Kristian Olaf Bernhard Birkeland (13 de diciembre de 1867-15 de junio de 1917) fue un científico noruego . Es mejor recordado por sus teorías de las corrientes eléctricas atmosféricas que aclararon la naturaleza de la aurora boreal . Para financiar su investigación sobre las auroras, inventó el cañón electromagnético y el proceso Birkeland-Eyde de fijar nitrógeno del aire. Birkeland fue nominado al Premio Nobel en siete ocasiones. [1] [2]
Kristian Olaf Bernhard Birkeland | |
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Nació | |
Fallecido | 15 de junio de 1917 Tokio , japón | (49 años)
Nacionalidad | noruego |
Ciudadanía | Reino de Noruega (1867-1917) |
Conocido por | Corriente de Birkeland Proceso Birkeland-Eyde Investigación sobre la aurora boreal Coilgun Solar wind Substorm |
Esposos) | Ida Charlotte Hammer |
Carrera científica | |
Campos | Física |
Instituciones | La Universidad Royal Frederick |
Vida y muerte
Birkeland nació en Christiania ( hoy Oslo ) hijo de Reinart Birkeland e Ingeborg (de soltera Ege) [3] y escribió su primer artículo científico a la edad de 18 años. Birkeland se casó con Ida Charlotte Hammer en mayo de 1905. No tuvieron hijos y, debido a La preocupación de Birkeland por su trabajo, se divorciaron en 1911. [4]
Sufriendo de paranoia severa debido a su uso de Veronal como ayuda para dormir, murió en circunstancias misteriosas en su habitación en el Hotel Seiyoken en Tokio mientras visitaba a colegas en la Universidad de Tokio . Una autopsia reveló que Birkeland había tomado 10 g de veronal la noche en que murió, en lugar de los 0,5 g recomendados. La hora de la muerte se estimó a las 7 de la mañana del 15 de junio de 1917. [1] Algunos autores han afirmado que se suicidó. [5] "En la mesita de noche hay un revólver". [6]
Investigar
Birkeland organizó varias expediciones a las regiones de alta latitud de Noruega, donde estableció una red de observatorios bajo las regiones aurorales para recopilar datos de campos magnéticos . Los resultados de la Expedición Polar Noruega realizada entre 1899 y 1900 contenían la primera determinación del patrón global de corrientes eléctricas en la región polar a partir de mediciones del campo magnético terrestre. El descubrimiento de los rayos X inspiró a Birkeland a desarrollar cámaras de vacío para estudiar la influencia de los imanes en los rayos catódicos. Birkeland notó que un haz de electrones dirigido hacia una terrella magnetizada fue guiado hacia los polos magnéticos y produjo anillos de luz alrededor de los polos y concluyó que la aurora podría producirse de manera similar. Desarrolló una teoría en la que los electrones energéticos eran expulsados de las manchas solares en la superficie solar, dirigidos a la Tierra y guiados a las regiones polares de la Tierra por el campo geomagnético donde producían la aurora visible . Esta es esencialmente la teoría de la aurora hoy.
Birkeland propuso en 1908 en su libro The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903 [7] que las corrientes eléctricas polares, hoy denominadas electrojets aurorales , estaban conectadas a un sistema de corrientes que fluían a lo largo de las líneas del campo geomagnético dentro y fuera de la región polar. . Estas corrientes alineadas con el campo se conocen hoy como corrientes de Birkeland en su honor. Proporcionó un diagrama de corrientes alineadas en el campo en el libro, y este diagrama se reprodujo en la parte posterior del billete de banco noruego de 200 coronas de la séptima serie en la esquina inferior derecha, y su experimento de terrella se muestra en el frente a la izquierda con un retrato. de Birkeland a la derecha. El libro sobre la expedición de 1902-1903 contiene capítulos sobre tormentas magnéticas en la Tierra y su relación con el Sol , el origen del Sol mismo, el cometa Halley y los anillos de Saturno .
