurde er in den Lehrbüchern der Universität Oslo (UiO) kaum erwähnt. Erst später, als es möglich wurde, Messungen von Satelliten im Weltraum durchzuführen, wurden seine Nordlicht- und Störungen im Erdmagnetfeld – Theorien bestätigt.

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In den letzten zwanzig Jahren schmückte sein Gesicht die norwegische 200-Kronen-Banknote, obwohl nur wenige Menschen der Zahl auf der weit verbreiteten Banknote viel Aufmerksamkeit geschenkt haben.

Die UiO plant nun, das 150-jährige Jubiläum des Professors und Erfinders mit einer Reihe von Veranstaltungen in Norwegen und Japan zu feiern.

Obwohl Birkeland allmählich anerkannt wird und Gegenstand vieler Schriften geworden ist, gibt es immer noch viele Anekdoten aus seinem Leben als Forscher, die die breite Öffentlichkeit noch nicht gehört hat.

Eine wissenschaftliche Goldgrube

Eine Person, die sehr viel über Birkeland weiß, ist Professor Emeritus Alv Egeland (85) von der Abteilung für Physik. Egeland war vor 50 Jahren an der Organisation der Hundertjahrfeier zu Ehren von Birkeland im Jahr 1967 beteiligt. Er hat auch mehrere Bücher über Birkeland verfasst.

Die schottischen und deutschen Physiker James Maxwell (1831-1879) und Heinrich Hertz (1857-1879).waren zwei Inspirationsquellen für Birkeland. Beide waren führende Autoritäten auf dem Gebiet des Elektromagnetismus. Maxwell war der Theoretiker. Er beschrieb, wie sich elektromagnetische Wellen bewegen und ausbreiten. Hertz war der Experimentator. Es gelang ihm, Maxwells Theorien in der Praxis zu testen.

“Der Elektromagnetismus wurde für den jungen Birkeland zu einer neuen Goldgrube. Schon als Schüler hatte er sich seinen eigenen Magneten gekauft – mit eigenem Geld. Er benutzte den Magneten für viele überraschende Experimente und praktische Witze während des Schulunterrichts. Nicht alle Lehrer von Birkeland waren von seinen Experimenten beeindruckt.”

Später im Leben, erzählt Alv Egeland, würden Birkelands Studien des Elektromagnetismus und des Erdmagnetfeldes die wichtigsten Beiträge seiner Forschung werden.
Sobald Birkeland die Universität abgeschlossen hatte, begann er mit elektrischen Schwingungen entlang eines Metalldrahtes zu experimentieren.

1895 begann er mit Pionierstudien von Kathodenstrahlen, einem Elektronenstrom in einer Vakuumröhre, der durch Hochspannung zwischen negativ und positiv geladenen Elektroden auftritt.

“Birkeland folgerte, dass die Kathodenstrahlen aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen und durch ein Magnetfeld gesteuert werden können.”

Schuf künstliche Nordlichter

Im Laufe des nächsten Jahres interessierte sich Birkeland für die Verbindung zwischen Sonnenflecken und Nordlichtern. Er benutzte Kathodenstrahlen, um künstliches Nordlicht in einem Labor zu erzeugen, und er kam zu dem Schluss, dass die Aurora Borealis durch elektrisch geladene Teilchen von der Sonne verursacht wird, die durch das Erdmagnetfeld um die Erde in die polare Atmosphäre geleitet werden. Er war auch der Meinung, dass die Atmosphäre aus einer großen Anzahl elektrischer Teilchen bestand.

“Birkelands Nordlichttheorie basierte auf elektromagnetischen Kräften im Weltraum von der Sonne. Wie er auf die Idee kam, ist immer noch ein Rätsel. Birkelands Hypothesen wurden erst im Weltraumzeitalter, etwa sechzig Jahre später, bestätigt. Noch heute, mehr als fünfzig Jahre nach Beginn des Weltraumzeitalters, ist seine visionäre Weitsicht beeindruckend”, sagt Egeland.

