Kongen av nordlys

denne artikkelen ble opprinnelig publisert På Apollon-Research magazine Fra Universitetet I Oslo. Les den opprinnelige artikkelen.

den norske professoren Kristian Birkeland (1867-1917) var den aller første vitenskapsmannen i verden som innså at nordlyset hadde noe å gjøre med de elektromagnetiske stormene fra solen. Han var også mannen bak den fantastiske oppfinnelsen som gjorde det mulig å lage gjødsel ved å høste nitrogen fra luften. Funnet var grunnlaget For Norsk Hydro og den industrielle bonanza På Notodden og Rjukan. Sist, Men ikke minst: Birkeland var ansvarlig for 60 nye patenter på alt fra margarin og kaviar til en elkromagnetisk kanon. Men viktigst fra vårt perspektiv i dag er kanskje at han la grunnlaget for mye av den moderne forskningen som ble utført innen rom-og solfysikk.

Til Tross For Birkelands banebrytende oppfinnelser, ble Han likevel nesten henvist til glemsel. Dessverre var han ikke i stand til å bevise sine spektakulære teorier om nordlyset. Internasjonale vitenskapsmenn protesterte voldsomt mot Birkelands teorier. Førti år etter hans død ble han knapt nevnt i lærebøkene som Ble brukt ved Universitetet I Oslo (UiO). Det var først senere, da det ble mulig å utføre målinger fra satellitter i rommet, at hans nordlys-og forstyrrelser I Jordens magnetfeltteorier, ble bekreftet.

apollon logo

apollon logo

i de siste tjue årene har ansiktet hans prydet den norske 200-kroneseddelen, selv om få mennesker har lagt stor vekt på figuren på den mye brukte seddelen.

UiO planlegger nå å feire professorens og oppfinnerens 150-årsjubileum med en rekke arrangementer i Både Norge og Japan.

Selv Om Birkeland begynner å bli anerkjent og har blitt gjenstand for mye skriving, er det fortsatt mange anekdoter fra hans liv som forsker som allmennheten ennå ikke har hørt.

en vitenskapelig gullgruve

En person som vet veldig mye Om Birkeland er Professor Emeritus Alv Egeland (85) I Depatment Of Physics. Egeland var involvert for 50 år siden i å arrangere hundreårsjubileet Til Ære For Birkeland, i 1967. Han har også skrevet flere bøker om Birkeland.

Den Skotske og tyske fysikeren James Maxwell (1831-1879) Og Heinrich Hertz (1857-1879).Det var to inspirasjonskilder For Birkeland. Begge var ledende myndigheter innen elektromagnetisme. Maxwell var teoretiker. Han beskrev hvordan elektromagnetiske bølger beveger seg og sprer seg. Hertz var eksperimentator. Han klarte å teste Maxwells teorier i praksis.

” Elektromagnetisme ble en ny gullgruve for Unge Birkeland. Allerede som skolegutt hadde han kjøpt sin egen magnet – med egne penger. Han brukte magneten til mange overraskende eksperimenter og praktiske vitser i skolelektene. Ikke Alle Birkelands lærere var imponert over eksperimentene hans.”

Senere i livet forteller Alv Egeland At Birkelands studier av elektromagnetisme og Jordens magnetfelt skulle bli de viktigste bidragene i hans forskning.
Så snart Birkeland ble uteksaminert fra universitetet, begynte Han å eksperimentere med elektriske svingninger langs en metalltråd.

i 1895 begynte han pionerstudier av katodestråler, en strøm av elektroner i et vakuumrør som oppstår gjennom høyspenning som passerer mellom negative og positive ladede elektroder.

” Birkeland konkluderte med at katodestrålene består av elektrisk ladede partikler og kan styres av et magnetfelt.”

Skapte kunstig nordlys

Det neste året ble Birkeland interessert i forbindelsen mellom solflekker og nordlys. Han brukte katodestråler til å lage kunstig nordlys i et laboratorium, og han konkluderte med at aurora borealis er forårsaket av elektrisk ladede partikler fra solen som ledes inn i den polare atmosfæren av det geomagnetiske feltet rundt Jorden. Han var også av den oppfatning at atmosfæren besto av et stort antall elektriske partikler.