La visión de Birkeland de lo que ahora se conoce como corrientes de Birkeland se convirtió en la fuente de una controversia que se prolongó durante más de medio siglo, porque su existencia no pudo ser confirmada únicamente a partir de mediciones terrestres. Su teoría fue discutida y ridiculizada en ese momento como una teoría marginal por los científicos convencionales, [1] [8] más notoriamente por el eminente geofísico y matemático británico Sydney Chapman, quien argumentó la opinión generalizada de que las corrientes no pueden atravesar el vacío del espacio y, por lo tanto, las corrientes tenían que ser generadas por la Tierra. La teoría de la aurora de Birkeland continuó siendo rechazada por los astrofísicos convencionales después de su muerte en 1917. Fue defendida notablemente por el científico de plasma sueco Hannes Alfvén , [9] pero el trabajo de Alfvén a su vez también fue cuestionado por Chapman. [10]
La prueba de la teoría de la aurora de Birkeland solo llegó en 1967 después de que se envió una sonda al espacio. Los resultados cruciales se obtuvieron del satélite 1963-38C de la Marina de los EE. UU., Lanzado en 1963 y que llevaba un magnetómetro por encima de la ionosfera . [11] Se observaron perturbaciones magnéticas en casi cada paso sobre las regiones de latitudes altas de la Tierra. Estas se interpretaron originalmente como ondas hidromagnéticas, pero en un análisis posterior se descubrió que se debían a corrientes de Birkeland o alineadas con el campo.
La escala de las empresas de investigación de Birkeland fue tal que la financiación se convirtió en un obstáculo abrumador. Reconociendo que la invención tecnológica podría traer riqueza, desarrolló un cañón electromagnético y, con algunos inversores, formó una empresa de armas de fuego. La pistola de bobina funcionó, excepto que no se produjeron las altas velocidades de salida que predijo (600 m / s). Lo máximo que pudo obtener de su máquina más grande fue de 100 m / s, lo que corresponde a un decepcionante alcance del proyectil de solo 1 km. Así que cambió el nombre del dispositivo a torpedo aéreo y organizó una demostración con el objetivo expreso de vender la empresa. En la demostración, una de las bobinas se cortocircuitó y produjo un arco inductivo sensacional con ruido, llamas y humo. Este fue el primer fallo de cualquiera de los lanzadores que Birkeland había construido. Fácilmente podría haber sido reparado y organizado otra manifestación.
Sin embargo, el destino intervino en la forma de un ingeniero llamado Sam Eyde . En una cena solo una semana después, Eyde le dijo a Birkeland que existía una necesidad industrial del mayor destello de relámpago que se pueda traer a la Tierra para producir fertilizantes artificiales . La respuesta de Birkeland fue: "¡Lo tengo!" No hubo más intentos de vender la compañía de armas de fuego, y trabajó con Eyde solo el tiempo suficiente para construir un dispositivo de arco de plasma para el proceso de fijación de nitrógeno . La pareja trabajó para desarrollar el horno prototipo en un diseño que fuera económicamente viable para la fabricación a gran escala. La empresa resultante, Norsk Hydro , enriqueció enormemente a Noruega, y Birkeland luego disfrutó de una financiación adecuada para la investigación, su único interés real.
El proceso Birkeland-Eyde es relativamente ineficiente en términos de consumo de energía. Por lo tanto, en las décadas de 1910 y 1920, fue reemplazado gradualmente en Noruega por una combinación del proceso Haber y el proceso Ostwald .
En 1913, Birkeland pudo haber sido el primero en predecir que el plasma era omnipresente en el espacio. Escribió: "Parece ser una consecuencia natural de nuestros puntos de vista asumir que todo el espacio está lleno de electrones e iones eléctricos voladores de todo tipo. Hemos asumido que cada sistema estelar en las evoluciones arroja corpúsculos eléctricos al espacio No parece descabellado, por tanto, pensar que la mayor parte de las masas materiales del universo se encuentran, no en los sistemas solares o nebulosas, sino en el espacio 'vacío' ". [7]
En 1916, Birkeland fue probablemente la primera persona en predecir con éxito que el viento solar se comporta como todas las partículas cargadas en un campo eléctrico: "Desde un punto de vista físico, lo más probable es que los rayos solares no sean exclusivamente rayos negativos ni positivos, pero de ambos tipos ". [12] [13] En otras palabras, el viento solar consta de electrones negativos e iones positivos.
El primer mapa completo de la ubicación estadística de las corrientes de Birkeland en la región polar de la Tierra fue desarrollado en 1974 por AJ Zmuda y JC Armstrong y perfeccionado en 1976 por T. Iijima [14] y TA Potemra [15] [16] [17]
Como académico con amplios intereses, Birkeland se unió a la comisión de control de NSFPS (= Sociedad Noruega de Investigación Psíquica). Los 299 miembros de la sociedad incluían, en 1922, personas como el primer ministro Gunnar Knudsen , así como una amplia gama de médicos, profesores y armadores. La sociedad organizó círculos experimentando con mesas de baile y escritura automática , pero atrajo más atención organizando experimentos controlados con médiums extranjeros invitados . En 1912 fue la supuesta médium Etta Wriedt de Detroit , famosa por su " trompeta espiritual ", quien fue denunciada como un fraude. La "trompeta" de la Sra. Wriedt debería haber estado hablando con la "voz espiritual" de, entre otros, Hipatia , [18] pero en Noruega los "golpes de trompeta" fueron expuestos como explosiones producidas por potasio y agua . El profesor Birkeland exclamó en esa ocasión: "Supuestamente estoy en contra de todas las quemas de brujas , pero una pequeña en honor a la Sra. Wriedt no habría sido un obstáculo". [19]
Legado
La teoría de Birkeland de la aurora fue finalmente confirmada y aceptada como correcta.
