Бальфур Стюарт

Бальфур Стюарт
Рожденный	1 ноября 1828 г. Эдинбург , Шотландия
Умер	19 декабря 1887 г. (1887-12-19) (59 лет) Баллимагарви, Балрат, графство Мит , Ирландия
Национальность	шотландский
Гражданство	Британский
Альма-матер	Университет Сент-Эндрюса, Эдинбургский университет
Известный	Тепло , метеорология и земной магнетизм
Награды	Медаль Румфорда (1868 г.)
Научная карьера
Поля	Физика
Учреждения	Обсерватория Кью , Колледж Оуэнс, Манчестер
Докторантура	Джеймс Дэвид Форбс

Бальфур Стюарт (1 ноября 1828 — 19 декабря 1887) — шотландский физик и метеоролог.

Его исследования в области лучистого тепла привели к тому, что он получил медаль Румфорда Королевского общества в 1868 году. В 1859 году он был назначен директором обсерватории Кью . Он был избран профессором физики в Оуэнс-колледже в Манчестере и сохранял эту кафедру до своей смерти, которая произошла недалеко от Дроэды , в Ирландии, 19 декабря 1887 года. Он был автором нескольких успешных учебников по естественным наукам, а также статьи о « Земной магнетизм» в девятом издании Британской энциклопедии .

Карьера

Стюарт родился 1 ноября 1828 года на Лондонской улице, 1 в Лейте (к северу от Эдинбурга ) в семье Уильяма Стюарта, торговца чаем, и его жены Джейн Клоустон. Его отец занимался бизнесом в Великобритании и Австралии.

Он получил образование в Данди . Затем он изучал физику в Университете Сент-Эндрюс и Эдинбургском университете . После изучения физики в Эдинбурге в 1856 году он стал ассистентом Джеймса Дэвида Форбса . Форбс особенно интересовался вопросами тепла , метеорологии и земного магнетизма , и именно им Стюарт также в основном посвятил себя.

Лучистое тепло первым привлекло его внимание, и к 1858 году он завершил свои первые исследования по этому предмету. Это дало замечательное развитие «Закона обмена» Пьера Прево и позволило ему установить тот факт, что излучение не является поверхностным явлением, а происходит внутри излучающего тела, и что излучательная и поглощающая способности вещество должно быть одинаковым не только для излучения в целом, но и для каждой его составляющей.

В знак признания этой работы он получил в 1868 году медаль Румфорда Королевского общества , в которое он был избран шестью годами ранее. Из других работ, в которых он занимался этой и родственными разделами физики, можно упомянуть «Наблюдения с помощью жесткого спектроскопа», «Нагрев диска быстрым движением в вакууме», «Тепловое равновесие в оболочке, содержащей вещество, находящееся в видимом движении», и «Внутреннее излучение в одноосных кристаллах».

В 1859 году он был назначен директором обсерватории Кью и там, естественно, заинтересовался проблемами метеорологии и земного магнетизма. В 1870 году, когда он был очень серьезно ранен в железнодорожной катастрофе, он был избран профессором физики в Оуэнс-колледже в Манчестере и сохранял эту кафедру до своей смерти, которая произошла недалеко от Дроэды , в Ирландии, 19 декабря 1887 года.

Он был автором нескольких успешных учебников по науке, а также статьи о «Земном магнетизме» в девятом издании Британской энциклопедии . Совместно с профессором П.Г. Тейтом он написал «Невидимую Вселенную» , сначала опубликованную анонимно, которая была призвана бороться с распространённым представлением о несовместимости науки и религии.

Преданный церковник, Стюарт был широко известен как член Общества психических исследований . Именно в обзоре « Невидимой Вселенной» в 1875 году Уильям Джеймс впервые изложил свою доктрину «Воля верить» .

