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크리스티안 비르켈란

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목차

1. 개요

크리스티안 비르켈란은 노르웨이 출신의 과학자로, 오로라와 지구 자기장 연구에 기여했다. 그는 오로라의 원인을 규명하기 위해 극지방 탐사대를 조직하고, 진공 상태에서 음극선과 자기장의 상호 작용을 연구했다. 비르켈란은 태양풍이 지구의 극지방에서 오로라를 형성한다는 이론을 제시했으며, 우주 공간에 플라스마가 존재한다는 것을 예측했다. 그의 연구는 비르켈란 전류의 개념으로 이어졌으며, 이는 위성 관측을 통해 증명되었다. 비르켈란은 수면제 과다 복용으로 인해 일본에서 사망했다.

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크리스티안 비르켈란 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
아스타 뇌르가르드 크리스티안 비르켈란 1900
아스타 뇌르가르드가 그린 초상화, 1900년
이름크리스티안 올라프 베른하르 뷔르켈란
출생1867년 12월 13일
출생지크리스티아니아, 노르웨이
사망1917년 6월 15일
사망지도쿄, 일본
배우자이다 샤를로테 함메르
국적노르웨이 왕국 (1867–1917)
민족노르웨이인
학문 분야
분야물리학
직장왕립 프레데리크 대학교
알려진 업적뷔르켈란 전류
뷔르켈란-에위데 공정
오로라 연구
코일건
태양풍
자기폭풍

2. 생애

크리스티아니아(현재의 노르웨이 오슬로) 출신으로, 18세에 최초의 과학 논문을 썼을 정도로 과학에 재능을 보였다.

1899년부터 1900년까지 노르웨이 극지방에서 일어나는 오로라의 지자기를 측정하기 위해 탐사대를 조직했다. 엑스선(X선) 발견에 영감을 받은 비르켈란은 실험실에서 오로라 현상을 재현하고, 진공 상태에서 음극선과 자기장의 영향을 연구했다. 그는 연구를 통해 진공 상태에서 자기화된 지구 모형이 공중에 떠오르게 된다는 이론을 발표했다.

1913년에는 우주 공간이 전자와 전자 이온으로 가득 차게 될 것이라고 예측했고, 1916년에는 태양풍이 지구 극지방에서 오로라를 형성한다는 이론을 발표했다. 1917년 6월 15일 일본 도쿄 대학 방문을 준비하기 위해 도쿄에 있는 세이요켄 호텔에 체류하던 중 수면제 과다 복용으로 사망했다.

비르켈란은 크리스티아니아(현재의 오슬로)에서 레이나르트 비르켈란과 잉에보르(잉에 에거) 사이에서 태어났으며, 18세에 첫 과학 논문을 썼다.[1] 1905년 5월 이다 샬롯테 하머와 결혼했으나, 자녀는 없었고 비르켈란이 연구에 몰두한 탓에 1911년에 이혼했다.[1]

바르비탈을 수면 보조제로 사용하면서 심각한 편집증을 앓던 그는 도쿄 대학교에서 동료들을 방문하던 중 도쿄의 세이요켄 호텔 방에서 의문의 상황 속에서 사망했다.[1] 사후 검사 결과, 비르켈란은 사망한 밤에 권장량인 0.5g 대신 10g의 바르비탈을 복용한 것으로 밝혀졌다.[1] 사망 시간은 1917년 6월 15일 오전 3시로 추정되었다.[1] 일부 저자들은 그가 자살했다고 주장하며, "침대 옆 탁자에는 권총이 놓여 있었다."라고 언급했다.[1]

3. 연구 업적

크리스티안 비르켈란은 18세에 최초의 과학 논문을 썼을 정도로 과학에 재능을 보였다. 엑스선(X선) 발견에 영감을 받아 다양한 연구를 진행했다.

비르켈란은 폭넓은 관심을 가진 학자였으며, 연구 사업 규모가 커 자금 조달에 어려움을 겪었다. 그는 기술 발명이 부를 가져올 수 있다는 것을 인식하고 코일건을 개발, 투자자와 함께 화기 회사를 설립했다. 그러나 코일건은 기대했던 성능(600m/s)에 미치지 못하고 100m/s의 속도와 1km의 사거리를 기록하여 실망스러운 결과를 낳았다. 그는 장치를 공중 어뢰로 개명하고 시연을 열었으나, 시연 도중 코일 중 하나가 단락되어 실패했다.

이후 비르켈란은 샘 아이드와의 만남을 통해 질소 고정 과정 연구, 노르스크 히드로 설립, 비르켈란-아이데 공정 개발 등의 성과를 이루었다.