Erst in den 1970er Jahren, als es möglich war, exakte Messungen über Satelliten durchzuführen, erwiesen sich Birkelands Theorien als richtig. Teilchen von Sonnenstürmen treffen mit heftiger Kraft auf die Erde. Die Teilchen werden durch die Ionosphäre verlangsamt. Diese Reibung überträgt so viel Energie auf die Partikel in der Atmosphäre, dass sie aufleuchten.

Bevor Birkeland vor Ort ankam, dachten viele Forscher, dass die Aurora Borealis durch ein spezielles Nordlichtgas, eisenhaltige Partikel, lokale elektrische Ströme in der Atmosphäre oder Meteorstaub verursacht wurde.

“Obwohl Birkelands Hypothese die erste realistische Theorie zum Nordlicht war, musste die Erklärung für die verschiedenen Formen, Farben, Bewegungen und Höhen der Nordlichter den Weltraumforschern überlassen werden.”

Birkeland erfuhr zu Lebzeiten sehr wenig Unterstützung, insbesondere von den führenden Forschern Englands. Sie waren nicht davon überzeugt, dass die Sonne die Quelle des Nordlichts war. Wir werden unten auf diese enorme Kritik zurückkommen.

Dies ist eine Geschichte, die beschreibt, wie renommierte Forscher innovativen Ideen, die von allgemein akzeptierten Mainstream-Vorstellungen abweichen, die Beine aus dem Weg räumen. Aber zuerst, Lassen Sie uns einige unterhaltsame Details basierend auf seinen Experimenten genießen.

Das Universum neu erschaffen

Birkeland fertigte Reproduktionen des Sonnensystems und der Erde in einer Vakuumkammer an. Diese wurden Terrella-Experimente genannt. Der Begriff Terrella ist lateinisch und bedeutet ‘ein kleines Modell der Erde’.

“Die Experimente waren zeitaufwendig. Es dauerte mehrere Tage, um ein Vakuum in der Kammer zu erzeugen. Er platzierte einen Elektromagneten in der Terrella. Damit konnte er künstliches Nordlicht erzeugen. Aber es gibt einige Missverständnisse in der Anekdote über Birkeland. Die ersten Experimente mit künstlichem Nordlicht wurden in einer Entladungsröhre durchgeführt “, betont Alv Egeland.

In den folgenden Jahren stellte Birkeland neuere und bessere Terellen her.

“Die Experimente waren brillant, nicht zuletzt unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Wissenschaft zu dieser Zeit Elektronen nicht als separate Teilchen definiert hatte”, erklärt Professor Jøran Moen vom Physik-Department.

Die Masse des Universums im größten Terella-Modell betrug ungefähr 1000 Liter. Birkeland schoss Elektronenwolken mit elektrischem Strom von einem Generator auf “Erde”. Die Spannung betrug 25.000 V. Das ist mehr als das Hundertfache der Spannung in Ihrer Haushaltssteckdose.

“Birkeland interessierte sich nach und nach zunehmend für die Sonne, die Kometen, die Ringe des Saturn, den Weltraum und den Ursprung der physischen Welt, über die er in seinem 850 Seiten starken Forschungsbeitrag viel schrieb”, sagt Alv Egeland.

Seine Erfahrungen waren alles andere als ein billiger Zeitvertreib. Die Durchführung war kostspielig. Dies war eine Zeit, in der Norwegen ein armes Land war und die Universität wenig Geld hatte.

“Sein Lohn von der Universität war unzureichend. Er deckte den größten Teil der Kosten selbst, und er verbrachte seine persönlichen Einnahmen aus Hydro das Labor und die Löhne für die sechs bis acht Assistenten zu finanzieren er beschäftigt. Der Rektor der Universität Oslo, Sem Sæland, der von 1928 bis 1936 den Vorsitz innehatte, würde sagen, dass kein anderer Angestellter jemals so viel von seinem eigenen Gehalt für Forschungen ausgegeben habe, die er selbst durchgeführt habe.”

Anstrengender Winter

Einer von Birkelands größten Wünschen war es, die Höhe des Nordlichts zu bestimmen. Es gab eine Zeit, in der angenommen wurde, dass die Nordlichter in Lappland bis auf die Baumkronen hinabsteigen. Wir wissen heute, dass die Nordlichter mehrere hundert Kilometer über dem Boden entstehen.

