~ * Κρίστιαν Μπίρκλαντ * ~

 

Ο Kristian Olaf Bernhard Birkeland (13 Δεκεμβρίου 1867 – 15 Ιουνίου 1917) ήταν Νορβηγός επιστήμονας που αποκαλείται «ο πρώτος επιστήμονας του διαστήματος» και «ο πατέρας των πειραμάτων πλάσματος στο εργαστήριο και το διάστημα» . Είναι ίσως πιο γνωστός για την επιστημονική του εργασία σχετικά με το σέλας χρησιμοποιώντας μια τερέλα (μια μαγνητισμένη σφαίρα) και ως εφευρέτη ενός ηλεκτρομαγνητικού κανονιού και, μια μέθοδο ηλεκτρικής παραγωγής τεχνητού λιπάσματος. Έγινε επίσης τακτικός καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Όσλο σε ηλικία 31 ετών.

Η Birkeland είχε επίσης δημοσιεύσει αστροφυσική έρευνα σχετικά με τις καθοδικές ακτίνες,  τα Ζωδιακά φώτα,  κομήτες, τον Ήλιο και τις ηλιακές κηλίδες,  την προέλευση των πλανητών και των δορυφόρων τους,  τον μαγνητισμό της Γης. 

Μερικές από τις άλλες συνεισφορές του Birkeland στην επιστήμη περιελάμβαναν:  • Παρήγαγε τη γενική έκφραση για το διάνυσμα Poynting • Έδωσε την πρώτη γενική λύση στις εξισώσεις του Maxwell • Πρωτοπόρος στο πεδίο των δεσμών φορτισμένων σωματιδίων • Χρησιμοποίησε την έννοια της «διαμήκους μάζας • Κατασκεύασε τις πρώτες διόδους αλουμινίου • Πρωτοπόρος στον τομέα της φωτογραφίας ορατού φωτός των ηλεκτρικών εκκενώσεων • Υποστήριξε κινητήρες πρόωσης φορτισμένων σωματιδίων για διαστημικά ταξίδια • Δημιούργησε τη βιομηχανία αζωτούχων λιπασμάτων της Norsk Hydro (η μέθοδος Birkeland-Eyde για την παραγωγή νιτρικού καλίου) • Εφηύρε ένα πυροβόλο ηλεκτρομαγνητικό σιδηροδρομικό όπλο ικανό να εκτοξεύει ένα βλήμα 10 κιλών • Ίδρυσε την εταιρεία πυροβόλων όπλων της Birkeland • Αναμενόμενες κοσμικές ακτίνες (ανακαλύφθηκαν το 1911) με τους υπολογισμούς του που αφορούσαν ενέργειες πολλών δισεκατομμυρίων ηλεκτρον βολτ • Κατείχε διπλώματα ευρεσιτεχνίας για το ηλεκτρικό, blanketnon, το ηλεκτρομαγνητικό δοχείο  , στερεή μαργαρίνη και ακουστικά βαρηκοΐας.

Το 1969, όταν εντοπίστηκαν ρεύματα ευθυγράμμισης πεδίου στην ατμόσφαιρα της Γης, ονομάστηκαν προς τιμήν του: ρεύματα Birkeland . 

Διερεύνηση της σέλας

Μετά από ενθάρρυνση από τον καθηγητή των μαθηματικών του, ο Birkeland αγόρασε μια ράβδο μαγνητικής και διάβασε για τη μελέτη του William Gilbert (1544-1603) για τον μαγνητισμό της Γης και την τερέλα του κατασκευασμένη από φυσικά μαγνητισμένο lodestone. Ο Gilbert υπέθεσε ότι η Γη ήταν σαν ένας μαγνήτης ράβδου του οποίου ο μαγνητισμός ήταν κατά κάποιο τρόπο συνδεδεμένος με τον ηλεκτρισμό.

Οργάνωσε πολλές αποστολές σε περιοχές μεγάλου πλάτους της Νορβηγίας όπου ίδρυσε ένα δίκτυο παρατηρητηρίων κάτω από τις περιοχές του σέλας για τη συλλογή δεδομένων μαγνητικού πεδίου. Τα αποτελέσματα της Νορβηγικής πολικής αποστολής που διεξήχθη από το 1899 έως το 1900 περιείχαν τον πρώτο προσδιορισμό του παγκόσμιου μοτίβου των ηλεκτρικών ρευμάτων στην πολική περιοχή από μετρήσεις μαγνητικού πεδίου εδάφους. Η ανακάλυψη των ακτίνων Χ ενέπνευσε τον Birkeland να αναπτύξει θαλάμους κενού για να μελετήσει την επίδραση των μαγνητών στις καθοδικές ακτίνες. Ένα παράδειγμα ενός από τα πειράματά του απεικονίζεται στο αριστερό μπροστινό μέρος του τραπεζογραμματίου. Δείχνει μια μαγνητισμένη τερέλα , που προσομοιώνει τη Γη, αιωρούμενη σε ένα εκκενωμένο κουτί. Ο Birkeland παρατήρησε ότι μια δέσμη ηλεκτρονίων που κατευθύνεται προς την τερέλα οδηγήθηκε προς τους μαγνητικούς πόλους και παρήγαγε δακτυλίους φωτός γύρω από τους πόλους και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το σέλας θα μπορούσε να παραχθεί με παρόμοιο τρόπο. Ανέπτυξε μια θεωρία στην οποία ενεργητικά ηλεκτρόνια εκτοξεύονταν από ηλιακές κηλίδες στην ηλιακή επιφάνεια, κατευθύνονταν στη Γη και οδηγήθηκαν στις πολικές περιοχές της Γης από το γεωμαγνητικό πεδίο όπου παρήγαγαν το ορατό σέλας. Ο Birkeland προτάθηκε για το βραβείο Νόμπελ τουλάχιστον επτά φορές.

