Redigerer Kristian Birkeland (avsnitt)

== Forskning og vitenskapelig arbeid ==
=== Starten på en akademisk karriere ===
[[Fil:Kristian_Birkeland.jpg|mini|Birkeland rundt den tiden han ble utnevnt til professor i fysikk.]]

[[Fil:Kristian Birkeland photographed with a spy camera.jpg|mini|Birkeland fortografert utenfor universitetet med [[Carl Størmer]]s spionkamera. {{byline|Carl Størmer}}]]

[[Fil:The first x-ray photograph taken in Norway.jpg|mini|Det første røntgenbildet tatt i Norge. Birkeland demonstrerte bruken av røntgenstråler med å ta dette bildet av fysiologiprofessor [[Sophus Torup]]s hånd i 1896. {{byline|Kristian Birkeland}}]]

I januar 1893 ble Birkeland ansatt ved Det Kongelige Fredriks Universitet som [[stipendiat]]. Etter kort tid ble han tildelt et stipend for å studere i utlandet. Han var interessert i å studere de teoretiske sidene ved Maxwells ligninger, samt radiobølgeutbredelse. Først dro han til Paris og fikk en forskerstilling under fysikeren og matematikeren [[Henri Poincaré]] (1854–1912). Poincaré holdt han kontakt med helt til hans død i 1912.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 22–23.]]</ref> 

Birkeland var begeistret for Paris, og lærte seg snart fransk. Han leide en liten leilighet hvor vertinnen tok godt vare på ham. Hun klagde på at han arbeidet for mye og sov for lite. I et brev til sin venn [[Vilhelm Bjerknes]] (1862–1951) fortalte Birkeland at «jeg har vært i seng i fire dager uten å få sove etter et forferdelig fryseanfall på grunn av for mye arbeid».<ref name="EgBu23">[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 23.]]</ref> 

Senere tilbrakte han noen måneder i Genève, hvor han arbeidet sammen med fysikerne [[Edouard Sarasin]] (1843–1917) og [[Lucien de la Rive]] (1834–1924). Spesielt arbeidet han med elektriske utladninger under dette oppholdet. Disse fysikerne hadde han senere i livet både faglig og vennskapelig kontakt med. Birkeland og Sarasin utga sammen to vitenskapelige artikler.<ref name="EgBu23"/> Etter dette hadde han et kort studieopphold hos Hertz, som da var en berømt pioner innenfor radiobølgefysikk. Imidlertid døde Hertz kort tid etter at Birkeland kom til Bonn. Birkeland traff litt senere den tyske fysikeren [[Philipp von Lenard]] (1862–1947). Samarbeidet mellom dem førte til at Birkeland laget noe han kalte ''ferrum reductum'', som bestod av små jernbiter i parafinolje. Han oppdaget at jernbitene vibrerte i fase med påtrykte radiobølger og fullstendig absorberte deres energi. Birkeland var også et halvt år i Leipzig, hvor han var sammen med den norske matematikeren [[Sophus Lie]] (1842–1899), som var professor der.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 24.]]</ref> 

I 1894 og 1895, mens Birkeland studerte i utlandet, publiserte han ni vitenskapelige artikler. To av disse artiklene om elektromagnetisme fikk stor oppmerksomhet. Hans matematikkunnskaper hjemmefra var et viktig grunnlag, særlig for å løse Maxwells ligninger. Han var spesielt opptatt av hvordan elektromagnetiske bølger brer seg i ledere og i rommet. I 1895 fikk han publisert artikkelen «Solution génerale des Equations de Maxwell pour un milieu absorbent homogéne et isotrope», om løsning av Maxwells ligninger for homogene isotropiske medier. Denne løsningen viste at han på denne tiden var en av de få fysikere som behersket disse ligningene og fant løsningen på et viktig problem.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 28.]]</ref> Birkeland fant også et generelt uttrykk for den såkalte ''Poynting vector'', relatert til energioverføring.<ref name="EgBu10"/>

I løpet av de to og et halvt årene Birkeland var i utlandet, ble han kjent med noen av datidens mest betydningsfulle fysikere. Birkeland støttet senere i livet unge vitenskapsfolk som ville ha studieopphold i utlandet. Han mente også at det var viktig at unge kandidater arbeidet sammen med forskere i forskjellige grupper.<ref name="EgBu-TFSS25">[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 25.]]</ref> 

I oktober 1898 ble han utnevnt til professor i fysikk.<ref name=EgBu137>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 137.]]</ref><ref>[[#PB|Brekke: ''Nordlysets far'' side  14.]]</ref> Han var den yngste vitenskapelig ansatte ved Det naturvitenskapelige og matematiske fakultet ved Universitetet i Kristiania.<ref name="Jago1617">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  16 – 17.]]</ref> 

Universitetet i Kristiania var en svært konservativ institusjon på slutten av 1800-tallet. Blant annet hadde universitetet i 1880-årene støttet den svenske kongens rett til å utpeke regjering, uavhengig av hvilket politisk parti som vant valgene. Etter dette ble universitetet ansett som antidemokratisk og elitistisk, og Stortinget kuttet ned bevilgningene. Birkeland var sammen med rektoren [[W.C. Brøgger|Waldemar Brøgger]] (1851–1940) blant de professorer som ville reformere universitetet. Birkeland hadde etter sine tre år i utlandet forstått at undervisningen i naturvitenskap var provinsiell. Da Birkeland ble professor i fysikk, var det første gangen at universitetet hadde to professorer i dette faget samtidig. Birkelands energi og store arbeidskapasitet virket utmattende og irriterende på mange av hans kolleger. Mange av disse hadde forsonet seg med universitetets svake anseelse.<ref name="Jago6970">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  69–70.]]</ref> Birkeland var ukomfortabel med universitetets formelle strukturer, men hadde fortrolige venner blant sine kolleger, spesielt professorene Waldemar Brøgger og [[Fridtjof Nansen]] (1861–1930).<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 134.]]</ref> 