Um dies zu entdecken, ließ Birkeland eine Forschungsstation auf dem “Heiligen Berg” der Samen, Haldde, auf fast tausend Metern über dem Meeresspiegel mit Blick auf den Kåfjord in Alta errichten.

Der Aufstieg war anstrengend. Zu dieser Zeit dauerte die Wanderung zu Fuß etwa vier Stunden. Als sie versuchten, den am besten geeigneten Gipfel für ein neues Observatorium zu finden, kamen sie fast in einem Schneesturm ums Leben.

Brikeland verbrachte den Winter mit zwei Helfern auf dem Gipfel der Haldde. Jeden zweiten Tag gab es Stürme oder Orkanböen. Mehrere ihrer wissenschaftlichen Instrumente wurden zerstört und mussten repariert werden. Die Umkehrung des Rauchflusses vom Kohleofen würde die Wohnung mit Rauch füllen. Sie zogen von Ort zu Ort auf Skiern, Schneeschuhen und Steigeisen, wenn die Bedingungen eisig waren. Einer der Helfer starb im März bei einem Lawinenabgang.

Zehn Jahre später baute Birkeland ein komfortableres und größeres Observatorium auf dem Gipfel des Mount Haldde. In der Zeit von 1912 bis 1919 lebten siebzehn Personen auf dem Berggipfel, sieben davon Kinder. Drei von ihnen wurden dort geboren.

In dieser Zeit wurden die Forschungsstationen auch für meteorologische Beobachtungen genutzt. Obwohl die Nordlichter nie den Gipfel des Berges streiften, setzte Birkeland seine Forschung unermüdlich und mit neuer Beharrlichkeit fort.

Ohrenbetäubender Lärm

Eine seiner großen Quellen des Stolzes war eine elektrische Kanone, die er herstellte. Es sollte abgefeuert werden, aber mit Strom anstelle von Schießpulver. Zehn Kilo Eisenstücke wurden mit einer solchen Geschwindigkeit aus dem Mund der Kanone geschleudert, dass sie mit der Kraft von Kugeln austreten.

Kaiser Wilhelm von Deutschland hoffte, dass die Erfindung die Kriegsführung revolutionieren würde. Das französische Kriegsministerium war sehr an Birkelands Kanone interessiert.

Die Kanone wurde 1903 im ehrwürdigen Bankettsaal, der heute als Alter Bankettsaal im Domus Academica-Gebäude am Karl-Johan-Tor bekannt ist, öffentlich getestet. Das Testfeuer war ein Misserfolg, aber es markierte den Beginn des größten industriellen Abenteuers in der Geschichte Norwegens.

Die Erwartungen waren groß. Der Bankettsaal war voller Gäste. Zwei Kabinettsminister und Vertreter der Industrie waren anwesend – zusammen mit Vertretern der internationalen Rüstungsindustrie. Fridtjof Nansen beobachtete das Geschehen aufmerksam aus der ersten Reihe.

“Das aus der Kanone abzufeuernde Projektil wog zehn Kilogramm”, versicherte Birkeland der Versammlung: “Sie können ruhig sitzen, meine Damen und Herren. Wenn ich den Schalter einschalte, werden Sie nichts anderes sehen oder hören als das Geräusch des Projektils, das auf das Ziel trifft.” Dann hat er den Schalter umgelegt”, erzählt Egeland in seinem Buch mit dem Titel Naturwissenschaftler und Industrieforscher Kristian Birkeland.

Es gab eine ohrenbetäubende, knisternde und stotternde Aufregung.

Die Kanone war kurzgeschlossen. Flammen spuckten aus dem Mund der Kanone. Einige Frauen kreischten und “quietschten vor Angst”, und für einen Moment gab es Anzeichen von Panik in der Halle..

“Es war der dramatischste Vorfall in meinem Leben. Mit diesem einzigen Schuss fielen meine Aktien von 300 auf Null, aber das Projektil traf das Ziel “, kommentierte Birkeland danach.

