Kristian Birkeland. Mennesket og Forskeren

Like dokumenter
Nordlyset eller Hva kan vi lære av nordlysstudier? Dag A. Lorentzen, Assoc. Prof., Space Physics Dept. of Geophysics UNIS

Stråling fra rommet. 10. November 2006

Sitronelement. Materiell: Sitroner Galvaniserte spiker Blank kobbertråd. Press inn i sitronen en galvanisert spiker og en kobbertråd.

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

Det dynamiske nordlyset: Kva fortel det om jorda sin vekselverknad med det nære verdsrommet?

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

Emneevaluering GEOV272 V17

Of all the places in the world, I love to stay at Grandma Genia and

Ole Isak Eira Masters student Arctic agriculture and environmental management. University of Tromsø Sami University College

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

IPCC, From emissions to climate change

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 9: Solen De store gassplanetene og noen av deres måner

Fagevalueringsrapport FYS Diffraksjonsmetoder og elektronmikroskopi

Stråling - Nordlys. 10. November 2006

Slope-Intercept Formula

HONSEL process monitoring

Trigonometric Substitution

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Administrasjon av postnummersystemet i Norge Post code administration in Norway. Frode Wold, Norway Post Nordic Address Forum, Iceland 5-6.

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

PARABOLSPEIL. Still deg bak krysset

FIRST LEGO League. Härnösand 2012

Generalization of age-structured models in theory and practice

GEO326 Geografiske perspektiv på mat

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

PrO-ASTM Centrifuges. Centurion. C1015 Micro Prime Centrifuge. A Micro that offers: Oil testing. Petroleum testing, ASTM methods

Hvor mye teoretisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

Little Mountain Housing

Perpetuum (im)mobile

GYRO MED SYKKELHJUL. Forsøk å tippe og vri på hjulet. Hva kjenner du? Hvorfor oppfører hjulet seg slik, og hva er egentlig en gyro?

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

European Organization for Nuclear Research. , "CERN for Videregående"

ALPIN SVING TEKNIKK: ET MEKANISK PERSPEKTIV

Ph.d-utdanningen. Harmonisering av krav i Norden

SVM and Complementary Slackness

Newtons fargeskive. Regnbuens farger blir til hvitt. Sett skiva i rask rotasjon ved hjelp av sveiva.

melting ECMI Modelling week 2008 Modelling and simulation of ice/snow melting Sabrina Wandl - University of Linz Tuomo Mäki-Marttunen - Tampere UT

Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Kap. 27 Magnetisme. Kraft på ledningsbit. Kap 27

Accuracy of Alternative Baseline Methods

AAR4620 Architectural Design with Light and Colour - autumn 2016

matematikk s F4814A8B1B37D77C639B3 Matematikk S1 1 / 6

Start Here USB *CC * *CC * USB USB

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

REMOVE CONTENTS FROM BOX. VERIFY ALL PARTS ARE PRESENT READ INSTRUCTIONS CAREFULLY BEFORE STARTING INSTALLATION

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

Han Ola of Han Per: A Norwegian-American Comic Strip/En Norsk-amerikansk tegneserie (Skrifter. Serie B, LXIX)

Baltic Sea Region CCS Forum. Nordic energy cooperation perspectives

Universet som forsvant. Are Raklev

The building blocks of a biogas strategy

Numerical Simulation of Shock Waves and Nonlinear PDE

Databases 1. Extended Relational Algebra

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

ESERO AKTIVITET Grunnskole og vgs

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

Graphs similar to strongly regular graphs

Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Kap. 27 Magnetisme. Kraft på ledningsbit. Kap 27

RF Power Capacitors Class kV Discs with Moisture Protection

Internasjonalt gradssamarbeid, hva og hvordan. Internasjonaliseringskonferansen 2014, torsdag 6. mars, kl. 10:30, Rådssalen

Du må håndtere disse hendelsene ved å implementere funksjonene init(), changeh(), changev() og escape(), som beskrevet nedenfor.

Call function of two parameters

Eksamensoppgaver til SOSANT1101. Regional etnografi: jordens folk og kulturelt mangfold. Utsatt skoleeksamen 15. desember 2011 kl.