” Birkelands nordlysteori var basert på elektromagnetiske krefter i rommet, fra solen. Hvordan han kom på ideen er fortsatt et mysterium. Birkelands hypoteser ble ikke bekreftet før i romalderen, noen seksti år senere. Selv i dag, mer enn femti år etter romalderens begynnelse, er hans visjonære langsynthet imponerende,” Sier Egeland.

Det var først på 1970-tallet, da Det var mulig å utføre nøyaktige målinger via satellitter, At Birkelands teorier viste seg å være riktige. Partikler fra solstormer treffer Jorden med voldsom kraft. Partiklene blir redusert av ionosfæren. Denne friksjonen overfører så mye energi til partiklene i atmosfæren at de lyser opp.

før Birkeland kom på scenen, trodde mange forskere At Nordlyset skyldtes en spesiell nordlysgass, partikler som inneholdt jern, lokale elektriske strømmer i atmosfæren eller meteor støv.

” Selv Om Birkelands hypotese var den første realistiske teorien om nordlyset, måtte forklaringen på nordlysets ulike former, farger, bevegelser og høyder overlates til romalderforskere.”

Birkeland opplevde svært lite støtte i løpet av sin levetid, spesielt fra De fremste forskerne I England. De var ikke overbevist om at solen var kilden til nordlyset. Vi vil komme tilbake til denne enorme kritikken nedenfor.

dette er en fortelling som beskriver hvordan anerkjente forskere sparker bena ut fra under innovative ideer som avviker fra allment aksepterte, vanlige forestillinger. Men først, la oss nyte noen underholdende detaljer basert på hans eksperimenter.

Gjenskapte universet

Birkeland laget reproduksjoner av solsystemet og Jorden i et vakuumkammer. Disse ble kalt Terrella eksperimenter. Termen terrella er Latin og betyr ‘en liten Modell Av Jorden’.

” forsøkene var tidkrevende. Det tok flere dager å skape et vakuum i kammeret. Han plasserte en elektromagnet inne i terrella. Med dette kunne han produsere kunstig nordlys. Men det er noen misforståelser i anekdoten Om Birkeland. De første forsøkene med kunstig nordlys ble utført inne i et utløpsrør,” Påpeker Alv Egeland.

I løpet av de påfølgende årene laget Birkeland nyere og bedre terellaer.

” forsøkene var strålende, ikke minst med tanke på at vitenskapen på den tiden ikke hadde definert elektroner som separate partikler,” Forklarer Professor Jø Moen i Fysikkavdelingen.

universets masse i den største terellamodellen var omtrent 1000 liter. Birkeland skutt skyer av elektroner på “Jorden” med elektrisk strøm fra en generator. Spenningen var 25.000 V. Det er mer enn hundre ganger spenningen i husholdningsuttaket.

” Birkeland blir etter hvert stadig mer interessert i solen, kometene, Saturns ringer, verdensrommet og opprinnelsen til den fysiske verden, som Han skrev mye om i sitt 850-siders store forskningsbidrag,” sier Alv Egeland.

hans erfaringer var langt fra en billig tidsfordriv. De var kostbare å gjennomføre. Dette var en tid Da Norge var et fattig land og universitetet hadde lite penger.

” hans lønn fra universitetet var utilstrekkelig. Han dekket størstedelen av kostnadene selv, og han brukte sin personlige inntjening Fra Hydro til å finansiere laboratoriet og lønnen til de seks til åtte assistentene han ansatt. Rektor Ved Universitetet I Oslo, Sem Sæ, som ledet fra 1928 til 1936, ville si at ingen annen ansatt noen gang hadde brukt så mye av sin egen lønn på forskning han selv utførte.”

Anstrengende vinter

Et Av Birkelands største ønsker var å bestemme høyden på nordlyset. Det var i en tid da nordlyset ble antatt å stige helt ned til tretoppnivå I Lappland. Vi vet i dag at nordlyset er skapt flere hundre kilometer over bakkenivå.