Birkeland ble i begynnelsen kalt «gutteprofessoren» på grunn av sin unge alder og barnlige utseende. Hans forelesninger var populære og godt besøkt. Mellom ti og tyve fysikkstudenter ble uteksaminert hvert år i Birkelands tid som professor, noe som på denne tiden var et høyt antall. Han ble ansett som en god foreleser, og spesielt likte studentene demonstrasjonene hans. Fra 1903 til 1913 hadde han liten tid til forelesninger, og betalte selv for vikarer.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 132–133.]]</ref> 

Han spiste uregelmessig, og hans venner inviterte ham på middag, slik at han skulle få nok mat.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side71.]]</ref> Han arbeidet ofte på flere prosjekter samtidig, noe som fikk ham til å arbeide både dag og natt i perioder. Helsen sin brydde han seg lite om. Han hadde en kreativ forestillingsevne, og et sterkt instinkt for å syntetisere store mengder informasjon for å løse vitenskapelige eller tekniske oppgaver.<ref name="EgBu-TFSS25"/>

På mange måter fremstod han også som barnslig naiv. Han fikk økonomisk støtte fra Stortinget for sine forskningsprosjekter, noe som gjorde noen av hans akademiske kolleger misunnelige. Men for Birkeland var det vanskelig å holde på hemmeligheter, og selv de innerste tankene sine kunne han si høyt. Han publiserte også forskningsresultater før han hadde tenkt over konsekvensene. Ofte ble han spurt av journalister om kommentarer på dagsaktuell forskning og teknologi, og da kunne han aldri la være å uttale seg, selv om han da kom i sentrum for offentlige kontroverser. I det daglige var han uorganisert og fraværende, men til tross for dette hadde han mange venner og likte godt selskap med andre.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 131–132.]]</ref>

=== Forskning på katodestråler ===
{{Multiple image|align=right|direction=vertikal|width=200|lang=no|image1=Katódsugarak mágneses mezőben(1).jpg|caption1=Katodestrålerør med malteserkors i form av en utstanset stålplate. |image2=Katódsugarak mágneses mezőben(2).jpg|caption2=Når katodestrålen tennes oppstår en skygge av malteserkorset. Noe som viser at elektornene beveger seg i rette linjer.|image3=Katódsugarak mágneses mezőben(3).jpg|caption3=Når katodestrålen utsettes for en magnet (over) avbøyes strålen og skyggen av malteserkorset dras oppover}}

I 1895 ble [[radioaktivitet]] og røntgenstråler oppdaget, noe som ga Birkeland inspirasjon til å finne ut implikasjoner av Maxwells ligninger på utladninger i små vakuumkammere. I forbindelse med dette fikk han frem lysfenomener som lignet på nordlys. Han arbeidet med dette vinteren 1895–1896, da han var tilbake i Kristiania, og kom frem til en ny teori om nordlys. Dette resulterte i fire artikler i 1896, der Birkeland for første gang foreslo at nordlys hadde sitt opphav fra [[Katodestråle|katodestråler]], altså ladede partikler, ut fra [[Solflekk|solflekker]]. Disse skyldtes prosesser inne i [[solen]]. Noen av disse ladede partiklene mente han vil komme inn i jordens [[magnetfelt]] og bli ledet mot polarområdene. Dermed skjer det utladninger når partiklene kommer inn i [[jordens atmosfære]], noe som gir synlige lysfenomener. Imidlertid brukte han ikke ordet katodestråler før i 1908, men ut fra hvordan deres baner avbøyes i magnetiske felt, forstod han at de måtte være negativt [[Elektrisk ladning|elektrisk ladet]]. Med denne utgivelsen i 1896, var det første gang noen kom opp med en slik teori om nordlyset. Han kalte disse partiklene for «en fjerde tilstand for materien». Senere, i 1920-årene, ga [[Irving Langmuir]] (1881–1957) denne fjerde [[Aggregattilstand|tilstanden]] navnet «[[Plasma (fysikk)|plasma]]».<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 28–29.]]</ref>

Katodestråler var første gang frembrakt i laboratorier rundt 1850, i flasker der luften var pumpet ut. Birkeland anvendte også slike flasker og brukte mye tid på dette rundt 1895. På denne tiden var det fortsatt et uavklart spørsmål om katodestrålene var elektromagnetiske bølger eller partikler. Siden elektromagnetiske bølger ikke lar seg påvirke av [[Magnetfelt|magnetiske]] eller [[Elektrisk felt|elektriske felt]], ville Birkeland studere katodestråler i magnetiske felt. Han konstaterte at katodestråler ledes mot magnetiske poler. Denne oppdagelsen ble publisert i artikler på fransk, tysk og engelsk, og ble ansett som svært viktig.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 30–31.]]</ref><ref>[[#PB|Brekke: ''Nordlysets far'' side 18.]]</ref>

Mellom 1896 og 1898 publiserte Birkeland seks artikler om katodestråler som utsettes for magnetfelter. Blant annet var han den første til å finne ut at graden av avbøyning bare er avhengig av [[Elektrisk spenning|elektrodespenningen]], altså spenningen mellom positiv og negativ elektrode, forutsatt konstant magnetisk felt. Birkeland var også i denne tiden opptatt av katodestråler i verdensrommet. Han søkte Stortinget om finansiering av et forsøk på å sende prøveballonger med fotografiske plater opp i atmosfæren for å finne ut hvor dypt ned i atmosfæren disse strekker seg. Dette ble ikke innvilget.<ref name=EgBu32>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 30–31.]]</ref> 