Великие геомагнитные бури сентября

Бальфур Стюарт зафиксировал замечательные геомагнитные возмущения вечером 28 августа 1859 года и утром 2 сентября 1859 года в обсерватории Кью и представил свои выводы в докладе, представленном Королевскому обществу 21 ноября 1861 года. Он отметил, что, хотя «магнитные возмущения необычной силы и очень широкой протяженности» были зарегистрированы в различных местах по всему миру, обсерватория Кью имела преимущество самозаписывающих магнитографов . что позволило «получить непрерывную фотографическую регистрацию состояния трех элементов магнитной силы Земли, а именно склонение, а также горизонтальную и вертикальную интенсивность».

Стюарт сделал следующее наблюдение.

Теперь я перехожу к замечанию некоторых особенностей этой магнитной бури.

Похоже, что мы имеем два отчетливых, хорошо выраженных возмущения , каждое из которых начинается внезапно и заканчивается постепенно, первое из которых началось вечером 28 августа, а второе ранним утром 2 сентября. Таким образом, эти два крупных возмущения соответствуют друг другу с точки зрения Пришло время двум великим полярным сияниям, о которых уже упоминалось.

Второе возмущение возникло в результате того, что сейчас известно как « Событие Кэррингтона» , большая солнечная вспышка, которую Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон наблюдали в телескоп утром 1 сентября 1859 года. До своего начала первое возмущение не имело наблюдаемой солнечной активности. Это могло быть связано с тем, что связанное с ним солнечное извержение либо не наблюдалось оптическими телескопами в момент его возникновения, либо потому, что само извержение не вызывало оптической вспышки или вспышки «белого света», такой как вспышка Кэррингтона, и поэтому было невидимо для оптических телескопов. телескопы, использовавшиеся в то время.

На заседании Королевского астрономического общества . 11 ноября 1859 года Ричард Кэррингтон представил доклад описывая свои наблюдения за супервспышкой, произошедшей 1 сентября в 11:18 по Гринвичу и позже названной в его честь. В редакционном дополнении, сделанном после встречи, в скобках было добавлено следующее замечание.

( Г-н Кэррингтон представил на ноябрьском собрании Общества полную диаграмму солнечного диска того времени и копии фотографических записей изменений трех магнитных элементов, полученных в Кью , и указал, что умеренное, но очень заметное нарушение имело место около 11.00. ^час 20 ^м Утро , 1 сентября, кратковременное; и что около четырех часов после полуночи началась сильная магнитная буря, которая, как показали последующие отчеты, была значительной как в южном, так и в северном полушарии. Хотя современное событие, возможно, и заслуживает упоминания, он не допускает даже мысли, что он склоняется к тому, чтобы поспешно соединить их. «Одна ласточка лета не делает».)

Из этого приложения становится ясно, что Ричард Кэррингтон не был готов профессионально связывать магнитное возмущение с событием, которое он наблюдал на поверхности Солнца, даже несмотря на то, что они произошли почти в одно и то же время.Он действительно продемонстрировал магнитографы на собрании Королевского астрономического общества . Время 11:20 по Гринвичу хорошо согласуется с другими сообщениями, но время начала магнитной бури в 4:00 по Гринвичу 2 сентября 1859 года на час раньше, чем сообщил Стюарт.

Стюарт также сообщил о меньшем магнитном возмущении, произошедшем одновременно с солнечной вспышкой белого света, наблюдавшейся Ричардом Кэррингтоном :

Но, кроме этих двух замечательных возмущений, на которые она разделилась, эта великая буря включает в себя и незначительное возмущение, не приближающееся к этим двум по протяженности, но все же имеющее свойственный ей интерес, который и дает право на нее упомянуть.

1 сентября, незадолго до полудня, г-н Р. К. Кэррингтон случайно наблюдал в телескоп большое пятно , которое затем можно было увидеть на поверхности нашего светила, когда появилось замечательное явление, которое он описал в сообщения Королевскому астрономическому обществу .

(Затем цитируется статья Ричарда Кэррингтона.)

Посетив обсерваторию Кью через день или два, г-н Кэррингтон узнал, что в тот самый момент, когда он наблюдал это явление, три магнитных элемента в Кью были одновременно возмущены. Если бы не было известно о существовании какой-либо связи между этими двумя классами явлений, то, возможно, было бы неправильно рассматривать это в каком-либо ином свете, кроме как случайное совпадение; но поскольку генерал Сабин доказал, что существует связь между магнитными возмущениями и солнечными пятнами , то не невозможно предположить, что в этом случае наше светило было взято «на месте преступления».