Als er die Kanone am selben Tag getestet hatte, hatte alles wie vorgesehen funktioniert.

“Die Aufmerksamkeit, die das Ereignis auf sich zog, war vorhersehbar negativ, aber Birkeland hatte große Freude an dem Aufruhr”, sagt Alv Egeland.

Das elektrische Inferno, das aus der Kanone schoss, hatte eine Temperatur von mehr als tausend Grad und wurde später Birkelands ‘Plasmabogen’ genannt.

Die hohe Temperatur ist darauf zurückzuführen, dass elektrisch geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit hin und her schießen.

“Elektronen in Bewegung führen zu intensiven elektrischen Strömen, die von einem Magnetfeld umgeben sind. Dies ähnelt einem Sonnenwindplasma im Kosmos.”

Birkeland beobachtete bald das Unerwartete. Im Magnetfeld der Spule breitete sich der Lichtbogen des Kurzschlusses in einer Fantasieschwanzform aus – und hierin liegt Birkelands Entdeckung.

“Das Fiasko war vergessen. Von diesem Zeitpunkt an interessierte sich Birkeland für den Lichtbogen “, schreibt Alv Egeland.

Gründer von Norsk Hydro

Das Kanonenexperiment führte zu unerwarteten Konsequenzen. Einige Jahre zuvor hatte der britische Forscher Sir William Crookes die wissenschaftliche Gemeinschaft auf die weltweite Knappheit von Calciumnitrat aufmerksam gemacht, einem der Hauptbestandteile bei der Herstellung von Düngemitteln. Crookes Idee war, dass eine Lösung zur Herstellung von Dünger darin bestehen könnte, Stickstoff direkt aus der Luft zu gewinnen. Er dachte, dies wäre eine der größten Erfindungen der Zukunft und könnte die Welt vor einer drohenden Hungersnot retten.

Der missglückte Kanonenschuss im ehrwürdigen Alten Festsaal wurde genau zur Grundlage für die moderne Düngemittelproduktion.

Die Form des Lichtbogens bestätigte einige der Theorien, die Birkeland bereits konzipiert hatte.

Der Lichtbogen konnte die Dreifachbindung in den Stickstoffmolekülen aufbrechen. Die fackelartige Flamme erzeugte Stickoxid, das die Grundverbindung in Salpeter und ein Schlüsselelement in Düngemitteln ist.

Wissenschaftler und Industrielle auf der ganzen Welt waren auf der Suche nach einer Lösung. Birkeland hat sie alle auf den Posten gebracht.

Die Entdeckung war ein Eckpfeiler bei der Gründung von Norsk Hydro. Die künstliche Produktion von Salpeter erforderte enorme Energiemengen. Norwegen war reich mit Wasserfällen ausgestattet. Folglich war der Strompreis niedrig.

“Das ist eine fantastische Geschichte. Norsk Hydro hätte ohne die zufällige Explosion im Alten Bankettsaal vielleicht nie das Licht der Welt erblickt. Das ist die Welt der Forschung. Ideen entstehen plötzlich einfach”, sagt Solarforscher Pål Brekke, Senior Advisor am Norwegischen Raumfahrtzentrum.

Obwohl das missglückte Experiment im Alten Festsaal als genau der Tag, an dem Birkeland auf die Idee kam, in die Geschichtsbücher eingegangen ist, weist Alv Egeland darauf hin, dass Birkeland möglicherweise bereits vor der gescheiterten Demonstration an die Idee gedacht hatte.

Birkeland traf den Industrieunternehmer Sam Eyde drei Wochen vor dem Kurzschlussunfall in Domus Academica bei einem Abendessen von Kabinettsminister Gunnar Knudsen.

“Sam Eyde war eine gewaltige treibende Kraft. Er verhandelte bereits mit den Deutschen über die Herstellung von Dünger aus der Atmosphäre.”

Sam Eyde und Birkeland gingen sofort aufeinander zu. Birkeland begann sofort Experimente an der Universität durchzuführen.

Zu dieser Zeit war Eyde einer der berühmtesten Männer Norwegens. Die Medien verfolgten ihn genau.

