En stor forsker og industribygger

I høyt tempo

Allerede den 20. februar 1903 sendte Birkeland den første av en rekke patentsøknader som inngår i teknologien for fremstilling av kalksalpeter. To dager tidligere hadde han avtalt med Sam Eyde at de sammen med «en kapitalist» skulle starte et nytt selskap – og fem dager før det hadde de to møttes for aller første gang. Eyde må ha oppdaget – der og da – at han sto overfor en intellektuell begavelse av helt uvanlig format.

Birkeland skulle etter hvert stå fram som både forsker og oppfinner, i sinn og skinn. I alt 59 patenter bærer hans navn. Mange av dem er knyttet til utviklingen av lysbueovnen som ble testet ut på Vassmoen ved Arendal og fra høsten 1907 tatt i bruk i større skala på Notodden. Birkeland kan også tilskrives æren for det teoretiske arbeidet rundt andre generasjon av lysbueovner, som fra 1911 ble installert i fabrikkene på Rjukan.

Rent faglig kan han ha hatt noen likheter med Eyde, som var stødig nok i fysikk og matematikk, men i noe mindre grad i kjemi. Eydes anlegg som utadvendt og den store administrator var nok egenskaper som Birkeland i mindre grad delte.

Hos Birkeland var forskernaturen synlig allerede i barneårene i Kristiania. Han skal ha brukt sine første sparepenger til å kjøpe en magnet og undersøke de skjulte kreftene i den. Som skoleelev utmerket han seg i realfag, fulgte opp med universitetsstudier og tok cand.real-graden i 1890, 23 år gammel og ble professor i fysikk ved universitetet i Kristiania i en alder av 31 år.

Teori og praksis

Birkeland tørstet etter kunnskap, mer enn hva utdanningssystemet i Norge kunne tilby. Derfor søkte han og fikk opphold ved ledende læresteder i Paris, Genève, Bonn og Leipzig. Han la for dagen en særlig evne til å omsette grunnforskning og ideer til eksperimenter og produkter.

På midten av 1890-tallet fanget en av vitenskapens nyeste oppdagelser – katodestrålene – hans interesse. Slike elektroner sendes ut fra overflaten av en glødekatode i et vakuumrør. Det åpnet et nytt forskningsfelt. Studier førte Birkeland i kontakt med det vi kjenner som røntgen-stråler. Han kunne trolig ha fått sitt navn knyttet til disse strålene, men hadde ennå ikke søkt patent da Røntgens navn ble kjent verden rundt. Det skulle bli en lærdom Birkeland siden bar med seg med høy bevissthet.

Det ble bygget et helt nytt industrisamfunn på Rjukan tidlig på 1900-tallet. Rjukanfossen hadde krefter som kunne utnyttes til å lage strøm, og det trengte den nye industrien mye av.

På ti år ble Saaheim-området i Vestfjorddalen forvandlet fra ei lita bygd til en hel by – et samfunn med over 10.000 mennesker – et moderne bysamfunn, med vann og avløp, elektrisk lys og telefon.

 Nordlys og astrofysikk

I 1896 fant Birkeland ut at det var mulig å styre retningen på katodestråler ved hjelp av magnetiske krefter. Det er kunnskap vi i vår tid kjenner fra teknologien i TV-apparater. For Birkeland var det kunnskap som førte han inn på to andre, men svært viktige spor. Den gang fantes knapt mer enn løse teorier om nordlyset. Ledende vitenskapsfolk mente at verdensrommet i prinsippet var tomt. Derfor måtte forklaringen på det underlige og vakre lysfenomenet på polarhimmelen være å finne på jorda.

Birkeland tenkte annerledes – og svært dristig. Han fremsatte en teori om at elektrisk ladde partikler i form av katodestråler fra sola blir fanget inn i jordas magnetfelt og trukket mot de nordlige og sørlige polområdene. Når partiklene kommer inn i atmosfæren, oppstår friksjon, slik at gassene antennes og lyser opp.

En oppgave for Norge!

Denne teorien satte han mye inn på å kunne belegge med eksperimenter, visuelle observasjoner og målinger. Han mente til og med at Norge, med sin beliggenhet og gunstige klima hadde særlige forutsetninger for å arbeide med dette.

Hans eksperimenter og ekspedisjoner ble dyrere enn det universitetet kunne bekoste. Derfor startet han en hektisk aktivitet for å skaffe penger. Oppfinnelser var en vei til penger for Birkeland! Blant hans mange patenter var også et som gjaldt en elektromagnetisk kanon.

