Viten

Multikunstneren som løste nordlysgåten

Kristian Birkeland var verdens første romforsker og satte norsk fysikk på verdenskartet.

Med sine elegante og fundamentale nye laboratoriesimuleringer av hvordan nordlyset oppstår, overbeviste Birkeland verdens forskere om selve nordlysprosessen. Foto: Shutterstock/NTB scanpix

  • Alv Egeland, professor emeritus, Universitetet i Oslo
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

I år er det 100 siden vårt lands mest kjente fysiker og industriforsker døde.

I det kjente biografiske leksikon Chambers er verdens berømte forskere kort omtalt. Bare en håndfull norske vitenskapsmenn kom med. Hva gjorde Kristian Birkeland som var så genialt at han kom på samme liste som Newton og Einstein?


Yngst og best

Mange har forsøkt å evaluere den intellektuelle strukturen til verdens kjente forskere og konkludert med at det finnes ulike typer av genier. Birkeland hører ikke til de konsekvente, målbevisste forskerne som følger en nøye, oppsatt metode. Han var en annen type forsker, en multikunstner, som produserte i forskningsfronten innen ulike fagfelt.

Kristian Birkelands hypoteser om partikkelstrålinger ble først fullstendig neglisjert, før moderne romforskning i senere tid har bekreftet mange av hans teorier. Foto: NTB scanpix

Birkelands forskertrang kom tidlig til syne. I ung alder skaffet han seg en kraftig magnet som han lekte og eksperimenterte med. Senere i livet skulle magnetfelt på jorden og andre kosmiske objekter bli blant hans viktigste bidrag innen forskningen. Etter universitetseksamen i 1890, som den yngste og med beste karakter (laudabilis), studerte han 2,5 år i Paris, Genève, Bonn og Leipzig og samarbeidet med flere verdenskjente forskere. I perioden 1890–95 skrev han åtte teoretiske avhandlinger som vakte stor internasjonal oppmerksomhet.


Oppdagelsen av elektronet

I skarp konkurranse med den verdenskjente meteorologen Vilhelm Bjerknes ble han i 1898 utnevnt til professor i fysikk. Det Kongelige Fredriks Universitet i Christiania fikk en professor som andre land prøvde å lokke til seg. Etter 1895 konsentrerte han seg om den eksperimentelle fysikken og oppdaget hvordan partikkelstrålene kunne styres av magnetiske felt.

Alv Egeland er én av dem som har best kjennskap til Kristian Birkeland i Norge. Han er professor emeritus, Universitetet i Oslo. Han sitter i arbeidsgruppen til det forestående Birkelandjubileet 13.-16. juni. Foto: Ola Sæther

Disse fundamentale undersøkelsene burde ha ført til at Birkeland sammen med den britiske forskeren Joseph J. Thomson (1856–1940) hadde fått æren for oppdagelsen av fysikkens viktigste partikkel, elektronet, men hans oppdagelser ble bare nevnt i nobelforelesningen til Thomson.
Birkelands første store avhandling omhandler forekomsten og variasjonene av solflekker. Hvorfor ble nordlys observert to døgn etter høy aktivitet på solen? Det nye og geniale var at han som første forsker i verden ikke bare hadde en hypotese, men han begynte storstilte simuleringer av dette kosmiske fenomenet i laboratoriet.


Solen og nordlyset

Å knytte solen til nordlyset var kontroversielt, fordi presidenten ved Royal Society i London, Lord Kelvin, ved verdens meste berømte akademi, hadde hevdet at det var helt utenkelig at solen var kilden til denne glorie av levende lys høyt oppe i atmosfæren. Verdensrommet var tomt.

Med sine elegante og fundamentale nye laboratoriesimuleringer (terrella-eksperimentene) av hvordan nordlyset oppstår, overbeviste han verdens forskere om selve nordlysprosessen. Hans etterligning av kosmiske prosesser i laboratoriet vakte stor oppmerksomhet. Derfor er disse eksperimentene i dag klassiske.

«Professor Birkeland eksperimenterer med «verdensrummet» i sit laboratorium», het det på Aftenpostens forside 1. februar 1913. Eksperimentene er i dag klassiske, og «terrellaen» (modell av jordkloden) er utstilt på Teknisk museum. Foto: AFTENPOSTEN ARKIV

Les også

Nordlyset er viktigere for dagliglivet vårt enn du tror


Nyskapende

På tampen av det 19. århundre var det noe helt nytt at man underbygde hypotesene med laboratoriesimuleringer. Senere simulerte Birkeland mange kosmiske fenomener som Saturns ringer, strukturen på komethalene, partikkelbevegelser i verdensrommet og solens magnetfelt. Birkelands teorier og simuleringer var for samtiden for fantasifulle, de var i virkeligheten så avanserte som teknikken og tidens viten tillot. De kunne ikke på denne tiden kontrolleres eller verifiseres på andre måter.