Jeroen Stil Institute for Space Imaging Science. University of Calgary

P(ersonal) C(omputer) Gunnar Misund. Høgskolen i Østfold. Avdeling for Informasjonsteknologi

SOME EMPIRICAL EVIDENCE ON THE DECREASING SCALE ELASTICITY

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

UNIVERSITETET I OSLO

Climate change and adaptation: Linking. stakeholder engagement- a case study from

Romvær og lysende plasmaskyer effekter I jordas ionosfære

Kartleggingsskjema / Survey

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

AvtaleGiro beskrivelse av feilmeldinger for oppdrag og transaksjoner kvitteringsliste L00202 levert i CSV fil

Guidance. CBEST, CSET, Middle Level Credential

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

LHC sesong 2 er i gang. Hva er det neste store for CERN?

Innholdsfortegnelse... 1 Endringslogg UD BETALINGSTERMINAL NETS NEW DRIVERS FULL SUPPORT WINDOWS

SAMPOL115 Emneevaluering høsten 2014

Sunspotter. Klasseromressurs for skoleelever

Forskerseminar Havet og kysten PROOFNY & OLF. Toril Røe Utvik Einar Lystad

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kap 27

Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research - ALOMAR. v/ Barbara Lahnor, prosjektingeniør ALOMAR barbara@rocketrange.

#NNThe micromorphology of some Norwegian forest soils

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kortfatta målsetning:

stjerneponcho for voksne star poncho for grown ups

Eksamensoppgaver til SOSANT1101. Regional etnografi: jordens folk og kulturelt mangfold. Utsatt skoleeksamen 12. desember 2013 kl.

TDT4117 Information Retrieval - Autumn 2014

Quality in career guidance what, why and how? Some comments on the presentation from Deidre Hughes

Fysikk og virkelighetsoppfatning

2A September 23, 2005 SPECIAL SECTION TO IN BUSINESS LAS VEGAS

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Elektromagnetisk bølge 1/23/2017. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

05/08/2002 Bugøynes. 16/08/2002 Bugøynes

RF Power Capacitors Class1. 5kV Discs

Neural Network. Sensors Sorter

Institutt for fysikk Kontaktperson ved eksamen: Professor Berit Kjeldstad

Gol Statlige Mottak. Modul 7. Ekteskapsloven

Kvantemekanisk sammenfiltring

Transkript:

Kristian Birkeland Mennesket og Forskeren A. Egeland Fysisk institutt Universitetet i Oslo

Innhold 3. C.V. for Professor Birkeland 5. Industriforskeren 3. Naturvitenskapsmannen 4: Birkelands arbeid med Nordlys & Geomagnetiske Forstyrrelser 5: Birkelands Univers sola, kometer, Saturns ringer - Historien om Birkeland strømmene, jii 6: Birkelands Liv og Virke 7: Konklusjoner

OLAF KRISTIAN Født: BERNHARD BIRKELAND 13.12.1867 i Kristiania (Oslo fra 1925). 1880-90: Utdannelse 1890-98: Lærer og Uni. Stipendiat UiK. 1893-95: Postgrad. Studier ved a) France (H. Poincaré) *** b) Switzerland (Sarasin and de la Rive) c) Germany (H. Hertz and Philippe E Lenard) 1885-1895: Postgrad. Forskning 1895: Begynte med Sol-Jord fysikk. 1897: Medlem i Vit.- Academy 1898: Professor i fysikk. 1914-17: 1917: Egypt-oppholdet. Døde i Japan, 49,5 år. Publiserte: 88 scientific avhandlinger(> 50 i Comptes Rendus) og 3 bøker. Hovedavh. 800 sider i stort format. Birkeland hadde 60 patenter.

Industriforskeren Birkelands 60 patenter. Mest kjente er: 7. Birkelands elektromagnetiske kanon (190103). 8. Etableringen av Norsk Hydro A/S i 1905. Thomson(1851-1916) skrev i 1906 Bound to confess, a fully developed industrial process worked wonderful 3. Elektriske brytere/koblinger: 4. Radiobølger og røntgen stråler. 5. I 1906 (6 år før Bohrs og Rutherfordes teorier) søker Birkeland Wallenberg, bankfamilien i Stockholm, om penger for å utnytte atom energi.