Birkeland foretok svært krevende ekspedisjoner og studier i nordområdene, laget kunstig nordlys i en lufttom kasse på laboratoriet og presenterte seinere sine arbeider gjennom to store vitenskapelige avhandlinger. Likevel må vi helt til 1960- og 70-tallet før Birkelands forklaringer kunne bekreftes gjennom målinger foretatt fra satellitter i verdensrommet.

Solvind og lysbueovn

Kristian Birkelands forskning forbindes også med solvinder og eksplosjoner på sola. I dag er dette viktige forskningsområder for å kunne beskytte kommunikasjon ved hjelp av tele-satellitter. Birkeland regnes som en av grunnleggerne av geofysisk og kosmisk forskning.

Det andre området som kom til å trekke veksler på hans arbeid med katodestråler, er utviklingen av lysbueovnen. Birkelands kunnskaper om elektromagnetiske bølger skulle vise seg å bli helt avgjørende. I en ovn som holdt 3000 grader C lot det seg gjøre å trekke en gnist ut i en stabilt brennende lysbue og sprenge nitrogenmolekylet i lufta (N > NO). Det ga nøkkelen til å utvikle det første trinnet i en moderne gjødselfabrikk.

Konsulent på livstid

På Hydros generalforsamling i 1905 ble Birkeland ansatt som teknisk konsulent, etter hvert på livstid – med 5.000 kroner i årslønn – like mye som han mottok i gasje som professor ved universitetet. Seinere økte beløpet ganske betydelig. Han mottok også aksjer i selskapet. Slik fikk han mulighet til å gå sterkere inn i andre forskningsoppgaver. I laboratoriet på universitetet utførte han en rekke eksperimenter for å gjenskape fenomener i verdensrommet, det være seg alt fra solflekker til saturns ringer. Slik kom han til å innta en nøkkelrolle, ikke bare som lærer, men også til å utvikle et miljø av fysiske forskere i Norge. En av hans store fortjenester ligger nettopp der.

Birkeland gjorde i flere omganger en betydelig innsats for utviklingen av lysbueovnen. Våren 1910 var han engasjert på Notodden for å avklare hva slags ovner som skulle installeres i fabrikkene som var under bygging på Rjukan. Både på Rjukan og Notodden ble vesentlig forbedrete lysbueovner installert i de påfølgende årene.

Den nye gjødselindustrien i Telemark var et industrielt gjennombrudd i 1905, og gir mye av forklaringen på at Rjukan-Notodden industriarv i 2015 kunne innskrives på UNESCOs verdensarvliste.

Professor Birkelands elektromagnetiske kanon, som det ble laget flere av, var ment som et middel til å skaffe penger. Eyde fremstilte det seinere slik at det var en uheldig kortslutning i kanoen som fikk Birkeland til å se sammenhengen mellom elektrisk ladning, magnet og nitrøs gass. Med det vi vet i dag, er det mer nærliggende å hevde at kortslutningen føre til at Birkeland la bort sitt kanonprosjekt og i stedet satse på industriveien og å bli en holden mann gjennom samarbeidet med Eyde.

Kristian Birkeland ble beundret av mange i sin samtid, men han fikk i sitt korte liv oppleve lite av den slags heder og ære som i dag knyttes til hans navn. Han var nominert til Nobel-priser i både fysikk og kjemi, men fikk ingen av delene. Mange av hans ideer kunne ha blitt til noe mer, alt fra høreapparat, kaviar, tørking av fisk til utnyttelse av atomenergi og medisinsk strålebehandling. Men engasjementet gikk i for mange retninger, han evnet ikke å ta vare på sin helse og livet ble for kort.

Da han døde i Tokyo 49 år gammel, var det tatt et nytt initiativ for å sikre ham en nobelpris. Dette arbeidet ble innstilt da meldingen om hans død nådde Norge. Birkelands forskning og teorier omfattes med stor interesse i vitenskapelige miljøer den dag i dag. Hans liv er beskrevet i flere bøker og presenteres både i verdensarvutstillingen Gnisten på Notodden og på Teknisk Museum i Oslo.

Solforskeren Pål Brekkes bok ”Historien om Kristian Birkeland – nordlysets far” avslutter på følgende måte: «En morsom tanke er om Birkeland hadde levd i dag. Hvilke utrolige ting ville han funnet opp da og hva ville han forsket på?»