For å oppdage Dette fikk Birkeland bygget en forskningsstasjon på Toppen Av Samenes “Hellige Fjell” Haldde, nesten tusen meter over havet med utsikt Over Kå Fjord I Alta.

oppstigningen var anstrengende. På den tiden tok turen til fots omtrent fire timer. Da de prøvde å finne det mest passende toppmøtet for et nytt observatorium, kom de nær å forgå i en snøstorm.

brikeland tilbrakte vinteren på toppen Av Haldde med to assistenter. Det var stormer eller orkan gales annenhver dag. Flere av deres vitenskapelige instrumenter ble ødelagt og måtte repareres. Røykstrøm reversering fra kullovnen ville fylle boligen med røyk. De flyttet fra sted til sted på ski, truger og stegjern når forholdene var isete. En av assistentene døde i et snøskred I Mars.

Ti år senere bygde Birkeland et mer komfortabelt og større observatorium på Toppen Av Haldde. I perioden 1912-1919 bodde sytten personer på fjelltoppen, syv av dem barn. Tre av disse ble født der oppe.

i denne perioden ble forskningsstasjonene også brukt til meteorologiske observasjoner. Selv om nordlyset aldri engang beitet toppen av fjellet, Fortsatte Birkeland sin forskning, utrettelig og med fornyet utholdenhet.

Øredøvende støy

En av hans store kilder til stolthet var en elektrisk kanon han laget. Det var ment å bli sparket, men bruk elektrisitet i stedet for kryp. Ti kilo jern ble drevet ut av kanonens munn med en slik hastighet at de gikk ut med kraften av kuler.

Keiser Wilhelm av Tyskland håpet at oppfinnelsen ville revolusjonere krigføring. Det franske Krigsministeriet var svært interessert i Birkelands kanon.

kanonen ble offentlig testet i 1903 i den ærverdige bankettsalen, nå kjent Som Den Gamle Bankettsalen I Domus Academica-bygningen På Karl Johans gate. Prøveskytingen var en fiasko, men det markerte begynnelsen på Det største industrieventyret I norges historie.

det var store forventninger. Bankettsalen var fylt med gjester. To statsråder og representanter for industrien var til stede – sammen med agenter fra den internasjonale våpenindustrien. Fridtjof Nansen observerte saken nøye fra første rad.

” prosjektilet som skulle avfyres fra kanonen veide ti kilo “Birkeland beroliget forsamlingen:” Dere kan sitte rolig, Mine Damer og Herrer. Når jeg slår på bryteren, vil du ikke se eller høre noe annet enn lyden av prosjektilet som slår målet.”Så snudde Han bryteren, forteller Egeland i sin bok Med Tittelen Naturforsker Og Industriforsker Kristian Birkeland.

Det var en øredøvende, knitrende og sputtering oppstyr.

kanonen hadde kortsluttet. Flammer spydde ut av munnen på kanonen. Noen kvinner skrek og “squealed ut av frykt”, og et øyeblikk var det tegn på panikk i hallen..

” Det var den mest dramatiske hendelsen i mitt liv. Med det ene skuddet falt aksjene mine fra 300 til null, men prosjektilet traff målet, ” Kommenterte Birkeland etterpå.

da han hadde testet kanonen tidligere samme dag, hadde alt fungert etter hensikten.

“oppmerksomheten til arrangementet var forutsigbart negativ, Men Birkeland fikk stor glede av oppstyret”, sier Alv Egeland.

det elektriske infernoet som skjøt ut av kanonen hadde en temperatur på mer enn tusen grader og ble senere Kalt Birkelands plasmabue.

den høye temperaturen skyldes elektrisk ladede partikler som skyter frem og tilbake med høy hastighet.

” Elektroner i bevegelse resulterer i intense elektriske strømmer omgitt av et magnetfelt. Dette ligner et solvindplasma i kosmos.”

Birkeland observerte snart det uventede. I spolens magnetfelt spredte lysbuen fra kortslutningen seg ut i en fantailform – og Her ligger Birkelands oppdagelse.

” fiaskoen ble glemt. Fra Da av var Birkeland interessert i lysbuen”, skriver Alv Egeland.