Birkelands kanon ~ 3 m ca (2000 V & 50 000A). Brukt i US railguns STAR WAR program.

Birkeland skjøt papegøyen (fra vittighetsbladet Vikingen)

Birkelands demonstrasjon gallaforedrag i Gamle Festsal, UiO.

Nitrogenprosessen, 1905 El. Power H2O NO Abs. HNO3 N -oxidation O2 Air N2+O2 N2 + O2 = 2NO 4NO+ 2H2O + 3O2 = 4HNO3

Birkeland-Eyde prosessen 4000K NO is also decomposing O N N O N2 O2 N O NO 58,78 % N N 0,32 % 7,91 % 31,96 % O 1,04 % N N N O O 3500K Max NO is formed N2 O2 N O NO N O 69,88 % 7,70 % 0,16 % 20,52 % 1,75 % NN O NO NN OO NN OO 2200K reaction become slow N2 O2 N O NO NN 76,50 % 17,43 % 0,00 % OO 5,11 % 0,96 % O

Flammeskiven som reddet verden fra sult. Elektrodene Magnet polen The electric arc is forming an alternating flat hemisphere on both sides of the two electrodes Once the arc was established, the air was ionised, and the arc was burning like a stable white flame

Første Norsk Hydro fabrikken (1905) med 2000 ansatte. 600 kg saltpeter per /kw-år. 75000 liter luft/min gjennom ovnen. (Kost: 1kr for 600 kwh) 3

Kongen besøker den nye fabrikken og Adminiet på Notodden

Birkelands publikasjoner før univ. eksamen På gymnaset skrev han en18sider avhandling Une methode enumerative de la geometrie, senere trykt i Comptes Rendus. 3 andre math. papers før student-eksamen i 1890. 8 teoretiske avhandlinger relatert til elektromagnetiske bølger; 1890-95

Første side av COMPTES RENDUS. First general solution of Maxwell s eqs. (1895). Et 51 p. paper i Archives SPN.

Eksperimenter fra 1895: Magnetisk linse. Skrev bokstaver & simulerte plasma-ball toys. Oppdaget elektronet?

Birkelands Nordlyskrukke Utlandningsrør med bevegelig magnet (1896)!

Kjent om Nordlyset før 1895 Aurora navnet: 7. Ikke polarisert? 8. Statistisk resultat Nordlyssonen ( 23º ) 9. Aurora - Solflekker

Birkelands Nordlysteori Et Bud fra Solen Var Katodestråler bølger eller partikler? Jordas magnetfelt strålene (nordlysets) veiviser. En ny type sol-jord forbindelse som trosset gravitasjonen.

Sol- Jord forbindelser ~1900 1892, Lord Kelvin den store 1900 fysikeren, ved Royal Society: No matter passes between the Sun and the Earth. Kelvins konklusjon avvist av Birkeland Kelvin: Forced to conclude that the supposed connection between magnetic storms and sunspot is unreal. Agreement - mere coincidense. No mention of copuscular radiation from the Sun. For å slippe ut fra Solens gravitasjon, v > 620 km/s. For H+ ~ 2 kev.eller T > 106; i. e. 400 ganger > e-m radiation. Feil måte å tenke på

Birkelands laboratorie simuleringer Først UTLADNINGSRØR 1895: Med en flyttbar magnet på utsiden Producedgas Laboratorie nordlys i 10 forskjellige utladningsrør 1901-1913: Terrella eksperimentene Mange forskjellige Terralla kammere NB: Sylinder/kule formedeterrellaer (10 ) dimensjoner fra 2.5, 4-36 cm. (70 cm.) Senere kubiske terrella kamera (15, 30, 70, 340, 1000 l): cf. 200 kr seddelen. Strømmen for B-feltet 10 30 A. Tok samtidige bilder fra 8 forskjellige retninger og med mange skjermer.

Prinsippet for selve TERRELLAEN.

Terrella simuleringen.

Birkelands 16 forskjellige laboratorie kammera.

Kunstig nordlys og partikkel baner

Birkelands Terrella laboratorium

Birkeland & Størmer simuleringer og baneberegninger.

