Кристиан Биркеланд - Kristian Birkeland

Кристиан Олаф Бернхард Биркеланд
Аста Норрегаард Кристиан Биркеланд 1900.jpg
Портрет автора Аста Норрегаард, 1900
Родился(1867-12-13)13 декабря 1867 г.
Христиания, Соединенное Королевство Швеции и Норвегии
Умер15 июня 1917 г.(1917-06-15) (49 лет)
Токио, Япония
НациональностьНорвежский
ГражданствоКоролевство Норвегия  (1867–1917)
ИзвестенБиркеланд текущий
Процесс Биркеланда – Эйде
Исследования по Северное сияние
Катушка
Супруг (а)Ида Шарлотта Хаммер
Научная карьера
ПоляФизика
УчрежденияКоролевский университет Фредерика

Кристиан Олаф Бернхард Биркеланд (13 декабря 1867 г. - 15 июня 1917 г.) Норвежский ученый. Его лучше всего помнят за его теории атмосферных электрических токов, которые объяснили природу Северное сияние. Чтобы финансировать свои исследования полярных сияний, он изобрел электромагнитная пушка и Процесс Биркеланда – Эйде из фиксация азот с воздуха. Биркеланд был номинирован на Нобелевская премия семь раз.[1][2]

Жизнь и смерть

Биркеланд родился в Христиании (Осло сегодня) Рейнарту Биркеланду и Ингеборг (урожденная 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 того, что Биркеланд был занят своей работой, они развелись в 1911 году.[4]

Страдает тяжелым паранойя из-за его использования Веронал в качестве снотворного, он умер при загадочных обстоятельствах в своей комнате в отеле Seiyoken в Токио в гостях у коллег по Токийский университет. Вскрытие показало, что Биркеланд принял 10 г веронала в ночь своей смерти вместо рекомендованных 0,5 г. Время смерти было определено в 7 часов утра 15 июня 1917 года.[1] Некоторые авторы утверждали, что он покончил жизнь самоубийством.[5] «На тумбочке лежал револьвер».[6]

Исследование

Кристиан Биркеланд

Биркеланд организовал несколько экспедиций в высокоширотные районы Норвегии, где он установил сеть обсерваторий под северными сияниями для сбора магнитное поле данные. Результаты Норвежской полярной экспедиции, проводившейся с 1899 по 1900 годы, содержали первое определение глобальной картины электрических токов в полярной области на основе измерений магнитного поля земли. Открытие Рентгеновские лучи вдохновил Биркеланда на разработку вакуумных камер для изучения влияния магнитов на катодные лучи. Биркеланд заметил, что электронный луч, направленный на намагниченный Terrella был направлен к магнитным полюсам и образовал световые кольца 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 солнечной поверхности и направлялись в Земля, и направил на Землю полярные регионы геомагнитным полем, где они создавали видимый Аврора. По сути, это теория полярного сияния сегодня.

Биркеланд предложил в 1908 году в своей книге Норвежская экспедиция Aurora Polaris 1902–1903 гг.[7] что полярные электрические токи, сегодня называемые авроральные электроджеты, были подключены к системе токов, которые текли вдоль силовых линий геомагнитного поля в полярную область и из нее. Такие продольные токи сегодня известны как Биркеланд течения в его честь. Он представил диаграмму продольных токов в книге, и эта диаграмма была воспроизведена на обратной стороне Банкнота 200 крон 7-й серии в правом нижнем углу, а его Terrella Эксперимент показан спереди слева, а справа - портрет Биркеланда. В книге об экспедиции 1902–1903 гг. Есть главы о магнитных бурях на Земля и их отношение к солнце, происхождение самого Солнца, Комета Галлея, и кольца Сатурн.

Видение Биркеландом того, что сейчас известно как Биркеланд течения стали источником споров, которые продолжались более полувека, поскольку их существование не могло быть подтверждено только на основании наземных измерений. Его теория оспаривалась и высмеивалась в то время как крайняя теория ведущими учеными,[1][8] наиболее печально известным британским геофизик и математик Сидней Чепмен который отстаивал общепринятую точку зрения, согласно которой токи не могут пересекать космический вакуум, и поэтому токи должны создаваться Землей. Теория полярного сияния Биркеланда продолжала отвергаться основными астрофизиками после его смерти в 1917 году. Она была особенно поддержана шведским ученым, занимающимся плазмой. 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 в космос был отправлен зонд. Важнейшие результаты были получены со спутника ВМС США 1963-38C, запущенного в 1963 году и несущего магнитометр выше ионосфера.[11] Магнитные возмущения наблюдались почти на каждом пролете над высокоширотными регионами Земли. Первоначально они интерпретировались как гидромагнитные волны, но позже выяснилось, что они были вызваны продольными токами или токами Биркеланда.