Under disse eksperimentene med katodestråler i 1896 lagde han også kunstige nordlys. Disse artet seg som gassutladninger i katodestrålerør. Han fikk laget et slikt lite rør eller flaske, som han kalte «nordlyskrukke».<ref name=EgBu32/>

Fra 1899 til 1910 fikk han Jørgen Dietrichson (1867–1911) som frivillig assistent. Han var pensjonert gymnasrektor og var svært dedikert til disse praktiske laboratorieundersøkelsene. Blant annet utviklet han metoder for å utvikle mer effektive metoder for å lage katodestråler.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 32–33.]]</ref> 

Da Birkeland drev med sine katodestråleksperimenter i 1890-årene, var det ingen som visste hva disse strålene egentlig var. Heller ikke [[elektrisitet]] kunne en forklare hva var. Birkeland konkluderte med at katodestrålene måtte være negative [[Elektrisk ladning|ladninger]], men han gjorde ikke noe for å måle deres ladning. [[Joseph John Thomson]] (1856–1940) holdes for å være den som oppdaget [[elektron]]et i 1897. Det finnes imidlertid historikere som argumenterer for at Birkeland og den tyske fysikeren [[Emil Wiechert]] (1861–1926) også skulle ha blitt kreditert for denne oppdagelsen.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 33–34.]]</ref>

=== Nordlysforskningen ===
Nordlysforskningen er det som Birkeland er mest kjent for. Innenfor dette feltet gjorde han nye oppdagelser og fremsatte banebrytende teorier.

====Kunnskap om nordlyset på Birkelands tid ====
[[Fil:Voyages de la Commission scientifique du Nord, en Scandinavie, en Laponie, au Spitzberg et aux Feröe - no-nb digibok 2009040611001-72.jpg|mini|Illustrasjoner fra boken ''Voyages de la Commission scientifique du Nord, en Scandinavie, en Laponie, au Spitzberg et aux Feröe''. Ukjent forfatter, utgitt av Arthus Bertrand.]]

I tidligere tider hadde den norske skipperen [[Johan Heitman]] (1664–1740) skrevet en bok der det forklares hvordan nordlyset kan brukes som værvarsel. Dette var forøvrig noe fiskere i Nord-Norge i lange tider hadde anvendt.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 46.]]</ref> 

Den britiske astronomen [[Edmond Halley]] (1656–1742) mente nordlyset skyldtes en magnetisk væske som lekket ut fra jorden ved polarområdene. Denne fulgte så jordens magnetfelt opp i atmosfæren, der den lyste opp.<ref>[[#PB|Brekke: ''Nordlysets far'' side 24.]]</ref>

En fransk ekspedisjon ledet av [[Joseph Paul Gaimard]] (1796–1858) hadde foretatt målinger ved Kåfjord vinteren 1838–1839. Gruppen hadde bygget fem små hytter for å observere nordlys, måle geomagnetiske felter, samt gjøre meteorologiske og astronomiske målinger. Til tross for at de hadde gjort mange målinger, ble disse aldri analysert. De gjorde samtidig målinger av nordlyset fra to observasjonsteder som befant seg 50 kilometer fra hverandre. Ut fra dette bestemte de nordlysets høyde til 150 km. Men de hadde allikevel større tiltro til målinger foretatt av [[Jean-Jacques d'Ortous de Mairan]] (1678–1771), som hadde estimert høyden til 1000 km. Dermed publiserte ikke Gaimard sine målinger.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 48.]]</ref> 

Langt inn i den moderne tid var nordlyset sett på som et uløst mysterium for naturvitenskapen. Den første som hadde forsøkt å komme opp med en vitenskapelig teori, var den østerrikske polarforskeren [[Karl Weyprecht]] (1838–1881), som gjorde forsøk på samtidige observasjoner fra forskjellige observasjonssteder. Mellom 1882 og 1883 ble tolv stasjoner i [[Arktis]] og to i [[Antarktis]] bemannet, der forskerne både observerte nord- og sørlys samtidig med geomagnetiske målinger. Imidlertid ble målingene foretatt av forskjellige land, slik at systematiske sammenligninger mellom målingene ikke ble utført. Dermed ble det ikke utgitt noen forskningsrapport basert på disse kostbare målingene.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 33–45.]]</ref>

På slutten av 1800-tallet hadde en funnet ut at nordlyset ikke var [[Polarisering (elektromagnetisme)|polarisert]], og det kunne dermed ikke dreie seg om et reflektert lys. Dette betydde at selve lyskilden måtte være i atmosfæren.<ref>[[#Egeland|Egeland: ''Mennesket og forskeren'' side 11.]]</ref> Helt på slutten av århundret var det også blitt utført statistiske analyser som viste at nordlyset vanligvis opptrådte i en sone rundt 2500 km fra magnetpolen. Tidligere hadde en antatt at det var sterkere desto nærmere polen en kom.<ref>[[#Egeland|Egeland: ''Mennesket og forskeren'' side 12.]]</ref>

==== De første nordlysmålingene på Halddetoppen ====
Birkeland ledet de første nordlysobservasjonene i 1897 da han var 30 år. Disse ble utført ved [[Altafjorden]], men forskergruppen ble ved et tilfelle utsatt for så sterk snøstorm at de knapt overlevde. Etter å ha holdt på i to uker med bare en eneste observasjon av nordlys, avsluttet Birkeland denne ekspedisjonen. Neste sommer reiste han tilbake til Finnmark for å planlegge den neste ekspedisjonen. Han valgte seg da ut [[Haldde|Halddetoppen]] og Talvik vest for [[Kåfjord]] i [[Finnmark]].<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 47.]]</ref>

[[Fil:The simple northern lights observatory at Haldetoppen.jpg|mini|Nordlysobservatoriet på [[Haldde|Halddetoppen]] hvor Birkeland og hans assistenter bodde vinteren 1899-1900.]]