Birkelands store nordlys og magnetiske ekspedisjoner 3. 3 polare eksp., 1) 1897, 2)1899-1900, Første Nordlysobs. 1899 (B. 1901) Haldde & Talvik; 3.5 km mellom stas., 900 moh. 70º λ ~ 67º Λ. 2. -3) 1902-1903; 4 Bj stasjoner, ~ 1000 km mellom. - Global dekning? 3. - Electriske part. Og jii NB viktig for Birkeland;, diskutert til 1930- og 1970-årene; - Birkeland strøm systemet (Aurora + ΔBE ),

Nordlys over Haldde stasjonen. Første aurora fotografi?

Birkeland s andre bok 1901. NB. Merk det rene norske flagget!

I 1901 presenterte Birkeland for første gang det globale to-celle konveksjonen: plasma drift baner - elektriske strøm baner i polar regionen, basert på ΔBE målinger. 12 18 24

Birkeland med Novaja Zemlja assistenter.

Birkelands Hovedavhandling

Birkelands klassifikasjon av magnetiske forstyrrelser a) Ekvatorielle forstyrrelser. b) Polar elementary storms. c) Cyclo-median stormer. 4. Birkeland inførte "the auroral electrojet, 5. Beregnet strømmen til 5*105 2*106 A (h > 100 km). 3. Birkeland studerte individuelle stormer ikke statistiske middelverdier. 4. Birkeland's geomagnetic data unsurpassed in quality and coverage until IGY.

A typical polar elementary disurbance. The figure shows current arrows and also the vertical pertubation (marked to the left of the current arrow if it is downward and to the right if it is upwards.) Note that the scales for the polar stations arer reduced by a factor 1/5 or ½. (After Birkeland, 1908)

Birkeland s original figure of the current system for polar elementary storms. The vertical curents which follow the earth s magnetic field are now called Birkeland currents (cf. The text)

Illustrasjon fra hans hoved avhandling

Birkeland s Bud fra Solen B. s hovedbudskap a) Solen sender ut elektrisk ladde partikler & b) Elektriske strømmer - jii. Er forbindelseslinjen fra jorden til solen Den Britiske skolen avviste begge teoriene aspects. Partikkel slaget vunnet ~ 1930. jii ~ 1967?. B. Foreslo også: Sterke e-m krefter på solen og universet. & Materie 8 p/cm-3 - i interplanetare rommet.

Sydney Chapman (1888-1970) Covered a wide range of physics problemes. He and coworkers modeled studied the average characteristics of geomagnetic storms by a different methodologies than Birkeland. Main difference was on interpretation. Chapman influenced by Kelvin, Schuster(1911) & Lindeman (1919) looked for a different source natural plasma motions together with E-fields. (C. paper in 1918 close to B s theory.) Chapman s system of equivalent currents allowed plasma to escape from Sun. Solar energetic particles in Chapman & Ferraro(1931. Vasyliunas (1970: ( Equivalent currents required no jii.) C.-67 The apparently unshakable hold on B.s mind, of his basic but invalid conception of intense electron beams, mingled error inextricably with truth on his presentation on auroras and magnetic storms.

Hvorfor ble Birkelands resultater negligert for 50 år? Chapman s leadership (1920-1960) in the study of ΔBj: Vigorously promoted current systems completely within the ionosphere. Equivalent current did not require jii.?? Interplanetary space was VACUUM. The British school vs. The Scandinavian: 5. Average morphology vs event studies; eliminated individual fluctuations. 6. ΔB = A unitary phenomenon (Birkeland; not realized his model fatally flawed?) (Chapman Bartel s, (1940)p. 317-326) - The inadequacy of Birkeland s current system; The result favoured my system), discarded j11 7. - They made a wrong modification - unintentional? of Birkeland s idea and misrepresented his current system. 8. Fukushima: Discovered,1969 than B s & Vestine//Chapman same results. (next Figure)

Chapman (C), Birkeland (A). Middel kurve Chapman & Vestin s (1938) representasjon av B.s strøm system. Bunn; korrekt representasjon (Fukushima,1969).