Grunnlegger Av Norsk Hydro

kanoneksperimentet førte til uventede konsekvenser. Noen år tidligere hadde Den Britiske forskeren Sir William Crookes varslet det vitenskapelige samfunn om mangelen på kalsiumnitrat i verden, en av hovedingrediensene i produksjonen av gjødsel. Crooke ide var at en løsning for å produsere gjødsel kunne være glad i å hente nitrogen direkte fra luften. Han trodde at dette ville være en av de største oppfinnelsene i fremtiden og kunne redde verden fra forestående hungersnød.

den mislykkede kanonen i den ærverdige Gamle Bankettsalen ble nettopp grunnlaget for moderne gjødselproduksjon.

formen på lysbuen bekreftet noen av teoriene Birkeland allerede hadde unnfanget.

lysbuen var i stand til å bryte trippelbindingen i nitrogenmolekylene. Den brennerlignende flammen produserte nitrogenoksid, som er grunnforbindelsen i saltpeter og et nøkkelelement i gjødsel.

Forskere og industrialister over hele verden hadde vært på jakt etter en løsning. Birkeland pippet dem alle på posten.

funnet var en hjørnestein i Grunnleggelsen Av Norsk Hydro. Kunstig produksjon av saltpetre krevde enorme mengder energi. Norge var rikt utstyrt med fosser. Følgelig var prisen på elektrisitet lav.

” Dette er en fantastisk historie. Norsk Hydro hadde kanskje aldri sett dagens lys uten eksplosjonen i Den Gamle Bankettsalen. Slik er verden av forskning. Ideer plutselig bare oppstår, ” sier solforsker På Brekke, Seniorrådgiver ved norsk Romsenter.

selv om det mislykkede forsøket i Den Gamle Bankettsalen har gått ned i historiebøkene akkurat den dagen Ideen kom Til Birkeland, påpeker Alv Egeland at Birkeland muligens allerede hadde tenkt på ideen før den mislykkede demonstrasjonen.

Birkeland møtte industrientreprenør Sam Eyde på En middag hos Statsråd Gunnar Knudsen tre uker før kortslutningsulykken I Domus Academica.

” Sam Eyde var en formidabel drivkraft. Han forhandlet allerede Med Tyskerne om å produsere gjødsel fra atmosfæren.”

sam Eyde og Birkeland tok til hverandre umiddelbart. Birkeland begynte straks å utføre eksperimenter ved universitetet.

På den Tiden Var Eyde En Av Norges mest kjente menn. Mediene fulgte ham tett.

” Han var godt klar over hvordan han kunne kapitalisere på en hendelse.”

eksplosjonen i Den Gamle Bankettsalen var forlokkende agn for media.

iallfall da funnet begynte å bære frukter,

“Birkelands funn og samarbeid med Eyde markerte starten på den industrielle bonanza pånotodden og Rjukan. Eyde ble “kongelige” På Rjukan og var mange ganger mer kjent enn Birkeland, understreker Alv Egeland.
Trist skjebne

I Løpet Av De siste fem årene Av Birkelands liv var Han fascinert av zodiakallys, et merkelig glitrende lys ved ekvator som bare er en milliondel av fullmånens lysstyrke. Birkeland var i stand til å fastslå at lyset var forårsaket av katodestråler fra solen. Han hadde en forestilling om at lyset varierte i forhold til solaktivitet og med forstyrrelser I Jordens magnetfelt.

etter et langt Opphold i Afrika lengtet han etter Å komme Tilbake Til Norge, men på denne tiden raste Første Verdenskrig. Derfor gjorde han en omvei via Tokyo, hvor han hadde nære kolleger og venner.

Birkeland var mentalt ubalansert og bare femti år gammel da Han endte sitt liv i Den Japanske hovedstaden. Etter hans død ble Han nesten helt glemt, inntil moderne romforskning mot slutten av 1960-tallet gjorde Det mulig å bevise Birkelands teorier om nordlyset.

” Birkeland representerte det norske vitenskapelige samfunns øvre skorpe. Som en uttalt visjonær møtte han motstand, særlig Blant de vanlige Britiske forskerne. En ulempe For Birkeland var at De fleste av hans vitenskapelige artikler var skrevet på fransk-ikke på engelsk.”

Britisk latterliggjøring

etter Birkelands død ble hans teorier sterkt kritisert av det engelske vitenskapsakademiet, Royal Society. Frontlinjekritikeren Var Professor Sydney Chapman, en strålende matematiker og fysiker, samt den største romforskeren fra det 20.århundre.

