كريستيان بيركلاند

كريستيان أولاف برنارد بيركلاند (13 ديسمبر 1867 - 15 يونيو 1917) عالم فيزياء فضاء ومخترع وأستاذ فيزياء نرويجي في جامعة فريدريكس الملكية في أوسلو. يُذكر بيركلاند بشكل خاص لنظرياته حول التيارات الكهربائية الجوية التي ساهمت في فهم طبيعة الشفق القطبي . ولتمويل أبحاثه حول الشفق القطبي، اخترع المدفع الكهرومغناطيسي وعملية بيركلاند-إيدي لتثبيت النيتروجين من الهواء. رُشِّح بيركلاند لجائزة نوبل سبع مرات. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

وُلد بيركلاند في كريستيانيا ( أوسلو اليوم ) لوالديه رينارت وإينجبورغ بيركلاند (ني إيجه) ^{​​[ 3 ]} وكتب أول ورقة علمية له في سن 18. تزوج بيركلاند من إيدا شارلوت هامر في مايو 1905. لم يرزقا بأطفال، وبسبب انشغال بيركلاند بعمله، انفصلا في عام 1911. ^{[ 4 ]}

عانى من جنون ارتياب حاد نتيجة استخدامه الباربيتال كمنوم، وتوفي في ظروف غامضة في غرفته بفندق سيوكين في طوكيو أثناء زيارته لزملائه في جامعة طوكيو . وكشف تشريح الجثة أن بيركلاند تناول 10 غرامات من الباربيتال ليلة وفاته، بدلاً من الجرعة الموصى بها وهي 0.5 غرام. وقُدِّر وقت الوفاة بالساعة الثالثة صباحًا من يوم 15 يونيو 1917. ^{[ 1 ]} وزعم بعض المؤلفين أنه انتحر. ^{[ 5 ]} "وُجد مسدس على المنضدة بجانب سريره". ^{[ 6 ]}

نظّم بيركلاند عدة رحلات استكشافية إلى المناطق ذات خطوط العرض العليا في النرويج، حيث أنشأ شبكة من المراصد تحت المناطق الشفقية لجمع بيانات المجال المغناطيسي . وقد تضمنت نتائج البعثة القطبية النرويجية التي أُجريت بين عامي 1899 و1900 أول تحديد للنمط العالمي للتيارات الكهربائية في المنطقة القطبية من خلال قياسات المجال المغناطيسي الأرضي.

ألهم اكتشاف الأشعة السينية بيركلاند لتطوير غرف مفرغة لدراسة تأثير المغناطيس على أشعة الكاثود. لاحظ بيركلاند أن حزمة إلكترونية موجهة نحو نموذج للأرض (تيريلا ) يتكون من مغناطيس كروي، تتجه نحو الأقطاب المغناطيسية وتُنتج حلقات ضوئية حولها، واستنتج أن الشفق القطبي يمكن أن ينتج بطريقة مماثلة. وضع بيركلاند نظرية مفادها أن الإلكترونات النشطة تُقذف من البقع الشمسية على سطح الشمس، وتتجه نحو الأرض ، ثم يوجهها المجال المغناطيسي الأرضي إلى المناطق القطبية للأرض حيث تُنتج الشفق القطبي المرئي . هذه هي في جوهرها نظرية الشفق القطبي اليوم.

اقترح بيركلاند في كتابه "الرحلة الاستكشافية النرويجية للشفق القطبي 1902-1903 " ^{[ 7 ]} عام 1908 أن التيارات الكهربائية القطبية، التي تُعرف اليوم باسم التيارات الكهربائية الشفقية ، مرتبطة بنظام من التيارات التي تتدفق على طول خطوط المجال المغناطيسي الأرضي داخل المنطقة القطبية وخارجها. تُعرف هذه التيارات الموازية للمجال اليوم باسم تيارات بيركلاند تكريمًا له. وقدّم بيركلاند رسمًا تخطيطيًا لهذه التيارات في كتابه، وقد طُبع هذا الرسم على ظهر ورقة نقدية نرويجية من فئة 200 كرونة من السلسلة السابعة في الزاوية اليمنى السفلى، بينما تظهر تجربته "تيريلا" على الجهة الأمامية على اليسار مع صورة له على اليمين. يتضمن الكتاب، الذي يتناول رحلة 1902-1903، فصولًا عن العواصف المغناطيسية على الأرض وعلاقتها بالشمس ، وأصل الشمس نفسها، ومذنب هالي ، وحلقات زحل .

