Десять лет истории науки: полярное сияние у вас дома

Создать бесшумную пушку, которая своим «выстрелом» всех напугает, придумать способ добычи азотной кислоты из воздуха — все для того, чтобы найти деньги на настоящие исследования. Это сделал норвежский физик Кристиан Биркеланд, который родился 13 декабря 1867 года.

Интерес к точным наукам будущий физик проявил довольно рано (на первые свои заработанные деньги он купил магнит), а в 18 лет уже написал свою первую научную работу. В университете он повернул от математики и химии к теоретической физике. После окончания Биркеланд не бросил науку и, получив стипендию, посетил несколько университетов Франции (где познакомился с Анри Пуанкаре, с которым они будут поддерживать связь долгие годы) и Швейцарии, начал изучать электромагнитные волны, а также заниматься астрофизикой. В 1895 году он принялся за фундаментальные исследования, посвященные природе полярного сияния.

Для организации экспедиций, оборудования лаборатории и оплаты труда ассистентов Биркеланду требовались средства. Это один из немногих случаев, когда зарабатывание денег не только не было проблемой, но даже не сильно отвлекало ученого от его основной работы. В поисках денег он изобрел электромагнитную пушку, а после ее неудачной демонстрации (во время которой произошло мощное короткое замыкание, распугавшее всех партнеров) — способ добывать азотную кислоту из воздуха. Идеи, как заработать денег на своих изобретениях, появлялись у него одна за другой, и, хотя не все удавалось воплотить, средства были собраны.

Еще работая над пушкой, физик основал компанию Birkeland's Firearms, при этом он очень грамотно действовал с юридической точки зрения: он хорошо знал и умел защитить свои права как создателя технологии. Не зря через сто лет Университет Осло назвал в его честь фонд, помогающий исследователям в вопросах патентного права.

Теперь Биркеланд мог спокойно заниматься интересной ему темой: вопросами образования полярного сияния, хвостов у комет, колец Сатурна, зодиакального света (слабое свечение, наблюдающееся вскоре после захода или незадолго перед восходом Солнца). Центральной темой исследований вскоре стало излучение Солнцем заряженных частиц. Для изучения этого явления в лабораторных условиях Биркеланд использовал терреллу — намагниченный шар, помещенный в вакуумную камеру. На терреллу, которая имитировала Землю, он направлял поток электронов. В ходе экспериментов он заметил, что частицы образуют светящееся кольцо вдоль экватора, что и использовал при объяснении зодиакального света. А похожие светящиеся кольца вокруг полюсов он правильно интерпретировал как аналог полярного сияния.

«Знания, накопленные в области радиоактивности с 1896 года, позволяют предположить, что возмущение магнитного поля Земли, полярное сияние имеют причиной частицы, излучаемые Солнцем. В период с 1896 по 1903 год я предпринял три экспедиции в полярные области, чтобы добыть материал, который подтвердит мои предположения», — так начинается его книга с описанием путешествий в полярные регионы. В экспедициях Биркеланд способствовал основанию сети обсерваторий для сбора данных о магнитном поле. Он пытался найти подтверждение связи между состоянием Солнца и погодой, однако убедительных наблюдаемых доказательств его теории тогда не было. Несмотря на это, его теория оказалась верна, хотя потребовалось время, чтобы детально ее обосновать.

Помимо объяснения полярного сияния, Биркеланд был одним из первых исследователей плазмы. «Исходя из наших рассуждений, естественно предположить, что все космическое пространство наполнено электронами и ионами всех сортов. Мы предполагаем, что каждая звездная система в процессе развития выбрасывает вовне заряженные частицы», — писал он в 1913 году. Свой вклад он внес в изучение солнечной короны, природы хвостов комет, предсказал существование солнечного ветра и даже принимал участие в работе общества, прославившегося своими разоблачениями медиумов.

Проект реализуется в рамках инициатив «Работа с опытом» и «Проведение юбилейных мероприятий» Десятилетия науки и технологий.