>>NFS>>Arkiv>>Verdens Fysikkår 2005

Verdens Fysikkår 2005

Kristian Birkeland av Alv Egeland

Birkeland er fremdeles det store navn i norsk fysikk. Han grunnla et nytt forskningsfelt, den kosmiske geofysikken. Hans navn er knyttet til både Birkeland-strømmene, til nordlys-simuleringer og forstyrrelser i jordens magnetfelt. Birkeland hadde 60 patenter innenfor 10 forskjellige hovedområder. Den elektriske flammeskiven, som i moderne teknologi kalles Birkeland's plasma torch, har fått mange andre anvendelser etter at den ble brukt til framstillingen av kunstgjødsel og etableringen av Norsk Hydro.

Birkelands (13.12.1867 - 15.6. 1917) døpenavn var Olaf Christian Bernhard. Han tok reallærereksamen - som embetseksamen da het - ved Det kongelige Frederiks Universitet i Kristiania, 23 år gammel med beste karakter. Etter dette kalte han seg Kristian eller bare Kr. Birkeland. I 1896 ble han innvalgt i Det Norske Videnskaps-Akademi, bare 28 år gammel. To år etter ble han kallet til professor. Han ble valgt til Fellow of the Faraday Society i 1906. I 1908 ble han Doktor-Ingenieur Honoris Causa ved Universitetet i Dresden. Samme år ble han medlem av Royal Society i London.

18 år gammel skrev han en avhandling som ble omtalt slik: "Arbeidet har adskillig betydning for antallsgeometrien, især de generelle satser." Den ble senere publisert som: Une méthode enumérative de la géometrie. Som student utgav han to andre matematiske arbeider.

I 1894 kom avhandlingen om elektromagnetisk stråling. Målet var å finne den "almindeligste form for en straalevektor og at angi betingelsen for at denne reduceres til Poyntings vektor, som den eneste mulige der stemmer med de Maxwellske ligninger." Et enda viktigere arbeid med tittel Solution générale des équations de Maxwell pour un milieu absorbant homogéne et isotrope, ble publisert 1895. Hans løsning vakte internasjonal oppmerksomhet og ble kalt "en matematisk bedrift av første rang". Det var høydepunktet i Birkelands teoretiske arbeider.

Basert på studier og eksperimenter med katodestråler i varierende magnetfelt, og hans avanserte nordlyssimuleringer, hadde det vært rimelig om Birkelands navn var blitt knyttet til oppdagelsen av elektronet i 1897. Thomsons konklusjon er basert på eksperimenter som Birkeland hadde arbeidet mye med.

Birkelands pionerarbeider om nordlysets kobling til solen og det nære verdensrom var begrunnet i så vel teoretiske betraktninger som eksperimentelle demonstrasjoner og feltobservasjoner. Betydningen av elektriske partikler fra solen, elektriske strømmer og elektromagnetiske krefter i verdensrommet, like viktige som gravitasjonen, var noe fundamentalt nytt som Birkeland oppdaget.

Tidligere omtaler av Birkelands grunnforskning er konsentrert om selve nordlyset. Hans forskning var langt mer omfattende. Nordlyset er sluttresultatet av mange forskjellige fysiske prosesser som griper inn i hverandre. Fysiske fenomener som han simulerte i laboratoriet er i virksomhet i store deler av universet. Med teoretiske hypoteser og laboratoriesimuleringene la Birkeland fundamentet for den moderne romfysikken.

Som forsker begynte Birkeland som ren matematiker før han gled over i teoretisk fysikk, men hans hovedinnsats skulle etter hvert ligge innenfor eksperimentalfysikken. Han grunnla den kosmiske geofysikken, publiserte 88 vitenskapelige avhandlinger og skrev tre monografier, den ene, hans hovedverk, er på over 800 sider i stort format. Birkelands evne til å stimulere og inspirere unge medarbeider har hatt en dominerende innflytelse på fysikkens utvikling i vårt land. Han hadde de trekkene som er gode merker på genialitet. Derfor valgte Norges Bank Birkeland som den første fysikeren på en norsk pengeseddelen.

Birkelands tredimensjonale modell for energioverføringen fra solen til jordens øvre atmosfære med intense elektriske strømmer - typisk en til flere millioner ampere, langs jordens magnetfelt, var noe fundamentalt nytt som de dominerende miljøene i USA og UK nektet å akseptere. Romforskningen har nå tydelig demonstrert at et gigantisk elektrisk strømsystem slynger seg rundt jorden og dermed vist at Birkelands teorier og ideer, utført 70 år før solvinden og dens kobling til jordens atmosfære ble påvist eksperimentelt, var riktige. I 1967 bestemte IAGA (Den internasjonale unionen for geofysikk og aeronomi) at de elektriske strømmene langs jordens magnetfelt skulle kalles Birkeland-strømmer. Birkeland-strømmer er også viktige i mer eksotiske objekter i universet.

Birkeland brukte mye tid og energi på teknologi for å skaffe ressurser til grunnforskningen. Han ytet betydelige bidrag i praktisk fysikk og kjemi. Sammen med entreprenøren Eyde skapte han en suksesshistorie ved å gjøre syntetisk salpeterfremstilling til en lønnsom industri. Som teknolog kom hans fantasi og kombinasjonsevne til full nytte. Birkeland hadde 60 patenter innenfor 10 forskjellige hovedområder. Den intense, elektriske flammeskiven, som i moderne teknologi kalles Birkeland's plasma torch, har fått mange andre anvendelser etter at den ble brukt til framstillingen av kunstgjødsel. Andre kjente Birkeland-oppfinnelser er den elektromagnetiske kanon, et mekanisk høreapparat, fettherding, raffinering av oljer og elektriske strømbrytere. Han hadde grunnleggende bidrag innenfor radiotelefoni og telegrafi og eksperimentell petrologi. Birkeland innsats bidrog til en betydelig nyvinning og modernisering av det norske samfunn.

Alv Egeland, Fysisk Institutt, UiO.

For dem som ønsker å lese mer om Birkeland kan det nevnes at en ny biografi Kristian Birkeland; The first space scientist kom ut på SPRINGER VERLAG i mars 2005.