그는 1913년에 우주 공간이 플라즈마로 가득 차 있다고 예측했고, 1916년에는 태양풍이 음전하 전자와 양전하 이온으로 구성되어 있다고 예측했다. 또한, 노르웨이 정신 연구 협회(NSFPS)에 참여하여 매체를 통한 실험을 진행하기도 했지만, 초청된 매체인 에타 와리트의 사기 행각을 밝혀내기도 했다.[18][19]

3. 1. 오로라 연구

1899년부터 1900년까지 비르켈란은 노르웨이 극지방에서 일어나는 오로라의 지자기를 측정하기 위해 탐사대를 조직했다.[7] 엑스선(X선) 발견에 영감을 받은 그는 실험실에서 오로라 현상을 재현하고, 진공 상태에서 음극선과 자기장의 영향을 연구했다. 이를 통해 진공 상태에서 자기화된 지구 모형이 공중에 떠오르게 된다는 이론을 발표했다.

비르켈란은 구형 자석으로 구성된 지구 모형인 테렐라에 전자 빔을 쏘면 자기 극으로 유도되어 극 주위에 빛의 고리가 생성되는 것을 확인하고, 오로라 역시 비슷한 방식으로 생성될 수 있다고 결론지었다. 그는 태양 표면 흑점에서 방출된 고에너지 전자가 지구로 향하고, 지구 극지방으로 향하는 지자기장에 의해 유도되어 오로라를 생성한다는 이론을 개발했는데, 이는 오늘날 오로라 이론의 핵심이다.

1908년, 비르켈란은 저서 ''노르웨이 오로라 폴라리스 탐험 1902–1903''에서[7] 오늘날 오로라 전기제트라고 불리는 극지 전류가 극지방에서 자기장 선을 따라 흐르는 전류 시스템과 연결되어 있다고 제안했다. 이러한 장 정렬 전류는 현재 그의 이름을 따 비르켈란 전류로 알려져 있다.

비르켈란의 비르켈란 전류 이론은 반세기 이상 논쟁의 대상이었다. 지상 측정만으로는 그 존재를 확인할 수 없었기 때문이다. 그의 이론은 당시 주류 과학자들에게 주변 이론으로 치부되어 논쟁과 조롱을 받았다.[1][8]

비르켈란의 오로라 이론은 1967년 우주 탐사선 발사 이후에야 증명되었다. 결정적인 증거는 1963년 발사된 미국 해군 위성 1963-38C가 전리층 위에서 자력계로 관측한 자료였다.[11] 지구 고위도 지역을 통과할 때마다 관찰된 자기 교란은 처음에는 수소역학파로 해석되었으나, 이후 분석 결과 장 정렬 전류, 즉 비르켈란 전류에 의한 것으로 밝혀졌다.

1913년, 비르켈란은 우주 공간이 전자와 전자 이온으로 가득 차 있을 것이라고 예측했고,[7] 1916년에는 태양풍이 지구 극지방에서 오로라를 형성한다는 이론을 발표했다.[12][13]

지구 극지방에서 비르켈란 전류의 통계적 위치에 대한 최초의 완전한 지도는 1974년 A.J. Zmuda와 J.C. Armstrong에 의해 개발되었고, 1976년 T. Iijima[14]와 T.A. Potemra[15][16][17]에 의해 개선되었다.

3. 2. 질소 고정법 개발

크리스티안 비르켈란은 샘 아이드라는 엔지니어와 함께 질소 고정 과정을 위한 플라스마 아크 장치를 개발했다. 아이드는 비르켈란에게 인공 비료를 만들기 위해 지구에 가져올 수 있는 가장 큰 번개 불꽃에 대한 산업적 필요성이 있다고 말했고, 비르켈란은 자신이 그 해결책을 가지고 있다고 답했다. 이들은 프로토타입 용광로를 대규모 제조에 경제적으로 실행 가능한 디자인으로 만들기 위해 협력했다. 그 결과 노르스크 히드로라는 회사가 설립되어 노르웨이를 크게 부유하게 만들었고, 비르켈란은 자신의 연구에 필요한 자금을 확보할 수 있었다.[1]

비르켈란-아이데 공정은 에너지 소비 측면에서 상대적으로 비효율적이었다. 1910년대와 1920년대에는 노르웨이에서 하버-보슈법과 오스트발트 공정의 조합으로 점차 대체되었다.[1]

3. 3. 기타 연구

비르켈란은 코일건을 개발하여 화기 회사를 설립했지만, 예측했던 성능을 얻지 못해 공중 어뢰로 개명하고 시연을 가졌다. 그러나 시연 중 실패를 경험했다.[1] 샘 아이드라는 엔지니어를 만나 질소 고정 과정을 위한 플라즈마 아크 장치를 개발하는 데 협력했고, 노르스크 히드로라는 회사를 설립하여 노르웨이를 부유하게 만들었으며, 비르켈란은 연구 자금을 확보할 수 있었다.[1]

비르켈란-아이데 공정은 에너지 효율이 낮아, 1910년대와 1920년대에 하버-보슈법과 오스트발트 공정으로 대체되었다.