أصبحت رؤية بيركلاند لما يُعرف الآن بتيارات بيركلاند مصدر جدل استمر لأكثر من نصف قرن، إذ لم يكن بالإمكان تأكيد وجودها من خلال القياسات الأرضية وحدها. وقد لاقت نظريته معارضة وسخرية من قبل علماء التيار السائد آنذاك، باعتبارها نظرية هامشية ، ^{[ 1 ] [ 8 ]} وكان أبرزهم عالم الجيوفيزياء والرياضيات البريطاني البارز سيدني تشابمان ، الذي جادل بأن التيارات لا يمكنها عبور فراغ الفضاء، وبالتالي لا بد أن الأرض هي من تولّدها. واستمر رفض نظرية بيركلاند عن الشفق القطبي من قبل علماء الفيزياء الفلكية السائدين بعد وفاته عام 1917. وقد دافع عنها بشكل خاص عالم البلازما السويدي هانز ألفين ، ^{[ 9 ]} إلا أن تشابمان بدوره عارض عمل ألفين أيضاً. ^{[ 10 ]}

لم يظهر دليلٌ قاطعٌ على نظرية بيركلاند للشفق القطبي إلا في عام 1967 بعد إرسال مسبارٍ إلى الفضاء. وقد حُصل على النتائج الحاسمة من القمر الصناعي التابع للبحرية الأمريكية 1963-38C، الذي أُطلق عام 1963 وحمل مقياسًا مغناطيسيًا فوق طبقة الأيونوسفير . ^{[ 11 ]} رُصدت اضطراباتٌ مغناطيسيةٌ في كل مرورٍ تقريبًا فوق المناطق ذات خطوط العرض العليا للأرض. فُسِّرت هذه الاضطرابات في البداية على أنها موجاتٌ مغناطيسيةٌ مائية، ولكن بعد تحليلٍ لاحقٍ تبيّن أنها ناتجةٌ عن تياراتٍ محاذيةٍ للمجال المغناطيسي أو تيارات بيركلاند.

كان حجم مشاريع بيركلاند البحثية هائلاً لدرجة أن التمويل أصبح عائقاً كبيراً. وإدراكاً منه أن الاختراع التكنولوجي قد يجلب الثروة، طور مدفعاً كهرومغناطيسياً ، وأسس مع بعض المستثمرين شركةً للأسلحة النارية. نجح المدفع ذو الملف اللولبي، إلا أن السرعات العالية التي توقعها (600  متر/ثانية) لم تتحقق. أقصى ما استطاع الحصول عليه من أكبر آلاته كان 100  متر/ثانية، ما يعني مدىً مخيباً للآمال للقذيفة لا يتجاوز  كيلومتراً واحداً. لذلك أعاد تسمية الجهاز إلى طوربيد جوي ، ورتب عرضاً توضيحياً بهدف بيع الشركة. خلال العرض، حدث قصر في أحد الملفات اللولبية، مما أدى إلى ظهور قوس حثي مذهل مصحوباً بضجيج ولهب ودخان. كان هذا أول عطل لأي من قاذفات الصواريخ التي بناها بيركلاند. كان من الممكن إصلاحه بسهولة وتنظيم عرض توضيحي آخر.

لكنّ القدر تدخّل على هيئة مهندس يُدعى سام إيدي . ففي حفل عشاء بعد أسبوع واحد فقط، أخبر إيدي بيركلاند بوجود حاجة صناعية لأكبر ومضة برق يمكن إنزالها إلى الأرض لصنع الأسمدة الاصطناعية . فكان رد بيركلاند: "لديّ الحل!". لم تُبذل أي محاولات أخرى لبيع شركة الأسلحة النارية، وعمل مع إيدي لفترة كافية فقط لبناء جهاز قوس البلازما لعملية تثبيت النيتروجين . عمل الاثنان على تطوير الفرن الأولي إلى تصميم مُجدٍ اقتصاديًا للتصنيع على نطاق واسع. وقد أثرت الشركة الناتجة، نورسك هيدرو ، النرويج بشكل كبير، وتمتع بيركلاند بعد ذلك بتمويل كافٍ للبحث، وهو اهتمامه الحقيقي الوحيد.

تُعد عملية بيركلاند -إيدي غير فعالة نسبياً من حيث استهلاك الطاقة. لذلك، في العقدين الثاني والثالث من القرن العشرين، تم استبدالها تدريجياً في النرويج بمزيج من عملية هابر وعملية أوستوالد .