I oktober [[1899]] startet Birkeland innflyttingen i det enkle nordlysobservatoriet han hadde fått bygget på Halddetoppen. Opp til toppen ble det transportert bygningsmaterialer, utstyr og forsyninger med en samlet vekt på 40 tonn.<ref name=EgBu50>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 50.]]</ref><ref name="Jago15">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  15.]]</ref> De første deltakerne var studentene [[Bjørn Helland-Hansen]] (1877–1957) og Elisar Boye, fysikeren [[Sem Sæland]] (1874–1940) og telegrafingeniøren Kristoffer Knudsen.<ref name="Jago1617"/> Imidlertid forfrøs Helland-Hansen fingrene sine i uvær på veg opp til Halddetoppen. Han måtte derfor amputere fingrene og ble ikke med på målingene.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  34.]]</ref> Boye døde etter at ekspedisjonen var over, da han ble tatt av et snøskred under transport av utstyret ned fra fjellet. Ved denne hendelsen døde også en annen mann som var med fra Kåfjord.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 59.]]</ref> 

Målingene startet den 1. november 1899,<ref name="Jago31">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 31.]]</ref> og fortsatte hele vinteren. Stedet ble valgt fordi nordlys forekommer oftere her enn andre steder i landet. Det barske klimaet gjorde stedet farlig, men Birkeland ville underbygge en teori om nordlyset som ville forkaste etablerte teorier om solsystemet og jorden.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 21.]]</ref> Haldetoppen hadde blitt valgt fordi den var høytliggende, nærmere 1000 meter over havet, utsikten var uhindret av vegetasjon og bygninger, og det var ikke elektrisk belysning i nærheten eller luftforurensning. Fra observatoriet kunne de se 1000 km fra horisont til horisont. For å kunne anslå nordlysets høyde var det også anlagt en annen hytte på fjellet Talvik, rundt 3,4 km unna. Med en observatør på dette stedet kunne de måle nordlyset i forhold til stjernene fra to punkter, slik at enkle geometriske beregninger kunne gi dem høyden.<ref name=EgBu50/><ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  28.]]</ref> Det var satt opp en telefonlinje mellom de to observatoriene for å få synkrone målinger.<ref name=Jago32>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  32.]]</ref>

[[Fil:Størmer and Birkeland Alta 1910.jpg|mini|[[Carl Størmer]] og Birkeland under feltmålinger i Alta.{{byline|Anders Beer Wilse}}]]

De hadde med seg en vindmåler for å finne ut om spesielle værforhold var knyttet til nordlyset. De bragte også med seg et ''elektrometer'' (en mer avansert utgave av et [[elektroskop]]) for å studere elektriske forhold i atmosfæren. Elektriske forhold var tidligere blitt studert i forbindelse med tordenvær, men ikke under nordlysaktivitet. Et annet instrument var et termometer, for å bekrefte eller avsanne om nordlyset er mer intenst ved kaldere vær. Dette var det på denne tiden mange folkelige oppfatninger om. Videre hadde de et [[barometer]] og et [[hygrometer]], samt en værballong for å måle vindstyrken opptil 2000 meter over bakken.<ref name="Jago2526">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  25 – 26.]]</ref> De hadde også et kamera i hvert av observatoriene som kunne ta bilder synkront.<ref name="Jago36">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 36.]]</ref> Det viktigste instrumentet var et såkalt ''magnetometer'' som kunne registrere endringer av jordens magnetfelt både i styrke og retning.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  30.]]</ref> Magnetometret kunne måle feltets styrke i vertikale og horisontale retninger (x-, y- og z-retning).<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 551.]]</ref><ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  39.]]</ref> Målingene skulle gjøres flere ganger i døgnet,<ref name="Jago31"/> men når nordlyset viste seg, ble det foretatt kontinuerlige observasjoner.<ref name=Jago32/>

En av de mange tingene de skulle undersøke, var om den finske geologen [[Selim Lemström]] (1838–1904) hadde rett i sitt utsagn om at nordlyset reiser seg opp fra spisse fjelltopper, samt at det kan gå helt ned til bakken. Ut fra dette skulle Birkeland kunne se nordlys også nedenfor observatoriet på Haldde.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 50–51.]]</ref> Målingene skulle videre prøve omstridte oppfatninger, som at nordlyset avgir en knitrende lyd, at det får håret til å reise seg, at det forårsaker hodepine og om det forekommer på dagtid.<ref name="Jago2526"/>

==== Offentlige finansieringer ====
Nordlys ble nordpå kalt for vindlys eller værlys, fordi det var en utbredt oppfatning av man at det kunne spå været. Birkeland var interessert i å finne ut om det virkelig var en sammenheng mellom nordlysaktivitet og kommende vær, fordi dette kunne være nyttig kunnskap. I sin søknad til Stortinget forklarte han at dette var en viktig del av de vitenskapelige undersøkelsene. Han mente nok ikke at det var av stor vitenskapelig betydning for teorien hans om nordlysets natur, men regnet med at det var viktig å legge til for å få finansieringer. Dermed kalte han studien for «Ekspedisjon for å studere nordlys, jordmagnetisme og skydannelse». I tillegg spilte han på nasjonalfølelsen i søknaden til Stortinget: «Det er selvsagt mulig å samarbeide med utenlandske forskere og videreføre ekspedisjonen uten ytterligere finansiering fra den norske stat. Men jeg nøler med å gå til det skritt, da jeg anser undersøkelsene som så viktige at jeg helst skulle sett at de var norske.»<ref name="Jago46">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 46.]]</ref>

[[Fil:Haldde.jpg|mini|[[Haldde|Halddetoppen]] med observatoriet i dag. I bakgrunnen Birkelands opprinnelige observatorium.]]