Un ejemplo de uno de sus experimentos se muestra en el anverso izquierdo de una versión anterior del billete noruego de 200 coronas ; muestra una terrella magnetizada , simulando la Tierra, suspendida en una cámara de vacío. El rostro de Birkeland aparece por segunda vez en una marca de agua en el espacio en blanco sobre el dibujo de la Terrella, y su magnetosfera rudimentaria aparece en la parte posterior, pero solo es visible bajo luz ultravioleta. El anillo que rodea el polo magnético representado en la parte posterior del billete de banco es similar a los patrones predichos por Birkeland y mostrados más recientemente por los satélites. Su dibujo de lo que se conoció como corrientes de Birkeland de su libro, La expedición noruega Aurora Polaris 1902-1903 , [7] se muestra en la parte posterior del billete de banco a la derecha.
En 2017, Yara International encargó el Yara Birkeland , que será el primer barco autónomo del mundo y lleva el nombre de Birkeland. Entrará en servicio en 2018 y será totalmente autónomo en 2020. [20]
Citas
- Parece ser una consecuencia natural de nuestros puntos de vista suponer que todo el espacio está lleno de electrones e iones eléctricos voladores de todo tipo. - Kristian Birkeland 1913 [7] : 720
- Muy pocos pioneros solitarios se dirigen a lugares altos nunca antes visitados. . . crean las condiciones de vida de la humanidad y la mayoría vive de su trabajo. - Kristian Birkeland [1] : 285
Referencias
- ↑ a b c d Lucy Jago (2001). La aurora boreal . Nueva York: Alfred A. Knopf. ISBN 978-0-375-40980-6.
- ^ Potemra, TA (1997). "Las contribuciones de Kristian Birkeland a la física espacial". Geomagnetismo y aeronomía con estudios de casos históricos especiales. Boletines de IAGA . 29/1997: 107. Bibcode : 1997gash.conf..107P .
- ^ Hockey, Thomas (2009). La enciclopedia biográfica de astrónomos . Springer Publishing . ISBN 978-0-387-31022-0. Consultado el 22 de agosto de 2012 .
- ^ Profesor Alf Egeland. "Olav Christian Bernhard Birkeland" . Grupo de Investigación de Física del Plasma y del Espacio, Universidad de Oslo .
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- ^ a b c d Birkeland, Kristian (1908). La expedición noruega Aurora Polaris 1902-1903 . Nueva York y Christiania (ahora Oslo): H. Aschehoug & Co. agotado, texto completo en línea
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- ^ Alfvén, Hannes (1939), "Teoría de las tormentas magnéticas y de las auroras", K. Sven. Vetenskapsakad. Handl ., Ser. 3, vol. 18, no. 3, pág. 1, 1939. Reimpreso en parte, con comentarios de AJ Dessler y J. Wilcox, en Eos, Trans. Soy. Geophys. Un ., Vol. 51, pág. 180, 1970.
- ^ Chapman, S. y Bartels, J. (1940) Geomagnetismo , Vols. 1 y 2, Clarendon Press, Oxford.
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- ^ "El primer barco autónomo con cero emisiones" . Yara International. 9 de mayo de 2017 . Consultado el 25 de julio de 2017 .
Otras lecturas
Libros
- Texto completo de la expedición noruega Aurora Polaris 1902-1903 (158 MB)
- Kristian Birkeland, el primer científico espacial (2005) ISBN 1-4020-3293-5 por Egeland, Alv, Burke, William J.
- Lucy Jago (2002). La aurora boreal . Londres: Penguin Books. ISBN 0-14-029015-XISBN 9780140290158
Artículos
- Más artículos del Sistema de datos astrofísicos de la NASA
- Egeland, A .; Leer, E. (1986). "Profesor Kr. Birkeland: su vida y obra". Transacciones IEEE sobre ciencia del plasma . 14 (6): 666–677. Código Bibliográfico : 1986ITPS ... 14..666E . doi : 10.1109 / TPS.1986.4316617 . ISSN 0093-3813 . S2CID 24859758 .