Kristian Olaf Bernhard Birkeland (nacido el 13 de diciembre de 1867 - 15 de junio de 1917) fue un físico espacial noruego , inventor y profesor de física en la Universidad Real Fredriks de Oslo. Es más recordado por sus teorías de las corrientes eléctricas atmosféricas que dilucidaron la naturaleza de la aurora boreal . Para financiar su investigación sobre las auroras, inventó el cañón electromagnético y el proceso Birkeland-Eyde para fijar el nitrógeno del aire. Birkeland fue nominado al Premio Nobel siete veces. [1] [2]
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]
Birkeland , que sufría de una paranoia severa debido al uso de barbital como somnífero, murió en circunstancias misteriosas en su habitación del Hotel Seiyoken de Tokio mientras visitaba a unos colegas de la Universidad de Tokio . Una autopsia reveló que Birkeland había tomado 10 g de barbital la noche de su muerte, en lugar de los 0,5 g recomendados. La hora de su muerte se estimó a las 3 de la madrugada del 15 de junio de 1917. [1] Algunos autores han afirmado que se suicidó. [5] "En la mesilla de noche había un revólver". [6]
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 del campo magnético . 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 , un modelo de la Tierra que consiste en un imán esférico, era guiado hacia los polos magnéticos y producía anillos de luz alrededor de los polos y concluyó que la aurora podría producirse de una 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 actual.
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 líneas de campo geomagnético hacia y desde la región polar. Dichas corrientes alineadas con el campo se conocen hoy como corrientes de Birkeland en su honor. Proporcionó un diagrama de corrientes alineadas con el campo en el libro, y este diagrama se reprodujo en el reverso del billete 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 continuó durante más de medio siglo, porque su existencia no podía confirmarse solo con mediciones terrestres. Su teoría fue cuestionada y ridiculizada en su momento como una teoría marginal por los científicos convencionales, [1] [8] más notoriamente por el eminente geofísico y matemático británico Sydney Chapman , quien defendió la visión dominante de que las corrientes no podían cruzar el vacío del espacio y, por lo tanto, las corrientes tenían que ser generadas por la Tierra. La teoría de Birkeland sobre la aurora continuó siendo rechazada por los astrofísicos convencionales después de su muerte en 1917. Fue notablemente defendida por el científico sueco del plasma Hannes Alfvén , [9] pero el trabajo de Alfvén a su vez también fue cuestionado por Chapman. [10]
La teoría de Birkeland sobre la aurora no se pudo demostrar hasta 1967, cuando se envió una sonda al espacio. Los resultados cruciales se obtuvieron a partir del satélite 1963-38C de la Marina de los Estados Unidos, lanzado en 1963 y que transportaba un magnetómetro por encima de la ionosfera . [11] Se observaron perturbaciones magnéticas en casi todos los pasos sobre las regiones de alta latitud de la Tierra. En un principio se interpretaron como ondas hidromagnéticas, pero en análisis posteriores se descubrió que se debían a corrientes alineadas con el campo o corrientes de Birkeland.
La escala de las investigaciones de Birkeland era tal que la financiación se convirtió en un obstáculo abrumador. Reconociendo que la invención tecnológica podía traer riqueza, desarrolló un cañón electromagnético y, con algunos inversores, formó una empresa de armas de fuego. El cañón de bobina funcionó, excepto que no se produjeron las altas velocidades iniciales que predijo (600 m/s). Lo máximo que pudo obtener de su máquina más grande fue 100 m/s, lo que corresponde a un alcance de proyectil decepcionante de sólo 1 km. Así que rebautizó el dispositivo como 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. Podría haberse reparado fácilmente y organizado otra demostración.
Sin embargo, el destino intervino en la forma de un ingeniero llamado Sam Eyde . En una cena celebrada una semana después, Eyde le dijo a Birkeland que existía una necesidad industrial del mayor relámpago que se pudiera traer a la Tierra para fabricar fertilizantes artificiales . La respuesta de Birkeland fue: "¡Lo tengo!". No hubo más intentos de vender la empresa de armas de fuego, y trabajó con Eyde sólo 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 disfrutó entonces 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 que 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 fue probablemente el primero en predecir que el plasma era omnipresente en el espacio. Escribió: "Parece ser una consecuencia natural de nuestros puntos de vista suponer que todo el espacio está lleno de electrones y de iones eléctricos de todo tipo. Hemos supuesto que cada sistema estelar en su evolución 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 en las 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 negativos ni positivos, sino de ambos tipos". [12] [13] En otras palabras, el viento solar se compone tanto de electrones negativos como de 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 refinado en 1976 por T. Iijima [14] y TA Potemra [15] [16] [17]
Como erudito con amplios intereses, Birkeland se unió a la comisión de control de la NSFPS (Sociedad Noruega para la Investigación Psíquica). Los 299 miembros de la sociedad incluían, en 1922, a personas como el primer ministro Gunnar Knudsen , así como una amplia gama de médicos, profesores y armadores. La sociedad organizó círculos de experimentación con mesas danzantes 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 expuesta como un fraude. La "trompeta" de la señora 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 señora Wriedt no habría sido un obstáculo". [19]
La teoría de Birkeland sobre la aurora fue finalmente confirmada y aceptada como correcta.
Un ejemplo de uno de sus experimentos se representa en el anverso izquierdo de una versión anterior (emitida en 1994) del billete de 200 coronas noruegas ; [20] muestra una terrella magnetizada , simulando la Tierra, suspendida en una cámara de vacío. El rostro de Birkeland aparece una segunda vez en una marca de agua en el espacio en blanco sobre el dibujo de la terrella, y su magnetosfera rudimentaria aparece en el reverso, pero solo es visible bajo luz ultravioleta. El anillo que rodea el polo magnético representado en el reverso del billete 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, The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903 , [7] se muestra en el reverso del billete a la derecha.
En 2017, Yara International encargó el Yara Birkeland , que será el primer barco autónomo del mundo y que lleva el nombre de Birkeland. Entrará en servicio en 2018 y será completamente autónomo en 2020. [21]
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )Mantenimiento de CS1: DOI inactivo a partir de junio de 2024 ( enlace )Los rayos solares corpusculares que penetran en la atmósfera terrestre son rayos negativos o positivos.