Birkeland fikk bevilget 12&nbsp;000 kroner til ekspedisjonen, inkludert bygninger og utstyr. Dette var det dobbelte av årslønnen hans.<ref name="Jago46"/> Imidlertid ignorerte han økonomioppfølgingen i prosjektet. Han mistet papirlappene der han hadde summert kostnader for utstyr, men hadde stadig behov for mer utstyr. Dermed fikk han mange purringer om å oppgi eksakte regnskaper, men istedenfor sendte han søknader om mer penger. Biografen Jago mener at han sannsynligvis aldri sendte noe regnskap, men at han håpet på mer penger til ekspedisjonen ved å distrahere departementet og lokke Stortinget til å bevilge mer penger, ved å sende meldinger om fremskritt i forskningen innenfor værvarsling.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  47.]]</ref> Biografene Egeland og Burke mener at ekspedisjonen heller ikke var godt planlagt finansielt. Den samlede summen for ekspedisjonen kom på 38&nbsp;297 kroner, tre ganger mer enn det opprinnelige estimatet. Myndighetene var imidlertid fornøyd med det vitenskapelige utbyttet av ekspedisjonen.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 53.]]</ref> 

Birkeland håpet at nordlysobservatoriet skulle bli permanent, noe det også ble.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  49.]]</ref> Birkeland brukte delvis egne midler for å få et stort observatorium bygget. Fra 1912 til 1926 var det permanent bemanning på Haldde.<ref>[[#Egeland|Egeland: ''Mennesket og forskeren'' side 19.]]</ref>

==== Teorien for nordlyset tar form ====
Birkeland og hans assistenter fikk snart bekreftet at nordlyset ikke berører bakken, men at de laveste delene kommer ned til rundt 100 km over bakken. De konstaterte dessuten at det ikke svir håret eller kroppsdeler, samt at det heller ikke forårsaker hodepine.<ref name="Jago50">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 50.]]</ref> De bekreftet den gamle oppfatningen om at nordlyset er mest aktivt i lave temperaturer.<ref name="Jago36"/>

I lange perioder hadde de svært dårlig vær, slik at de ikke kunne gjøre noen observasjoner. Det ble dermed god tid for Birkeland til å studere resultatene de allerede hadde fått. Han satt oppe natt etter natt, og arbeidet med dette.<ref name="Jago5354">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 53–54.]]</ref> Samtidig var de andre deltagerne i dårlig humør av å være innesperret i den mørke hytten dag etter dag.<ref name="Jago50"/> En ting de hadde klare observasjoner av, var at jordens magnetfeltet alltid ble tydelig forstyrret, samtidig med at det var nordlysaktivitet. Flere år tidligere hadde han fått en idé om at det var en sammenheng mellom solflekkaktivitet og nordlys. Han hadde publisert en artikkel med tittelen «Solpletter og Nordlys. Et bud fra Solen»<ref name="Jago5354"/> Imidlertid var det flere andre forskere som avviste dette fordi nordlys forekom uten solflekkaktivitet, og omvendt. Dessuten mente mange at elektriske partikler fra solen ikke kunne nå jorden over en så stor distanse.<ref name="Jago55">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 55.]]</ref>

Birkeland og hans medhjelpere hadde feiret jul hos gruvedirektør Anders Quale nede i Kåfjord. Her hadde han sett på kraftstasjonen som var satt opp, og ga elektrisk lys. Quale fortalte om utfordringen med elektriske brytere i forbindelse med elektrisitetsproduksjon, spesielt ulykker når bryterne skulle bryte store strømmer.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 44.]]</ref><ref name="EgBu101102">[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 101–102.]]</ref>

Birkeland tenkte på kraftstasjonen og på ting han hadde lest, til han ble helt utmattet i stormnettene i januar. Plutselig en kveld slo en tanke ned i hodet hans, og han ble overbevist om at hans opprinnelige tanke var riktig: Nordlyset dannes ved at elektroner slynges ut fra solen som konsentrerte stråler i tilfeldige retninger. Det er dette som kalles [[katodestråle]]r. Disse treffer av og til jordens magnetfelter, og følger dens feltlinjer mot nord. Her kommer elektronstrømmene ned i lavere deler av [[Troposfæren|atmosfæren]] hvor de kolliderer med atomer. Energien fra kollisjonene skaper [[Emisjon (fysikk)|lysemisjon]], altså nordlys. Dette forklarer også hvorfor jordens magnetfelt blir forstyrret: Forstyrrelsene skjer ved at elektronene, som kommer i stor hastighet, skaper egne magnetfelt som påvirker jordmagnetismen. At katodestrålene fra solen sendes ut som konsentrerte stråler, forklarer også hvorfor det kan være solflekkaktivitet uten at det er nordlys: Ofte vil slike katodestråler fare ut i verdensrommet uten å treffe jorden.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  56.]]</ref>

==== Formidling av teorien om nordlysets opphav ====
Etter ekspedisjonen på Haldde var motviljen mot Birkeland hardnet til blant flere av de andre professorene. Det kom kritikk mot det som ble omtalt som en dumdristig ekspedisjon der en talentfull ung mann hadde omkommet. Noen eldre professorer mente at Birkeland var for ung til å lede så kostbare ekspedisjoner.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 54.]]</ref> Dessuten var hans vidløftige prosjekter kostbare, og tappet budsjettene for store pengesummer. Til tross for dette hadde han også flere beundrere, blant andre den eksentriske geologen og politikeren [[Amund Helland]] (1846–1918). Helland var også en nær venn av Birkeland.<ref name="Jago6970"/>

[[Fil:Kristian Birkelands nordic light laboratory.jpg|mini|Birkelands laboratorium med [[generator]] for å skaffe høye [[Elektrisk spenning|spenninger]] for [[katodestråle]]]r.]]
[[Fil:Northern Lights in a bottle with cathode rays.jpg|mini|En av Birkelands tidlige vakuumflasker for å simulere nordlys rundt «jordkloden» som han kalte terrella.]]
[[Fil:Birkeland-currents.gif|mini|Illustrasjon fra boken ''The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903'' og viser hvordan Birkeland så for seg strømmer i polarområdene over jorden, i dag kjent som [[birkelandstrømmer]].]]