“Er wusste genau, wie man aus einem Ereignis Kapital schlägt.”

Die Explosion im Alten Bankettsaal war ein verlockender Köder für die Medien.

Jedenfalls, als die Entdeckung Früchte zu tragen begann,

“Birkelands Entdeckung und Zusammenarbeit mit Eyde markierten den Beginn der industriellen Bonanza bei Notodden und Rjukan. Eyde wurde in Rjukan “königlich” und war um ein Vielfaches berühmter als Birkeland”, unterstreicht Alv Egeland.
Trauriges Schicksal

In den letzten fünf Jahren von Birkelands Leben war er fasziniert von Zodiakal Light, einem eigenartigen schimmernden Licht am Äquator, das nur ein Millionstel der Leuchtkraft des Vollmonds beträgt. Birkeland konnte feststellen, dass das Licht durch Kathodenstrahlen der Sonne verursacht wurde. Er hatte die Vorstellung, dass das Licht im Verhältnis zur Sonnenaktivität und zu Störungen im Erdmagnetfeld variierte.

Nach einem längeren Aufenthalt in Afrika sehnte er sich danach, nach Norwegen zurückzukehren, aber zu dieser Zeit tobte der Erste Weltkrieg. Deshalb machte er einen Abstecher über Tokio, wo er enge Kollegen und Freunde hatte.

Birkeland war geistig unausgeglichen und erst fünfzig Jahre alt, als er sein Leben in der japanischen Hauptstadt beendete. Nach seinem Tod war er fast völlig vergessen, bis die moderne Weltraumforschung gegen Ende der 1960er Jahre es ermöglichte, Birkelands Theorien über das Nordlicht zu beweisen.

“Birkeland repräsentierte die obere Kruste der norwegischen wissenschaftlichen Gemeinschaft. Als ausgesprochener Visionär stieß er vor allem bei den britischen Mainstream-Forschern auf Widerstand. Ein Nachteil für Birkeland war, dass die meisten seiner wissenschaftlichen Arbeiten in Französisch verfasst waren – nicht in Englisch.”

Britischer Spott

Nach Birkelands Tod wurden seine Theorien von der englischen Akademie der Wissenschaften, der Royal Society, heftig kritisiert. Der Frontkritiker war Professor Sydney Chapman, ein brillanter Mathematiker und Physiker sowie der größte Weltraumforscher des 20.

Die Briten widersprachen Birkelands Theorie über die Nordlichter und unterstützten stattdessen die Vorstellung, dass sie durch ein System lokaler elektrischer Ströme in der oberen Atmosphäre verursacht wurden.

“Als Forscher der Royal Society sprachen, wagten nur wenige zu bestreiten, was sie sagten, so Alv Egeland, der Ende der 1950er Jahre selbst Physik studierte.”

In dieser Zeit bezog sich jeder auf Chapman und die britische Schule. Chapmans Schriften standen auf dem Lehrplan der Universität Oslo. Birkelands Auroraltheorie und die Terrellen wurden kaum erwähnt. Seine Theorien wurden praktisch lächerlich gemacht.

“Chapman war ein Genie eines Forschers und hoch angesehen, aber er weigerte sich, eine Theorie zu billigen, die nicht bewiesen werden konnte. Vor dem Aufkommen von Satelliten war es unmöglich, Testmessungen im Weltraum durchzuführen. Birkelands Genie bestand in der Simulation; Während Chapman und alle anderen ihre Theorien auf weniger Beobachtungen und statistischen Modellen basierten, simulierte Birkeland den Weltraum in einem Labor. Niemand vor ihm hatte das getan.”

1967, ein Jahrhundert nach Kristian Birkelands Geburt, veranstaltete die International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) das erste Birkeland Symposium in Sandefjord.

Insgesamt 170 Forscher aus der ganzen Welt diskutierten die neuesten Errungenschaften auf dem Gebiet, auf dem Birkeland ein Pionier war.

Es wurde vorgeschlagen, die Quelle des Nordlichts als “Birkeland-Ströme” zu bezeichnen.