Κοσμικές θεωρίες

Το 1913, ο Birkeland μπορεί να ήταν ο πρώτος που προέβλεψε ότι το πλάσμα ήταν πανταχού παρόν στο διάστημα. Έγραψε: «Φαίνεται να είναι μια φυσική συνέπεια των απόψεών μας να υποθέσουμε ότι ολόκληρος ο χώρος είναι γεμάτος με ηλεκτρόνια και ιπτάμενα ηλεκτρικά ιόντα κάθε είδους. Υποθέσαμε ότι κάθε αστρικό σύστημα στις εξελίξεις εκτοξεύει ηλεκτρικά σωματίδια στο διάστημα. Δεν φαίνεται λοιπόν παράλογο να πιστεύουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος των υλικών μαζών στο σύμπαν βρίσκεται, όχι στα ηλιακά συστήματα ή στα νεφελώματα, αλλά στον «κενό» χώρο. 

Το 1916, ο Birkeland ήταν πιθανώς ο πρώτος άνθρωπος που πρόβλεψε με επιτυχία ότι ο ηλιακός άνεμος συμπεριφέρεται όπως όλα τα φορτισμένα σωματίδια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, «Από φυσική άποψη είναι πολύ πιθανό ότι αυτές οι νέες ηλιακές ακτίνες δεν είναι ούτε αποκλειστικά αρνητικές ούτε θετικές , αλλά και των δύο ειδών». Με άλλα λόγια, ο Ηλιακός Άνεμος αποτελείται τόσο από αρνητικά ηλεκτρόνια όσο και από θετικά ιόντα.

Ρεύματα «Birkeland» ευθυγραμμισμένα στο πεδίο

Ο Birkeland πρότεινε ότι τα πολικά ηλεκτρικά ρεύματα - που σήμερα αναφέρονται ως ηλεκτροπίδακες σέλας - συνδέονταν με ένα σύστημα ρευμάτων που έρεαν κατά μήκος των γραμμών γεωμαγνητικού πεδίου προς και μακριά από την πολική περιοχή. Παρείχε ένα διάγραμμα ευθυγραμμισμένων ρευμάτων πεδίου στο βιβλίο του, « The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903 ». Αυτό το διάγραμμα αναπαράγεται στο πίσω μέρος του τραπεζογραμματίου στην κάτω δεξιά γωνία. Αυτό το βιβλίο περιέχει κεφάλαια για τις μαγνητικές καταιγίδες στη Γη και τη σχέση τους με τον Ήλιο, την προέλευση του ίδιου του Ήλιου, τους κομήτες και τους δακτυλίους του Κρόνου. Το όραμα του Birkeland για τα ευθυγραμμισμένα ρεύματα έγινε η πηγή μιας διαμάχης που συνεχίστηκε για ένα τέταρτο του αιώνα, επειδή η ύπαρξή τους δεν μπορούσε να επιβεβαιωθεί μόνο από επίγειες μετρήσεις.

Η απόλυτη απόδειξη των ρευμάτων ευθυγράμμισης πεδίου του Birkeland θα μπορούσε να προέλθει μόνο από παρατηρήσεις που έγιναν πάνω από την ιονόσφαιρα με δορυφόρους. Ένα μαγνητόμετρο σε έναν δορυφόρο πλοήγησης του αμερικανικού ναυτικού που εκτοξεύτηκε το 1963 παρατήρησε μαγνητικές διαταραχές σχεδόν σε κάθε πέρασμα πάνω από τις περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους της Γης.

Οι μαγνητικές διαταραχές αρχικά ερμηνεύτηκαν ως υδρομαγνητικά κύματα, αλλά σύντομα έγινε αντιληπτό ότι οφείλονταν σε ρεύματα ευθυγραμμισμένα με το πεδίο ή σε ρεύματα Birkeland. Ο πρώτος πλήρης χάρτης της στατιστικής θέσης των ρευμάτων Birkeland στην πολική περιοχή της Γης αναπτύχθηκε το 1974 από τους AJ Zmuda και JC Armstrong και βελτιώθηκε το 1976 από τους T. Iijima και TA Potemra από δορυφορικές παρατηρήσεις μαγνητικού πεδίου.

Ο δακτύλιος που περιβάλλει τον μαγνητικό πόλο που απεικονίζεται στο πίσω μέρος του χαρτονομίσματος είναι παρόμοιος με τα μοτίβα του Birkeland και το ρεύμα που προέρχεται από δορυφόρους. Το πρόσωπο του Birkeland εμφανίζεται για δεύτερη φορά σε ένα υδατογράφημα στον κενό χώρο πάνω από το σχέδιο της Terrella, και η υποτυπώδης μαγνητόσφαιρά του εμφανίζεται στο πίσω μέρος αλλά είναι ορατή μόνο κάτω από το υπεριώδες φως.

Εισαγωγικά

Φαίνεται ότι είναι φυσικό επακόλουθο των απόψεών μας να υποθέσουμε ότι ολόκληρος ο χώρος είναι γεμάτος με ηλεκτρόνια και ιπτάμενα ηλεκτρικά ιόντα κάθε είδους. — Κρίστιαν Μπίρκλαντ

Πολύ λίγοι μοναχικοί πρωτοπόροι κατευθύνονται σε ψηλά μέρη που δεν έχουν επισκεφτεί ποτέ στο παρελθόν. . . δημιουργούν τις συνθήκες διαβίωσης της ανθρωπότητας και η πλειοψηφία ζει με τη δουλειά τους. — Κρίστιαν Μπίρκλαντ

https://www.plasma-universe.com/kristian-birkeland/#Investigating_the_aurora