Sem Sæland ble ansatt som forskningsassistent for Birkeland, for at han skulle analysere måledataene. De to utga en artikkel med tittelen «Nordlysekspedisjonene» i ''Elektroteknisk tidsskrift'' i oktober 1900. Senere publiserte Birkeland en mer detaljert artikkel i et fransk tidsskrift. Resultater fra målingene i Nord-Norge ble presentert, i tillegg til noen samtidige magnetfeltmålinger fra Potsdam i Tyskland. Her ble også opphavet til de magnetiske stormene forklart.<ref name="Jago55"/>

Birkeland bosatte seg på denne tiden på Lysaker, hvor flere intellektuelle også bodde. Blant disse var det mange som arbeidet for en ny norsk identitet og løsrivelse fra [[Unionen mellom Sverige og Norge|unionen med Sverige]]. Det dreide seg blant andre om [[Fridtjof Nansen]], som mente at også en liten nasjon som Norge, måtte hevde seg kulturelt på flest mulig felter. Også Birkeland ivret for Norges uavhengighet, og var overbevist om at hans nordlysforskning kunne bane vei for større nasjonal ære.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  65.]]</ref>

Birkeland mente at det var viktig både for andre forskere og det alminnelige publikum å få presentert resultatene fra forskningen på nordlyset. Han fikk dermed en avtale med sjefsredaktør [[Jacob Dybwad]] (1823–1899), som på denne tiden var en av noen få forleggere som hjalp til med vitenskapelige utgivelser.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  65.]]</ref> De ble enige om å utgi en bok om ekspedisjonen, med tittelen ''Den norske aurora borealis ekspedisjonen 1899–1900''.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  67.]]</ref> Fordi en anså det norske publikummet som kunne vært interessert i boken til å være begrenset, ble boken utgitt på fransk. Dette var i tillegg et språk Birkeland behersket.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side  68.]]</ref> Boken inneholdt de første kartlegginger av elektriske strømmer i polarområdene, basert på bakkemålinger av magnetfelter. Birkeland skrev at nordlys og de tilhørende elektriske strømmene best kunne beskrives ved hjelp av et koordinatsystem som forholdt seg relativt til solen. Han hadde utarbeidet et kart som viste hvordan nordlyset oppstår i et mønster, med to celler. I nyere tid har satellitt- og bakkemålinger påvist at den ioniserte strømmen virkelig følger et slikt to-cellemønster.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 56.]]</ref> 

Boken ble utgitt våren 1901. Dette ble fulgt opp av avisene i Norge, som skrev artikler om at nordlysgåten var løst. Birkeland selv skrev avisartikler, som på en popularisert måte forklarte fysikken bak fenomenet. Hans anseelse økte, og han holdt flere vitenskapelige forelesninger om nordlyset. Imidlertid ble boken og hans teori dårlig mottatt i Storbritannia. Det britiske [[Royal Society]]s tidsskrift ''[[Philosophical Transactions of the Royal Society]]'' angrep boken og mente at teoriene var fundamentalt feilbegrunnet. Britiske forskere mente nemlig at verdensrommet var tomt vakuum.<ref name="Jago74">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 74.]]</ref>

Royal Society hadde i mange år hatt den fremstående matematikeren, fysikeren og ingeniøren [[William Thomson Kelvin|Lord Kelvin]] (1824–1907) som sin leder. Kelvin hadde nærmest som en slengbemerkning i 1892, avfeid at det skulle være noen som helst forbindelse mellom jordens magnetisme og solflekker, eller andre aktiviteter på eller i nærheten av solen. På grunn av Kelvins store anseelse ville få forskere komme med innvendinger mot hans tidligere uttalelser. Birkeland var svært skuffet over denne avvisningen fra britisk side. Motvillig måtte han innse at britene vurderte hans forskning som ubetydelige aktiviteter i et beskjedent fysikkinstitutt, ved et ordinært universitet i en liten svensk koloni.<ref name="Jago7576">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 75–76.]]</ref>

=== En ny forskningsekspedisjon ===
==== Observasjoner fra fire lokasjoner ====
[[Fil:Map for the Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903.jpg|mini|Kart som viser de fire nordlysobservatoriene [[Kåfjord]] i Norge, [[Dýrafjörður]] på Island, [[Akseløya]] på Svalbard og Matochkin Shar på [[Novaja Semlja]].]]

[[Fil:The scientific samoyed of Matoschkin Sckar.jpg|mini|Bilde tatt i Arkhangelsk før avreise til Matochkin Shar på [[Novaja Semlja]]. Birkeland sitter foran med sine tre assistenter bak og en [[Samojeder|samojed]] til venstre. Assistentene er Hans Riddervold, [[Hans Thomas Lange Schaanning|Hans Schaanning]] og [[Johan Koren (polarforsker)|Johan Koren]].]]

[[Fil:The measurement station for northern lights measurements on Nowaya Semlja.png|mini|Forskningsstasjonen på Matotchkin Schar, [[Novaja Semlja]] i Russland.]]