“Der Keynote-Gast Chapman eröffnete das Symposium. Wir dachten, er würde Birkeland loben, aber er äußerte sich nicht sehr diplomatisch und schockierte viele der Zuhörer. Er konnte nichts Positives über Birkelands Forschung sagen. Seiner Meinung nach hatte Birkeland eine Mischung aus Fakten und Fehlern hervorgebracht.”

Die ersten Beobachtungen von Satelliten wurden bereits aufgezeichnet, aber die Qualität der Daten war noch unzureichend.

Erst Anfang der 1970er Jahre akzeptierte die britische Schule den Beweis, dass die elektrischen Ströme in der Art und Weise flossen, wie Birkeland 60 Jahre zuvor theoretisiert hatte.

“Was hatte Chapman damals zu sagen?”

“Es dauerte eine Weile, aber er entschuldigte sich schließlich dafür, dass er sich geirrt hatte. Seine Kommentare zu Birkeland wurden weniger kritisch, und immer mehr Forscher akzeptierten Birkelands Erklärung. Einige Jahre später schrieb Chapman, dass Birkeland wichtige Fortschritte bei der Erklärung des Nordlichts und der magnetischen Stürme erzielt habe “, erzählt Egeland.

Sechzig Jahre waren vergangen, seit Birkeland seine Nordlichttheorie vorbrachte, bis die Theorie bewiesen war.

“Erst dann erkannten die Forscher an, dass Birkeland die ganze Zeit Recht hatte”, sagt Pål Brekke.

Nominiert für den Nobelpreis

Kristian Birkeland wurde achtmal für den Nobelpreis nominiert, viermal für Chemie und viermal für Physik. Den Preis erhielt er jedoch nie. Es war bedauerlich für Birkeland, dass Sam Eyde darauf bestand, dass Birkeland den Nobelpreis mit ihm teilen müsste. Dies schloss jede Chance aus, den Preis zu erhalten.

“Sam Eyde war kein Wissenschaftler, aber trotzdem war er viel mehr davon besessen, den Preis zu bekommen als Birkeland. Eyde hatte auch das Gefühl, wenn er den Preis nicht haben könnte, wäre es am besten, wenn Birkeland ihn auch nicht erhalten würde.
1994 wurde Birkeland jedoch zu Recht geehrt. Sein Porträt wurde für die Vorderseite der norwegischen 200-Kronen-Banknote ausgewählt.”

Birkelands Erbe

Professor Jøran Moen, der derzeit Birkelands Professur innehat, ist einer der führenden norwegischen Forscher des Nordlichts und der oberen Regionen der Erdatmosphäre.

“Die Weltraumforschung hat gezeigt, dass Birkeland unglaublich visionär war. Seine Hypothesen über die Sonne und das Universum waren Gegenstand großer Aufmerksamkeit, nachdem Satelliten begannen, viele der Geheimnisse des Weltraums zu enthüllen “, betont Jøran Moen.

“Ich war fasziniert von der solar-terrestrischen Kopplung und von Birkelands persönlicher Geschichte. Er ist derjenige, der das norwegische Interesse an der Solarforschung geweckt hat “, sagt Pål Brekke.

Heute werden Atmosphärenstudien an den Universitäten in Oslo und Tromsø, am Birkeland Centre in Bergen und am University Centre in Svalbard (UNIS) durchgeführt. Das Andøya Space Center an der äußersten Meeresküste in Vesterålen leistet ebenfalls einen wichtigen Beitrag. Mit Forschungsraketen wird gemessen, wie die Sonne die Erdatmosphäre beeinflusst.

“All dies kann auf Birkeland zurückgeführt werden”, bemerkt Pål Brekke und fügt hinzu, dass Norwegen – dank der frühen Bemühungen des Landes auf dem Gebiet der Solarforschung – zum NASA-Satelliten SOHO beigetragen hat, der nach 22 Jahren immer noch die Sonne umkreist, zum japanischen Satelliten Hinode und zum amerikanischen Satelliten IRIS. Das Institut für Theoretische Astrophysik der UiO ist der Hüter der Daten dieser Satelliten, nachdem die Informationen über die riesigen Antennen von Svalsat in Svalbard aus dem Weltraum abgerufen wurden.