Масштабы исследовательских предприятий Биркеланда были таковы, что финансирование стало непреодолимым препятствием. Понимая, что технологические изобретения могут принести богатство, он разработал электромагнитная пушка и вместе с некоторыми инвесторами создали компанию по производству огнестрельного оружия. Пушка работала, за исключением того, что прогнозируемая им высокая дульная скорость (600 м / с) не была произведена. Максимум, который он мог получить от своей самой большой машины, составлял 100 м / с, что соответствовало неутешительной дальности полета снаряда всего в 1 км. Поэтому он переименовал устройство в воздушная торпеда и устроили демонстрацию с явной целью продать компанию. Во время демонстрации одна из катушек замкнулась и образовала сенсационную индукционную дугу, полную шума, пламени и дыма. Это был первый отказ любой из пусковых установок, построенных Биркеландом. Его легко могли отремонтировать и устроить очередную демонстрацию.

Однако судьба вмешалась в виде инженера по имени Сэм Эйд. На званом обеде всего неделю спустя Эйд сказал Биркеланду, что существует промышленная потребность в самой большой вспышке молнии, которую можно доставить на Землю, чтобы произвести искусственное удобрение. Биркеланд ответил: «Оно у меня!» Больше не было попыток продать компанию, производящую огнестрельное оружие, и он работал с Эйдом достаточно долго, чтобы построить плазменную дугу для процесс азотфиксации. Пара работала над созданием прототипа печи конструкции, которая была экономически выгодна для крупномасштабного производства. Получившаяся компания, Norsk Hydro, чрезвычайно обогатил Норвегию, и Биркеланд тогда пользовался достаточным финансированием для исследований, которые были его единственным реальным интересом.

В Процесс Биркеланда – Эйде относительно неэффективен с точки зрения потребления энергии. Поэтому в 1910-х и 1920-х годах в Норвегии его постепенно заменили комбинацией Процесс Габера и Оствальдский процесс.

В 1913 году Биркеланд, возможно, был первым, кто предсказал повсеместное распространение плазмы в космосе. Он писал: «Кажется естественным следствием нашей точки зрения предположение, что все пространство заполнено электронами и летающими электрическими ионами всех видов. Мы предположили, что каждая звездная система в 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, вероятно, был первым, кто успешно предсказал, 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 исключительно отрицательными или положительными лучами, но относятся к обоим видам».[12][13] Другими словами, солнечный ветер состоит как из отрицательных электронов, так и из положительных ионов.

Кристиан Биркеланд и его эксперимент с терреллой

Первая полная карта статистического расположения Биркеланд течения в полярной области Земли был разработан в 1974 году А.Дж. Змуда и Дж. К. Армстронг и усовершенствован Т. Иидзима в 1976 г.[14] и Т.А. Potemra[15][16][17]

Как ученый с широкими интересами, Биркеланд присоединился к контрольной комиссии NSFPS (= Норвежское общество психических исследований). К 1922 году в состав общества входили 299 человек: премьер-министр Гуннар Кнудсен, а также широкий круг врачей, профессоров и судовладельцев. Общество устраивало кружки экспериментов с танцевальными столами и автоматическое письмо, но привлекли больше внимания проведением контролируемых экспериментов с приглашенными иностранными среды. В 1912 году это был предполагаемый медиум Этта Вридт от Детройт, известный своим "духом" труба ", который был разоблачен как мошенник." Труба "миссис Вридт должна была говорить" духовным голосом ", среди прочего, Гипатия,[18] но в Норвегии "звуки трубы" были разоблачены как взрывы, произведенные калий и воды. Профессор Биркеланд воскликнул по этому поводу: "Якобы я против всех ведьма горит, но крохотная маленькая в честь миссис Вридт не помешала бы ». [19]

Наследие

Биркеланд теория Аврора был в конечном итоге подтвержден и принят как правильный.

Пример одного из его экспериментов изображен слева спереди от предыдущей версии Банкнота 200 норвежских крон; он показывает намагниченный Terrella, имитирующий Землю, подвешенный в откачанной камере. Лицо Биркеланда появляется во второй раз в виде водяного знака в пустом пространстве над рисунком Терреллы, а его рудиментарная магнитосфера появляется на спине, но видна только в ультрафиолетовом свете. Кольцо, окружающее магнитный полюс, изображенное на обратной стороне банкноты, похоже на узоры, предсказанные Биркеландом и недавно продемонстрированные спутниками. Его рисунок того, что стал известен как Биркеланд течения из его книги, Норвежская экспедиция Aurora Polaris 1902–1903 гг.,[7] показан на оборотной стороне банкноты справа.