Birkeland tok raskt opp en ide om en ny og større forskningsekspedisjon. Denne gangen ville han ha fire observatorier på forskjellige steder i polarområdene.<ref name="Jago7576"/> En av dem skulle være et stykke nord for nordlyssonen, de andre spredt og langsetter sonen.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 55.]]</ref> Han ble oppslukt av denne ideen, men til tross for at boken hans hadde gitt han et godt ry i Norge, var nå Stortinget blitt meget skeptisk. Hans håpløse håndtering av finansene ved den første ekspedisjonen var ikke glemt. Han skjønte også selv at dette ryktet ikke var ufortjent, han var uvøren med både egne penger og universitetets verdier. Av og til brukte han sin egen lønn til å kjøpe instrumenter til universitetet, uten å tenke videre over det.<ref name="Jago7576"/>

Via kontaktene til Helland, hadde han fått rede på at mange politikere ikke forstod eller verdsatte hans arbeid. Birkeland innså derfor at han ble nødt til å finanser den neste ekspedisjonen selv. Han tenkte at utvikling av en elektrisk bryter for bryting av store strømmer kunne være meget innbringende om han kunne finne opp og patentere den. Vennen Sæland ble kontaktet for om mulig å finne et passende sted for den nye nordlysekspedisjonen, mens han selv tilbrakte tiden ved [[Oslo Lysverker|Christiania Elektricitetsværk]] for å eksperimentere med en mekanisme for en strømbryter.<ref name="Jago77">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side77.]]</ref> 

I 1902 søkte Birkeland Regjeringen om et beløp på 38&nbsp;000 kr for en ny forskningsekspedisjon for: «Å studere magnetiske forstyrrelser, dannelse av cirrusskyer, nordlyset og dets forhold til det enorme systemet av elektriske strømmer som løper parallelt med jordens overflate, i stor høyde.»<ref name=jago8283>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 82–83.]]</ref> Med søknaden fulgte det en liste over noen av verdens fremste geofysikere som støttet den planlagte ekspedisjonen. Navn som [[Wilhelm von Bezold]] (1837–1907) og [[Georg von Neumayer]] (1826–1909) var oppgitt som støttespillere. Nansen og flere norske vitenskapsmenn støttet også ekspedisjonen.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 59.]]</ref><ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 84.]]</ref> Stortinget støttet ekspedisjonen, men mange representanter hadde motforestillinger, både på grunn av Birkelands dårlige pengestyring, og fordi de tvilte på nytteverdien.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 85.]]</ref> Det ble besluttet at staten skulle støtte ekspedisjonen med 20&nbsp;000 kr. Det resterende beløpet ble gitt av private støttespillere.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 86.]]</ref>

Ekspedisjonen ble planlagt med fire observasjonsposter langs polarsirkelen med en avstand på 1000 km mellom dem. Siden den første ekspedisjonen hadde vist at nordlyset oppstår i svært stor høyde, ble det ikke satset på målestasjoner på høye fjelltopper, men på eksisterende bygninger. Målestasjonen i Finnmark skulle brukes, men mange oppgaver kunne uansett gjøres nede ved fjorden i Kåfjord og i Bossekop. Det andre observatoriet skulle være på [[Dýrafjörður]] på Island, et tredje sted var [[Akseløya]] ved [[Spitsbergen]] på [[Svalbard]], og den fjerde lokasjonen var Matochkin Shar på [[Novaja Semlja]] i Russland. På disse stedene var det fra før bygninger og etablerte aktiviteter. På Novaja Semlja fikk Birkeland en avtale om å benytte huset til kunstneren [[Aleksandr Borisov]] (1866–1934).<ref name=jago87>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 87.]]</ref><ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 58.]]</ref>

Målestasjonene ble utstyrt med blant annet magnetiske måleinstrumenter, elektrometre, instrumenter for å måle jordstrømmer, forskjellige meteorologiske instrumenter, fotoapparater og målekikkerter. 

Ved disse målingene ble det også sendt ut anmodninger til observatorier rundt om i verden, om å bistå med målinger av magnetisk aktivitet i jordatmosfæren. Disse målingene skulle gjøres på visse datoer og tidspunkter.<ref name=jago87/>

==== Gal hund ====
I juli 1902 reiste Birkeland mot Novaja Semlja for å se på observasjonsposter der. Videre skulle han reise med båt forbi Kolahalvøya til Varanger og Kåfjord, hvor han selv skulle lede observasjonene.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 90.]]</ref> I [[Arkhangelsk]] møtte Birkeland ekspedisjonsmedlemmene som skulle utstasjoneres på Novaja Smelja. Det var den nyutdannede fysikeren Hans Riddervold, naturforskeren [[Hans Thomas Lange Schaanning]] (1878–1956) og polarforskeren [[Johan Koren (polarforsker)|Johan Koren]] (1879–1919).<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 92.]]</ref><ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 63.]]</ref> Ekspedisjonen ble vist stor velvilje fra guvernøren i Arkangelsk som blant annet sørget for fri frakt av utstyr og personell med skip ut til observatoriet, og dessuten tillatelse til å benytte seg av et deponi for havarister.<ref name=jago94>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 94.]]</ref>

Under sitt opphold i Arkhangelsk ble Birkeland angrepet av en løshund som bet ham i leggen. Guvernøren mente at i tilfelle hunden hadde [[rabies]] kunne dette være meget farlig. Derfor ble det til at Birkeland måtte forlate gruppen for å komme seg til Moskva hvor det var opprettet en filial av [[Institut Pasteur|Pasteurinstituttet]].<ref name=jago94/> 