في عام 1913، ربما كان بيركلاند أول من تنبأ بانتشار البلازما في الفضاء. كتب: "يبدو من الطبيعي، بناءً على وجهات نظرنا، أن نفترض أن الفضاء برمته مليء بالإلكترونات والأيونات الكهربائية الطائرة من جميع الأنواع. لقد افترضنا أن كل نظام نجمي في مراحل تطوره يطلق جسيمات كهربائية إلى الفضاء. لذلك، لا يبدو من غير المعقول الاعتقاد بأن الجزء الأكبر من الكتل المادية في الكون لا يوجد في الأنظمة الشمسية أو السدم، بل في الفضاء "الفارغ". ^{[ 7 ]}

في عام 1916، كان بيركلاند على الأرجح أول من تنبأ بنجاح بأن الرياح الشمسية تتصرف كما تتصرف جميع الجسيمات المشحونة في مجال كهربائي: "من وجهة نظر فيزيائية، من المرجح أن أشعة الشمس ليست أشعة سالبة أو موجبة بشكل حصري، بل هي من كلا النوعين". ^{[ 12 ] [ 13 ]} بعبارة أخرى، تتكون الرياح الشمسية من إلكترونات سالبة وأيونات موجبة.

تم تطوير أول خريطة كاملة للموقع الإحصائي لتيارات بيركيلاند في المنطقة القطبية للأرض في عام 1974 بواسطة AJ Zmuda و JC Armstrong وتم تحسينها في عام 1976 بواسطة T. Iijima ^{[ 14 ]} و TA Potemra ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ].}

انضم بيركلاند، بصفته باحثًا ذا اهتمامات واسعة، إلى لجنة الرقابة في الجمعية النرويجية لأبحاث الظواهر الخارقة (NSFPS). وبحلول عام 1922، ضمت الجمعية 299 عضوًا، من بينهم شخصيات بارزة مثل رئيس الوزراء غونار كنودسن ، بالإضافة إلى نخبة من الأطباء والأساتذة وملاك السفن. نظمت الجمعية حلقات تجريبية باستخدام طاولات الرقص والكتابة التلقائية ، لكنها حظيت باهتمام أكبر لتنظيمها تجارب مضبوطة مع وسطاء روحيين أجانب مدعوين . في عام 1912، تم فضح الوسيطة الروحية المزعومة إيتا فريدت من ديترويت ، المشهورة بـ" بوقها الروحي "، باعتبارها محتالة. كان من المفترض أن "بوق" السيدة فريدت يتحدث بـ"صوت روحي" لهيباتيا ، من بين آخرين ، ^{[ 18 ]} لكن في النرويج ، تبين أن "نفخات البوق" كانت مجرد انفجارات ناتجة عن البوتاسيوم والماء . صرخ البروفيسور بيركلاند في تلك المناسبة قائلاً: "من المفترض أنني ضد جميع عمليات حرق الساحرات ، لكن عملية حرق صغيرة تكريماً للسيدة فريدت لم تكن لتشكل عائقاً". ^{[ 19 ]}

تم تأكيد نظرية بيركلاند عن الشفق القطبي في نهاية المطاف وقبولها على أنها صحيحة.

يُصوَّر مثالٌ لإحدى تجاربه على الوجه الأيسر من نسخة سابقة (صدرت عام ١٩٩٤) من ورقة الـ ٢٠٠ كرونة نرويجية ؛ ^{[ ٢٠ ]} حيث يُظهر نموذجًا مغناطيسيًا يُحاكي الأرض، مُعلَّقًا في حجرة مفرغة من الهواء. يظهر وجه بيركلاند مرة ثانية في علامة مائية في المساحة الفارغة أعلى رسم النموذج المغناطيسي، ويظهر نموذجه البدائي للغلاف المغناطيسي على ظهر الورقة، ولكنه لا يُرى إلا تحت الأشعة فوق البنفسجية. تُشبه الحلقة المُحيطة بالقطب المغناطيسي المرسوم على ظهر الورقة الأنماط التي تنبأ بها بيركلاند والتي رصدتها الأقمار الصناعية مؤخرًا. يظهر رسمه لما عُرف لاحقًا بتيارات بيركلاند من كتابه " الرحلة النرويجية لرصد الشفق القطبي ١٩٠٢-١٩٠٣" ، ^{[ ٧ ]} على ظهر الورقة على اليمين.

في عام 2017، طلبت شركة يارا الدولية بناء سفينة يارا بيركلاند ، التي ستكون أول سفينة ذاتية القيادة في العالم، وقد سُميت تيمناً ببيركلاند. ستدخل الخدمة في عام 2018 وستكون ذاتية القيادة بالكامل بحلول عام 2020. ^{[ 21 ]}

يبدو أن افتراض أن الفضاء بأكمله مليء بالإلكترونات والأيونات الكهربائية الطائرة من جميع الأنواع هو نتيجة طبيعية لوجهات نظرنا. — كريستيان بيركلاند 1913 ^{[ 7 ] : 720}

عدد قليل جدًا من الرواد المنعزلين يشقون طريقهم إلى أماكن مرتفعة لم يسبق لأحد زيارتها... إنهم يخلقون ظروف معيشة البشرية، والأغلبية تعيش على عملهم. - كريستيان بيركلاند ^{[ 1 ] : 285}