В 2017 году Yara International заказала Яра Биркеланд, который станет первым в мире автономным судном, названным в честь Биркеланда. Он будет введен в эксплуатацию в 2018 году и будет полностью автономным к 2020 году.[20]

Цитаты

Представляется естественным следствием нашей точки зрения предположение, что все пространство заполнено электронами и летающими электрическими ионами всех видов. - Кристиан Биркеланд, 1913 г.[7]:720
Очень немногие одинокие пионеры добираются до высот, которые раньше не посещались. . . они создают условия жизни человечества, и большинство из них живет своим трудом. - Кристиан Биркеланд[1]:285

использованная литература

  1. ^ а б c d Люси Джаго (2001). Северное сияние. Нью-Йорк: Альфред А. Кнопф. ISBN  978-0-375-40980-6.
  2. ^ Потемра, Т.А. (1997). «Вклад Кристиана Биркеланда в космическую физику». Геомагнетизм и аэрономия с историческими примерами. Информационные бюллетени IAGA. 29/1997: 107. Bibcode:1997gash.conf..107P.
  3. ^ Хоккей, Томас (2009). Биографическая энциклопедия астрономов. Издательство Springer. ISBN  978-0-387-31022-0. Получено 22 августа 2012.
  4. ^ Профессор Альф Эгеланн. "Олав Кристиан Бернхард Биркеланд". Исследовательская группа по физике плазмы и космоса, Университет Осло.
  5. ^ Мурдин, П. (2001). «Биркеланд, Кристиан (1868–1917)». В Мурдине, П. (ред.). Энциклопедия астрономии и астрофизики. Энциклопедия астрономии и астрофизики. п. 5443. Bibcode:2001eaa..bookE5443.. Дои:10.1888/0333750888/5443. ISBN  978-0-333-75088-9.
  6. ^ Джон Густавсен (1 февраля 2016 г.). «Хальдде». Классекампен. п. 32.
  7. ^ а б c d Биркеланд, Кристиан (1908). Норвежская экспедиция Aurora Polaris 1902–1903 гг.. Нью-Йорк и Христиания (ныне Осло): H. Aschehoug & Co. распечатанный, полный текст онлайн
  8. ^ Шустер, Артур (март 1912 г.). «Происхождение магнитных бурь». Труды Королевского общества А. 85 (575): 44–50. Bibcode:1911RSPSA..85 ... 44S. Дои:10.1098 / rspa.1911.0019.
  9. ^ Альфвен, Ханнес (1939), «Теория магнитных бурь и полярных сияний», К. Свен. Ветенскапсакад. Handl., сер. 3, т. 18, нет. 3, стр. 1, 1939. Перепечатано частично с комментариями А. Дж. Десслера и Дж. Уилкокса в Eos, Trans. Am. Geophys. ООН., т. 51, стр. 180, 1970 год.
  10. ^ Чепмен, С. и Бартельс, Дж. (1940) Геомагнетизм, Тт. 1 и 2, Clarendon Press, Оксфорд.
  11. ^ Peratt, A. L .; Питер, В .; Снелл, К. М. (1990). "Трехмерное моделирование спиральных галактик" частицы в ячейках ". Материалы 140-го симпозиума МАС, 19–23 июня 1989 г.. Галактические и межгалактические магнитные поля. 140. С. 143–150. Bibcode:1990IAUS..140..143P. Дои:10.1007/978-94-009-0569-6_43. ISBN  978-0-7923-0705-1.
  12. ^ «Являются ли солнечные корпускулярные лучи, проникающие в атмосферу Земли, отрицательными или положительными?». Videnskapsselskapets Skrifter, I Mat - Naturv. Класс №1. Христиания, 1916 год.
  13. ^ Эгеланн, Альв; Берк, Уильям Дж. (2005). Кристиан Биркеланд: первый ученый-космонавт. Спрингер, Дордрехт, Нидерланды. п.80. ISBN  9781402032943. Солнечные корпускулярные лучи, которые проникают в атмосферу Земли, являются отрицательными или положительными лучами.
  14. ^ Сато, Т .; Иидзима, Т. (1979). «Первичные источники крупномасштабных течений Биркеланда». Обзоры космической науки. 24 (3): 347–366. Bibcode:1979ССРв ... 24..347С. Дои:10.1007 / BF00212423. S2CID  119848803.
  15. ^ Потемра, Т.А. (1978). «Наблюдение за течениями Биркеланда с помощью спутника TRIAD». Астрофизика и космическая наука. 58 (1): 207–226. Bibcode:1978Ap & SS..58..207P. Дои:10.1007 / BF00645387. S2CID  119690162.
  16. ^ Потемра, Т.А. (1985). «Продольные (Биркеландские) токи». Обзоры космической науки. 42 (3–4): 295–311. Bibcode:1985ССРв ... 42..295П. Дои:10.1007 / BF00214990. S2CID  120382629.
  17. ^ Потемра, Т.А. (1988). «Биркеландские токи в магнитосфере Земли». Астрофизика и космическая наука. 144 (1–2): 155–169. Bibcode:1988Ap и SS.144..155P. Дои:10.1007 / BF00793179 (неактивно 9 ноября 2020 г.).CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2020 г. (ссылка на сайт)
  18. ^ Кинг, Джон С. (1920) Рассвет пробужденного разума. Нью-Йорк, Компания Джеймса А. Макканна
  19. ^ Эмберленд, Терье и Петтерсен, Арнфинн (2006) «Религия на всю жизнь», стр. 257–8 в Åpent sinn eller høl i hue?, Гуманист, Осло, ISBN  82-92622-16-0
  20. ^ «Первый автономный корабль с нулевым уровнем выбросов». Yara International. 9 мая 2017. Получено 25 июля 2017.

дальнейшее чтение

Книги

Статьи

внешние ссылки