1913년, 비르켈란은 우주 공간이 플라즈마로 가득 차 있다고 예측했다.[7] 1916년에는 태양풍이 음전하 전자와 양전하 이온으로 구성되어 있다고 예측했다.[12][13]

비르켈란은 노르웨이 정신 연구 협회(NSFPS)에 참여하여 매체를 통한 실험을 진행하기도 했다. 하지만, 초청된 매체인 에타 와리트가 사기 행각을 벌인 것을 밝혀내기도 했다.[18][19]

4. 유산

비르켈란의 오로라 이론은 결국 옳다고 확인되고 받아들여졌다.[20]

그의 실험 중 하나는 1994년에 발행된 노르웨이 200 크로네 지폐 앞면에 묘사되어 있다.[20] 이 지폐에는 지구를 모방한 자화된 테렐라가 진공 챔버에 매달려 있는 모습이 담겨있다. 비르켈란의 얼굴은 테렐라 그림 위의 빈 공간에 워터마크로 나타나 있으며, 그의 초보적인 자기권은 뒷면에 나타나지만 자외선 아래에서만 볼 수 있다. 지폐 뒷면에 묘사된 자기 극을 둘러싼 고리는 비르켈란이 예측했고, 최근 위성 관측으로 확인된 패턴과 유사하다. 그의 저서 ''노르웨이 오로라 극지 탐험 1902–1903''(The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903)[7]에서 발췌한 비르켈란 전류 그림은 지폐 뒷면 오른쪽에 표시되어 있다.

2017년, 야라 인터내셔널은 세계 최초의 자율 운반선인 야라 비르켈란(Yara Birkeland)호를 주문했으며, 이 선박은 비르켈란의 이름을 따서 명명되었다. 이 선박은 2018년에 운항을 시작하여 2020년까지 완전 자율 운항을 목표로 하였다.[21]

5. 저서


  • The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903|노르웨이 오로라 극지 탐험 1902-1903영어
  • 알브 에겔란(Alv Egeland), 윌리엄 J. 버크(William J. Burke) 공저, Kristian Birkeland, The First Space Scientist|크리스티안 비르켈란, 최초의 우주 과학자영어 (2005)
  • 루시 자고(Lucy Jago) 저, The Northern Lights|북극광영어 (2002)

6. 학술 논문

참조

[1] 서적 The Northern Lights https://archive.org/[...] Alfred A. Knopf
[2] 논문 The contributions of Kristian Birkeland to space physics
[3] 서적 The Biographical Encyclopedia of Astronomers http://www.springerr[...] Springer Publishing 2012-08-22
[4] 논문 Olav Christian Bernhard Birkeland http://www.fys.uio.n[...]
[5] 서적 The Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics
[6] 뉴스 Haldde Klassekampen 2016-02-01
[7] 서적 The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903 https://archive.org/[...] H. Aschehoug & Co
[8] 논문 The Origin of Magnetic Storms 1912-03
[9] 간행물 Theory of Magnetic Storms and of the Aurorae
[10] 서적 Geomagnetism Clarendon Press, Oxford
[11] 서적 Proceedings of the 140th Symposium of IAU, 19–23 June 1989
[12] 서적 Videnskapsselskapets Skrifter, I Mat – Naturv. Klasse No.1 Christiania, 1916
[13] 서적 Kristian Birkeland: The First Space Scientist https://archive.org/[...] Springer, Dordrecht, The Netherlands
[14] 논문 Primary sources of large-scale Birkeland currents
[15] 논문 Observation of Birkeland currents with the TRIAD satellite
[16] 논문 Field-aligned (Birkeland) currents
[17] 논문 Birkeland currents in the earth's magnetosphere https://link.springe[...]
[18] 문서 Dawn of the Awakened Mind https://web.archive.[...]
[19] 문서 Religion for en ny tid Humanist, Oslo
[20] 논문 Let's Get Fiscal: More Noteworthy Physicists https://pubs.aip.org[...]
[21] 웹사이트 The first ever zero emission, autonomous ship https://web.archive.[...] Yara International 2017-05-09


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