克里斯蒂安·伯克蘭

克里斯蒂安·奧拉夫·伯恩哈爾·伯克蘭（挪威語：Kristian Olaf Bernhard Birkeland，1867年12月13日—1917年6月15日），又譯比爾克蘭，挪威科學家。他最負盛名的成就是闡明了極光的原理。為了獲得研究極光的資金，他還發明了線圈砲和從空氣中固氮的伯克蘭-艾德電弧法。伯克蘭被提名諾貝爾獎達七次之多。^[1][2]

克里斯蒂安·伯克蘭
1900年的克里斯蒂安·伯克蘭
出生	(1867-12-13)1867年12月13日 挪威王國克里斯蒂安尼亞
逝世	1917年6月15日(1917歲—06—15)（49歲） 日本東京府東京市台東區上野公園
居住地	挪威
公民權	挪威王國
知名於	伯克蘭流（Birkeland current） 伯克蘭-艾德電弧法（Birkeland-Eyde process） 對極光的研究 線圈砲
配偶	Ida Charlotte Hammer
科學生涯
研究領域	物理學
機構	皇家腓特烈大學

生平

1867年，伯克蘭出生在克里斯蒂安尼亞（今奧斯陸），他在18歲時即發表第一篇學術論文。1905年5月，伯克蘭與艾達·夏洛蒂·漢默（Ida Charlotte Hammer）結婚，兩人膝下無子，這段婚姻最終因伯克蘭太醉心於工作而在1911年破裂^[3]。

1913年，受健康問題困擾，伯克蘭決定離開寒冷的克里斯蒂安尼亞，移居埃及（選擇埃及的另一原因是他在當地可以進行黃道光的研究）^[1]。1917年3月，伯克蘭與友人自埃及出發，取道遠東返回挪威。途徑日本時他訪問了東京帝國大學（今東京大學）^[1]。在訪學期間伯克蘭結識了物理學者寺田寅彥（兩人此前曾在克里斯蒂安尼亞有過照面），並在後者的推薦下入住了距離學校不遠的上野精養軒（本店）^{[4]:203—208}。1917年6月16日，伯克蘭被發現死在了酒店房間裡。由於受到嚴重偏執狂的折磨，伯克蘭此前時常使用佛羅拿輔助睡眠。一份驗屍報告指出伯克蘭死前服用了10克左右的佛羅拿，遠超應服的0.5克。具體的死亡時間據估計是1917年6月15日早上7點^[1]。由於他死前的精神狀態，一些人猜測他可能是死於自殺^[5]。寺田寅彥將伯克蘭訪學期間的事跡寫成了隨筆《B教授之死》^[6]。

研究

克里斯蒂安·伯克蘭和他的小地球實驗

伯克蘭組織過多次前往挪威高緯度地區的科學考察，在該地區建立起了觀察網絡，用以收集極光發生區域的磁場數據。其中1899年至1900年間挪威極地考察結果包含了依據極地地區地磁場測量數據給出的第一個地電流全球模型。X射線的發現激起了伯克蘭的興趣，他製造了一個真空室用以研究磁場對陰極射線的影響。伯克蘭注意到引向磁化小地球（英語：Terrella）（一種模擬地球磁場的電學設備） 的電子流將自動的流向磁極，同時產生一圈光暈，因此他斷定極光也是依據相同原理產生的。他發展了一套理論，認為高能電子從太陽表面的黑子中發射出來，到達地球後被地磁場引向極區，從而產生極光。

資金缺乏是伯克蘭研究事業的一大阻礙。認識到科技發明能為自己帶來財富後，他開發了線圈炮，並和幾個投資人一起組建了一家槍械公司。但是他的線圈炮一直未能像他設想的一樣工作（他希望槍口初速能達到600m/s），他得到的最好結果也只有100m/s，使得投射物的最大射程僅為1千米。於是他把自己的產品重命名為「空中魚雷」，同時安排了一次公開演示，希望籍此機會把公司賣掉。不幸的是，演示進行時其中一個線圈發生短路，產生的感應電弧致使演示失敗。

演示失敗一周後，伯克蘭遇到了工程師山姆·艾德。後者勸說他肥料生產領域需要他這樣的電學人才。於是伯克蘭放棄了槍械研究，轉而與艾德合作開發出了伯克蘭-艾德電弧固氮法（Birkeland-Eyde process），為兩人帶來了豐厚的利潤，隨後兩人合夥創辦挪威水電集團（英語：Norsk Hydro）。伯克蘭在資金充裕後又投向科研事業。

1913年，伯克蘭預言到電漿體在宇宙中很常見。他寫道：「從我們的觀點出發，假定宇宙中充斥著各式各樣的電子與帶電離子將是一個自然結果。我們認定每一個恆星系統在演化過程中都會釋放大量的帶電粒子到宇宙空間中。因此我們有理由相信，宇宙中的大部分物質不會存在於太陽系或是星雲內部，反而應該存在於『真空的』宇宙空間裡。」^[7]

1916年，伯克蘭又預言到太陽風和電場中的帶電粒子具有相同性質：「從符合自然規律的角度看來，太陽輻射可能不僅僅包含負極與正極射線中的一種，而應該兩種都有。」^[8]換句話說，他認為太陽風中同時包含負電子和正離子。

伯克蘭認為極區電流——今天稱為極光電噴流——與沿著地磁場在極區進出的電流系統有關。他在著作《1902-1903年挪威極光考察》（The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903）給出了這種場向電流的圖解。伯克蘭對場向電流的看法在其後的四分之一個世紀間一直存有爭議，因為他的理論無法通過地面觀測證實。

1963年，一枚美國海軍衛星上搭載的磁力計在幾乎每一個高緯度地區都觀測到了磁擾現象。最初人們認為磁擾是由阿爾文波造成的，但很快就意識到場向電流，或稱伯克蘭流才是其真正成因。第一個精確的極區伯克蘭流構造圖在1974年由A·J·茲穆達（A.J. Zmuda）和J·C·阿姆斯特朗（J.C. Armstrong）完成，佐藤哲也、飯島健^[9]及T·A·波特瑪（T. A. Potemra）^[10][11][12]等人在1976年又對其進行了改良。

影響

• 克里斯蒂安·伯克蘭的頭像和研究成果出現在200克朗面額的挪威紙幣上。