For Birkeland var katodestrålene store skurer av elektroner fra kosmos, som i dag kalles solvinden, som fører til intense elektriske strømmer. De genererer magnetiske felt og varmer opp atmosfæren slik at vi kan se glorien av levende lys høyt i atmosfæren. Takket være Birkelands arbeider kunne man for første gang forklare sammenhengen mellom forekomsten av nordlys og intense variasjoner i jordens magnetfelt, et problem som hadde opptatt forskerne lenge.

Birkelands elektromagnet. Hans oppdagelse av det magnetiske vekselfelts evne til a spre ut en elektrisk lysbue til en flammeskive, var gnisten som skapte Norsk Hydro. Foto: AFTENPOSTEN


Nordlysekspedisjoner

Et annet viktig problem som opptok Birkeland var å underbygge teorien og simuleringene med direkte, kvalitative målinger i feltet. Derfor gjennomførte han to store nordlysekspedisjoner. I 1899 bygde han det første permanente nordlysobservatorium i verden, på Halddetoppen i Alta. I den neste ekspedisjonen fikk han oppført nordlysstasjoner i Novaja Semlja, Russland, Dyrafjord på Island, Axeløen på Svalbard i tillegg til Kåfjord, i Finnmark.
Birkelands teorier, avanserte simuleringer og nøyaktige feltobservasjoner er summert i hans monumentale verk på 859 sider.

Les også

Norges Bank slukker nordlyset

Her grublet han over universets dunkleste hemmeligheter og gang på gang finner han nye og overraskende løsninger. Hans hypoteser om hvordan partikkelstrålingen påvirker fysikken i kosmos ble nesten fullstendig neglisjert, men den moderne romforskningen fra slutten av 1950-årene førte til at Birkelands forskning fikk en velfortjent renessanse.

Kristian Birkeland har prydet 200-lappen vår i en årrekke, men 30. mai kommer nye sedler i sirkulasjon. Birkeland-sedler kan brukes i ett år til før de blir ugyldige. Foto: Shutterstock/NTB scanpix

«Birkelandsstrømmene»

Det har skjedd en gledelig nyvurdering i senere år. Verdensomspennende satellittobservasjoner har bekreftet mange av hans teorier. Elektriske strømmer med intensitet opptil en millioner ampere, sentrale i hans originale nordlysteori, slynger seg rundt jorden. På initiativ fra den verdensomspennende organisasjonen International Council of Science (ICSU) ble navnet Birkeland current, Birkelandstrømmer, som hovedkilden til nordlyset, innført i 1968, 60 år etter at teorien ble lansert. Birkelandstrømmene kartlegges nå regelmessig med satellitter.


I tidsrommet 1903–06 brukte han praktisk talt hele sin tid på anvendt forskning, ikke med mål om å bli en rik oppfinner, men for å finansiere kostbare forskningsprosjekter og få midler til å bygge et moderne laboratorium for sine eksperimenter. Birkeland var den fødte eksperimentator. Teknologen Birkeland hadde 60 patenter som spenner fra den elektromagnetiske kanonen til behandling av organisk avfall, tørking av fisk og fettherding, som tydelig viser at han hadde en konstruktiv fantasi.

Elektromagnetisk kanon

Oppfinnelsen som fikk størst betydning var, om enn ufrivillig, hans første patent, den elektromagnetiske kanon.
Det var Birkelands mye omtalte kanon som ga opphavet til Birkeland-Eydes lysbueovn og dermed den viktige kunstgjødselproduksjonen ved Norsk Hydro. Produksjonen er basert på professorens oppdagelse av flammeskiven. Det har gått historien forbi at Birkeland ved den brutale kortslutningen samtidig kjente lukten av NOx som var viktig for produksjon av Norgessalpeter. Gnisten tente bålet.


Den første Norgessalpeteren ble produsert i kontoret på Universitetet i Oslo. Samarbeidet mellom bygningsingeniør Sam Eyde, professor Birkeland og bankdirektør Marcus Wallenberg førte til produksjon av 500 kg salpetersyre pr. kilowattår.

Birkelands enorme arbeidsbelastning førte til at aktiviteten avtok med årene. I sine siste leveår var han mye syk, med betydelige nerveproblemer. Han døde 16. juni 1917 av hjertesvikt.

Følg Aftenposten Viten på Facebook og Twitter!

Her er flere spennende saker fra Viten:

Les mer om

  1. Kristian Birkeland
  2. Sam Eyde
  3. Norsk Hydro
  4. Universitetet i Oslo
  5. Fysikk
  6. Viten

Relevante artikler

  1. A-MAGASINET

    Hit bør du dra for å se nordlys i fremtiden

  2. NORGE

    Torsdag er det helt slutt for de gamle 100- og 200-kronesedlene

  3. VITEN

    Den skulle egentlig bare brukes i to år. Nå er det blitt 25 år med solsatellitten SOHO.

  4. A-MAGASINET

    Albert Einstein: Mannen med hjernemassen

  5. VITEN

    «Det siste vi trenger nå er feilaktige gjengivelser av seriøs forskning»

  6. VITEN

    Mye skal klaffe for at du får norske epler