Britene var uenige I Birkelands teori om nordlyset og støttet i stedet forestillingen om at de var forårsaket av et system av lokale elektriske strømmer i den øvre atmosfæren.

” da forskere fra Royal Society snakket, var det få som våget å bestride hva de sa, ifølge Alv Egeland, som selv tok hovedfag i fysikk på slutten av 1950-tallet. ”

i denne perioden refererte Alle Til Chapman og Den Britiske skolen. Chapmans skrifter var på pensum ved Universitetet I Oslo. Birkelands nordlysteori og terrellas ble knapt nevnt. Hans teorier ble praktisk talt latterliggjort.

“Chapman var et geni av en forsker og høyt respektert, men han nektet å godta en teori som ikke kunne bevises. Det var umulig å ta testmålinger i verdensrommet før satellittene kom. Birkelands geni besto av simulering; Mens Chapman og Alle de andre baserte sine teorier på mindre observasjoner og statistiske modeller, simulerte Birkeland rom i et laboratorium. Ingen før ham hadde gjort dette.”

i 1967, et århundre etter Kristian Birkelands fødsel, arrangerte International Association Of Geomagnetism and Aeronomy (Iaga) Det første Birkeland-Symposiet I Sandefjord.

i alt 170 forskere fra hele verden diskuterte De siste prestasjonene På Feltet Der Birkeland hadde vært en pioner.

det ble foreslått å betegne kilden til nordlyset som “Birkelandstrømmer”.

” hovedgjesten Chapman åpnet symposiet. Vi trodde Han ville prise Birkeland, men han uttrykte seg ikke særlig diplomatisk og sjokkerte mange av lytterne. Han kunne ikke si noe positivt om Birkelands forskning. Etter Hans mening hadde Birkeland produsert en blanding av fakta og feil.”

de første observasjonene fra satellitter ble allerede registrert, men kvaliteten på dataene var fortsatt utilstrekkelig.

det Var ikke før på begynnelsen av 1970-tallet At Den Britiske skolen aksepterte beviset på at de elektriske strømmene strømmet på Den måten Birkeland hadde teoretisert 60 år tidligere.

” Hva hadde Chapman å si da?”

” Det tok en stund, men han unnskyldte seg endelig for å ha tatt feil. Hans kommentarer om Birkeland ble mindre kritiske, og Flere og flere forskere begynte å akseptere Birkelands forklaring. Noen år senere skrev Chapman at Birkeland hadde oppnådd viktige fremskritt i å forklare nordlys og magnetiske stormer, ” Forteller Egeland.

en periode på seksti år var gått fra Birkeland avanserte sin nordlysteori til teorien ble bevist.

” det var først da forskerne erkjente At Birkeland hadde hatt rett hele tiden,” sier På Brekke.

Nominert Til Nobelprisen

Kristian Birkeland ble nominert til Nobelprisen åtte ganger, fire ganger i kjemi og de andre fire ganger i fysikk. Han ble imidlertid aldri tildelt prisen. Det var uheldig For Birkeland at Sam Eyde insisterte På At Birkeland måtte dele Nobelprisen med Ham. Dette utelukket enhver sjanse til å få premien.

” Sam Eyde var ingen vitenskapsmann, men til tross for dette var Han mye mer besatt av å få prisen enn Birkeland var. Eyde mente også at Hvis Han ikke kunne få prisen, var Det best Om Birkeland ikke fikk den heller.
Men I 1994 ble Birkeland hedret. Portrettet hans ble valgt til forsiden av den norske 200-kroneseddelen.”

Birkelands arv

Professor Jø Moen , som i dag innehar Birkelands professorat, er En Av Norges fremste forskere på nordlyset og de øvre delene av jordens atmosfære.

” Romforskning har vist At Birkeland var utrolig visjonær. Hans hypoteser om solen og universet var gjenstand for mye oppmerksomhet etter at satellitter begynte å avsløre mange av hemmelighetene i rommet, ” påpeker Jø Moen.