Die Tatsache, dass Norwegen die führende Nation in der Sonnenphysik werden sollte, war keine vorhersehbare Entwicklung, aber Norwegen profitierte von Birkelands Erbe. Wir besitzen den ganzen Topf Honig, Pål Brekke Musen.

Die Menschheit nutzt immer mehr Technologien, die anfällig für Sonnenstürme sind. Wenn die Nordlichter heftig aktiv sind, hat dies Auswirkungen auf unsere Navigationssysteme.

Unser großer Traum ist es, Wetterstationen im Weltraum zu entwerfen, die Zeiten vorhersagen können, in denen der Navigation vertraut werden kann.

“Birkeland war in diesem Zusammenhang sehr wichtig. Er gründete die erste Weltraumforschung in Norwegen. Da Norwegen mit der Nachtaurora in Tromsø und der Tagesaurora in Spitzbergen einen besonders guten Standort hat, der es uns ermöglicht, den gesamten Tageszyklus des Nordlichts abzudecken, hatten wir hervorragende Bedingungen, um seine Arbeit fortzusetzen”, so Jøran Moen.

Er fügt hinzu, dass Birkeland und seine Mitarbeiter die ersten Wissenschaftler waren, die die Notwendigkeit sahen, Theorie, Experimente und Berechnungen zu kombinieren. In unserer modernen Zeit werden diese Dinge heute in allen naturwissenschaftlichen Disziplinen als selbstverständlich angesehen.

Ein immer noch ungelöstes Problem

Obwohl Kristian Birkelands Tod nun ein Jahrhundert her ist, sind alle physikalischen Mechanismen in der Atmosphäre noch nicht vollständig verstanden.

Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die Turbulenz im Plasma zu erklären. Plasma ist ein Gas mit geladenen Atomen. Die gesamte Ionosphäre, die äußerste Schicht der Exosphäre, besteht aus Plasma. Plasma wird von elektromagnetischen Feldern beeinflusst.

Wenn Sonnenstürme auf die Erde regnen, verursachen sie Turbulenzen im Plasma. Dies wiederum ändert die Richtung von Radio- und GPS-Signalen. Um vorhersagen zu können, wie das Wetter im Weltraum sein wird, muss man verstehen, wie sich die Turbulenzen verhalten.

Sonnenstürme enthalten große Mengen an Energie.

“Turbulenz ist eine Möglichkeit, die Energie abzubauen. Energie verschwindet nie, sondern wandelt sich ständig in Wellen, Instabilität oder Wärme um. Leider ist dies ein grundlegendes Problem in der klassischen Physik, und wir verstehen es nicht vollständig “, gibt Jøran Moen zu.

Turbulenz ist von hier auf der Erde unmöglich zu studieren. Die Satelliten befinden sich außerdem im Orbit zu hoch im Weltraum. Die Lösung besteht daher darin, Turbulenzen mit Raketen zu messen. In den letzten Jahren hat Moen eine Reihe von Raketen gestartet.

Eine einzelne Rakete gibt Messungen entlang nur einer Flugbahn zurück.

“Wir brauchen dreidimensionale Messungen.”

Um dies zu lösen, wird Jøran Moen – in Zusammenarbeit mit der NASA – jetzt vier parallele Raketen gleichzeitig starten. Sie werden zum Jahreswechsel 2018-2019 eingeführt.

“Was würde Birkeland tun, wenn er heute noch gelebt hätte?”

“Darüber habe ich mir viele Gedanken gemacht. Höchstwahrscheinlich hätte er den Elektromagnetismus weiter erforscht, weil es ein Feld ist, das noch viele Rätsel zu lösen hat.”

“Um die Extosphäre (Erdatmosphäre) zu verstehen, müssen wir mehr über ihre Verbindung mit der Sonnenatmosphäre verstehen. Unser Verständnis der Sonne fehlt immer noch, und wir können das Wetter im Weltraum immer noch nicht vorhersagen. Wenn wir das alles verstanden haben, werden wir auch die Atmosphäre auf anderen Planeten verstehen können “, schließt Jøran Moen.

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