Large jii & ja-e to explain ΔBE and auroras, and couplings to interplanetary space. B s current of 106 A required a solar souce. * With only ground obs. impossible to estimate the present of j. Mathematical models & 3-dim currents. jii observed -67 (-70). Why so late? Poor sat. stabilization Often bar magnets. ΔB due to jii ~300 nt; B-tilt ~< 0,5 degree. II Three-axis mes. after 1970.

Boundary Layers

Birkelands strømmer viktig fot 1. Nordlys stråler, buer,draperier 2. Auroral electrojets 3.Magnetospheric inverted V nedbør 4. Flux ropes (Venus) Solar structures, coronal streamers Cometary tails Interstellar clouds Plasma within galaxies

Birkeland strømmer som par eller i flater, forbindder magnetosfæren med ionosfæren.

Birkelands strømmer 3) Birkeland inførte jii I verdensroimmet. ΔBE nøye korrelert med nordlys. Må ha en energi kilde 106 A. Strøm kontinuitet og kraft balanse. Par av elektriske strømmer mot og fra jorda knyttet til øst-vest linje- strømmen over jorda. 6) Dessler (1966+ Cummings), Zmuda & Armstrong (1970), Iijima & Potemra (-76) 8) Siden 1970 satellitter har vist at jorda er omgitt av et gigantisk strøm system. 10)Burke (2005) E-m power > 500 TW, jii > 107 A. Ingen stor ΔB. Ikke mulig å få en realist løsning uten målinger ute I rommet.

The Universe as a Vacuum Chamber Birkeland simulated the interactions of corpuscular rays with different atmospheres: 2) Sunspot solar magnetic field. 3) Comet tails. 4) Saturns rings up to 5 rings. 5) Zodiacal lights 5) The origen of the solar system. World s leading experimental physicist.

Important new discoveries supported by his laboratory simulations. His work carried out at a time when the Earth was surrounded by vacuum. Sun must have a strongly variable magnetic field related to the 11year cycle. Density solar w. ~ 8 cm-3. Most of the mass in the universe is not in the stars, but in empty space. Electromagnetic forces in space just as important as gravity. Sun s corona not homogeneous. Study solar corona under two eclipses.

Birkelands simulering av solflekker og solens magnetfelt.

Katodestrålene fra Solen vekselvirket med Saturns ringer og kometene.

Simuleringen av sodiakal lyset.

Birkeland s main contibution to the study of magnetic disturbances, auroras and the Universe: Concepts about plasma from the Sun and jii. 3. First realistic auroral theory (1895) 4. Terrella experiments first artificial aurora in laboratory (1896) 5. Same particles producing aurora also cause geomagnetic pertubation (1901) 6. Classification of geomagnetic disturbances into (1908) 8. Electric currents parallel to the geomagnetic field - Birkeland current introduced (1913) 9. Earth currents induced by magnetic field changes. 10. A quasi-trapped particle ring current (1913) 11. M-region hypothesis (1913) 12. Suggested the existence of a continuous solar wind 13. Suggested the existence of a magnetosphere

Konklusjon (1) Birkeland skrev flere steder Jeg undrer. Og hadde en utrolig fin intuisjon demonstret ved. Birkelands lab eksperimenter. Elektromagnetiske krefter i universet er like viktige som gravitasjon mange steder i rommet. Konsekvensen av elektroner 6 ioner (med usw opptil 1080 km/s ) er at verdensrommet er fylt med ionisert gass: e & i er sentrale i Birkelands vitn. avhandlinger. E-m krefter større enn en kunne ane. Birkelands arbeid om sola (B dipolar character) og interplanetare rommet er fasinerende.

Konklusjon (2) Birkeland påpekte mange steder hvor viktig elektriske strømmer er i ionosfæren (nordlys electrojetten) og magnetosfæeren. Birkeland forstod & brukte Amperes law & Gauss potential theori. nøkkelen for å forstå nordlyset. ΔBE fra 1882-83 viste en periode for polar stormene på 29 dager(?) Often large ΔBE not accompanied by any R; not the cause of ΔBE. Intensiteten av ΔBE ikke korrelert med solflekkintensiteten. Conclution: Birkeland had a unique intition and a great talent for basic research and technical work.

Nordlys-pengeseddelen