” jeg ble fascinert av den solterrestiale koblingen, Og Av Birkelands personlige historie. Det er han som har inspirert norsk interesse for solforskning”, sier På Brekke.

i Dag gjennomføres atmosfærestudier ved universiteter I Oslo og Tromsø, Ved Birkelandsenteret I Bergen og Universitetssenteret På Svalbard (UNIS). Og hryvaya Space Center på den ytterste havstranden I Vesterå, er også en viktig bidragsyter. Forskning raketter er lansert og brukes til å måle hvordan solen påvirker atmosfæren På Jorden.

“Alt dette kan relateres tilbake til Birkeland,” bemerker På Brekke, og legger Til At Norge – takket være landets tidlige innsats innen solforskning-var bidragsytere TIL NASAS SOHO-satellitt, som fortsatt sirkler solen etter 22 år, Den Japanske satellitten Hinode og Den Amerikanske IRIS-satellitten. Institutt For Teoretisk Astrofysikk ved UiO er ansvarlig for dataene fra disse satellittene etter at informasjonen er hentet fra rommet via de enorme antennene På Svalsat På Svalbard.

At Norge skulle bli den ledende nasjonen innen solfysikk var ikke en forutsigbar utvikling, Men Norge hadde Nytte Av Birkelands arv. Vi eier hele potten med honning, På Brekke muser.

Menneskeheten bruker stadig mer teknologi som er sårbar for solstormer. Når nordlyset er voldsomt aktivt, har det innvirkning på våre navigasjonssystemer.

Vår store drøm er å designe værstasjoner i rommet som kan forutsi tider når navigasjon kan stole på.

” Birkeland har vært svært viktig i denne sammenhengen. Han etablerte Den aller første romforskningen I Norge. Fordi Norge har en spesielt god beliggenhet som gjør at vi kan dekke hele nordlysets dagssyklus, med nattlyslys i Tromsø og daglyslys på Svalbard, har vi hatt gode forhold for å fortsette sitt arbeid, ” sier Jø Moen.

Han legger til At Birkeland og hans medarbeidere var de første forskerne som så behovet for å kombinere teori, eksperimentering og beregninger. I vår moderne tid er disse tingene nå tatt for gitt i alle naturvitenskapelige disipliner.

et fortsatt uløst problem

Selv om Det nå er et århundre Siden Kristian Birkelands død, er alle de fysiske mekanismene i atmosfæren ennå ikke fullt ut forstått.

en av de største utfordringene er å forklare turbulensen i plasma. Plasma er gass med ladede atomer. Hele ionosfæren, som er det ytterste laget av eksosfæren, består av plasma. Plasma påvirkes av elektromagnetiske felt.

når solstormer regner ned på Jorden, forårsaker de turbulens i plasmaet. Dette endrer i sin tur retningen på radio-og GPS-signaler. For å kunne forutsi hvordan været i rommet vil være, må man forstå hvordan turbulensen oppfører seg.

Solstormer inneholder store mengder energi.

” Turbulens er en måte å bryte ned energien på. Energi forsvinner aldri, men endres kontinuerlig, for eksempel i bølger, ustabilitet eller varme. Dessverre er dette et grunnleggende problem i klassisk fysikk, og vi forstår det ikke fullt ut, ” innrømmer Jø moen.

Turbulens er umulig å studere herfra På Jorden. Satellittene er i tillegg i bane for høyt i rommet. Løsningen er derfor å måle turbulens ved hjelp av raketter. I Løpet Av de siste årene har Moen skutt opp en rekke raketter.

en enkelt rakett returnerer målinger langs bare en bane.

“Vi trenger tredimensjonale målinger.”

For å løse dette vil Jø Moen – i samarbeid MED NASA – nå lansere fire parallelle raketter samtidig. De vil bli lansert på begynnelsen av 2018-2019.

” Hva ville Birkeland gjøre hvis Han hadde levd i dag?”

” jeg har tenkt mye på det. Mest sannsynlig ville han ha fortsatt å undersøke elektromagnetisme, fordi det er et felt som fortsatt har mange gåter igjen å løse.”

” For å forstå ekstosfæren (Jordens atmosfære), må vi forstå mer om dens forbindelse med solens atmosfære. Vår forståelse av solen mangler fortsatt, og vi kan fortsatt ikke forutsi været i rommet. Når vi har forstått alt dette, vil Vi også kunne forstå atmosfæren på andre planeter,”avslutter Jø Moen.

Relatert innhold

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.