Это возмущение произошло как можно ближе к 11 часам. ^час 15 ^м Среднее время AM по Гринвичу, 1 сентября 1859 года, затрагивающее все элементы одновременно и начинающееся довольно резко.

Теперь понятно, что это небольшое кратковременное возмущение, описанное Стюартом, вызвано быстрым увеличением ионизации и возникающими в результате электрическими токами в ионосфере из-за интенсивного рентгеновского излучения солнечной вспышки. Рентгеновским лучам солнечной вспышки, путешествуя со скоростью света, требуется 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли, и они прибывают одновременно с фотонами вспышки белого света, которые наблюдал Кэррингтон. Возникающее в результате геомагнитное возмущение от ионосферных токов происходит почти одновременно с приходом фотонов и длится лишь до тех пор, пока вспышечный поток рентгеновского излучения продолжает ионизировать верхние слои атмосферы. Сейчас считается, что более мощная магнитная буря, начавшаяся через 17,5 часов после вспышки, вызвана корональным выбросом массы (КВМ), связанным с извержением, вызвавшим солнечную вспышку.

Ссылаясь на предыдущие исследования Эдварда Сабина , установившие корреляцию между солнечными пятнами и магнитными бурями , Стюарт выдвинул теорию о том, что событие, наблюдаемое Ричардом Кэррингтоном , и зарегистрированное при этом магнитное возмущение на самом деле связаны. Магнитные явления, произошедшие примерно в 11:18 по Гринвичу 1 сентября 1859 года, теперь известны как Эффект солнечной вспышки . Архивировано 24 сентября 2015 года в Wayback Machine (SFE) или Magnetic Crochet, но связь не будет доказана еще 80 лет. . SFE — это внезапные возмущения ионосферы, вызванные рентгеновскими лучами и экстремальным ультрафиолетовым излучением (EUV), вызванным усилением вихрей ионосферного тока, ответственных за регулярные ежедневные изменения, наблюдаемые на следах магнитометра. SFE в основном наблюдаются в местах, близких к подсолнечной точке (т.е. точке на Земле, когда Солнце находится над головой) и могут наблюдаться только со станций в освещенном солнцем полушарии во время солнечной вспышки. Используя времена Стюарта, КВМ, связанный с событием Кэррингтона, достиг Земли за 17 часов 45 минут.

Стюарт сообщил, что первая геомагнитная буря началась в 22:30 по Гринвичу вечером 28 августа 1859 года, как было зафиксировано самозаписывающими магнитографами в обсерватории Кью. Предполагая, что первая крупная геомагнитная буря была вызвана солнечным извержением, аналогичным по масштабу событию Кэррингтона , которое, как известно, вызвало вторую бурю, интересно задаться вопросом, очевиден ли SFE в записях магнитографа Кью до начала второй шторм. Учитывая, что скорости КВМ могут сильно различаться в зависимости от солнечных извержений, даже со вспышками одинакового размера, сигнал SFE может быть не за 17 часов до начала первого шторма, а может быть за 24–48 часов до времени начала шторма. .

Сочинения

• Элементарный трактат о жаре (1866 г.; шестое издание, исправленное, 1895 г.)
• Уроки элементарной физики (1871, 1886)
• Физика (1872, 1884)
• Невидимая вселенная (1875)
• Парадоксальная философия: продолжение невидимой вселенной (1878)
• Сохранение энергии (1875 г.; девятое издание, 1900 г.)
• Уроки практической физики с WH Gee (том I, 1885 г.; том II, 1887 г.)
• Элементарный трактат о жаре (1888 г.)

Внешние ссылки

• «Стюарт, Бальфур» . Словарь национальной биографии . Лондон: Смит, Элдер и компания 1885–1900.
• Работы Бальфура Стюарта или о нем в Internet Archive
• Работы Бальфура Стюарта в Google Книгах
• Статьи Бальфура Стюарта в Google Scholar