Behandlingen i Moskva ga flere bivirkninger som tretthet og kvalme, og tok mange dager. Han fikk dermed tid til å tenke og arbeide. Han begynte å fundere over om det kunne være mulig å studere nordlys mer inngående i et laboratorium.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 97.]]</ref> Det skulle senere vise seg at også målingene denne gangen ble forstyrret av ekstreme værforhold. Under kontrollerte forhold innendørs kunne slike problemer unngås.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 100–102.]]</ref>

=== Verdensrommet i vakuumkammer ===
[[Fil:Terrella-forsøk, Kristian Birkeland, Olaf Devik.jpg|mini|Birkeland og [[Olaf Devik]] under det såkalte ''terellaforsøket''. Leg merke til Birkelands karakteristiske egyptiske fez som han alltid hadde på hodet under disse forsøkene. I tillegg hadde han ofte på seg et par røde egyptiske lærtøfler med lange spisse tupper. De som spurte om årsaken til dette spesielle antrekket fikk til svar at han led av hodepine på grunn av den skadelig strålingen fra eksperimentene. Denne skrønen fortalte han for å se hvem som lot seg lure.<ref name=jago142/>]]

Fordi Birkeland ble svært opptatt med å utvikle en prosess for gjødselproduksjon fra luftens nitrogen, ble det ikke anledning til å analysere måleresultatene fra Aurora Polaris-ekspedisjonen før i 1906. På den annen side hadde engasjementet i utviklingen av den såkalte ''[[Birkeland-Eyde-prosessen]]'', skaffet ham penger nok til å lønne assistenter og bygge et eget laboratorium. Fra før var Sæland involvert, og videre ble fysikkstudentene [[Ole Andreas Krogness]] (1886–1934) og [[Lars Vegard]] (1880–1963) engasjert. Birkeland hadde store ambisjoner for publiseringen av forskningsresultatene, og ønsket å få materialet utgitt som et trebinds bokverk. I tillegg til de målingene som ble foretatt av hans ekspedisjon, hadde det i løpet av de senere årene kommet inn målinger i form av over 600 magnetogrammer, fra 23 observatorier verden over. Bokverket skulle beskrive en stor sammenstilling av disse dataene.<ref name=jago139>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 139.]]</ref><ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 67.]]</ref>

Birkeland bestemte seg nå for å gjøre alvor av å bygge en stor modell av verdensrommet for å gjenskape nordlys i laboratoriet. Dette gjorde han for å overbevise sine kritikere.<ref>[[#PB|Brekke: ''Nordlysets far'' side 30.]]</ref> For å få plass til utstyret tok han i bruk kjelleren under sitt kontor, hvor han fikk installert en generator. I tillegg forklarte han til universitetets administrasjon: «Jeg har tatt halvparten av forelesningssalen for å gjøre den om til laboratorium. Hvis studentene sitter tettere sammen, blir det plass nok i den reduserte salen.»<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 141.]]</ref> Dette ble godtatt, men under betingelse av at han selv bekostet alle endringer og innkjøp av utstyr. Imidlertid var disse rommene for små, slik at også hans eget kontor ble tatt i bruk. Han fikk også en tredje assistent til eksperimentet, nemlig [[Olaf Devik]] (1886–1987).<ref name=jago142>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 142.]]</ref>

For å gjøre eksperimentet fikk Birkeland og Dietrichson laget en liten kule som skulle representere jorden. Denne var laget av en kjerne av jern, omviklet med kobbertråd som kunne føre elektrisk strøm. Dermed dannet dette en liten elektromagnet. Denne ble så innkapslet av en tynn messingkule. Utenpå denne var det bariumplatinaoksid, et ''[[Fosforescens|fosforescerende]]'' stoff som lyser opp ved påvirkning av en elektronstråle. Han kalte denne modellen for ''terrella'' til ære for den engelsk fysikeren [[William Gilbert]] (1544–1603), som hadde utført lignende eksperimenter med en modell av jordklode 300 år tidligere som han kalte «terrella». Terrellaen ble plassert i et vakuumkammer med glassvegger. I denne var det en elektrisk ''[[katode]]'' som sendte ut elektroner med høy hastighet, altså en katodestråle. Disse ble igjen fanget opp av terrellaen som var positivt ladet, altså var ''[[anode]]n''.<ref name=jago143144>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 143–144.]]</ref>

Da dagen for å teste ut nordlyset i dette «miniatyruniverset» kom, hadde flere professorer og studenter hørt ryktene om det forestående. De samlet seg rundt vakuumkammeret på laboratoriet, hvor også direktøren for [[Observatoriet|Det astronomiske observatorium]] var invitert. Birkeland lukket lemmene for vinduene for å få det mørkt, og forklarte hvordan modellen var bygget opp. Når strømmen ble slått på, glødet katoden som representerte solen, men «jorden» lå fortsatt i mørke. Så skrudde han på strømmen som magnetiserte terrellaen, og etter en kort stund ble det dannet en purpurfarget glødende ring rundt «ekvator». Han økte strømmen gjennom terrellaen enda mer, og ringen delte seg i to deler som vandret mot hver sin pol. Et glødende fosforescerende lys kretset rundt nord- og sørpol på terrellaen. De tilstedeværende «opplevde et flyktig øyeblikk av ærefrykt da de fikk se jorden utenfra, som fra verdensrommet.» <ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 145.]]</ref>

Birkeland drev med elektriske eksperimenter for å studere elektriske utladninger på kosmisk nivå fra 1895 til 1913, ved Universitetet i Kristiania. Ingen andre laboratorier drev på denne tiden med så omfattende studier av dette. Han utviklet også forskjellige apparater for undersøkelsene, blant annet [[Vakuumpumpe|vakuumpumper]]. I 1910 ansatte han brødrene Karl og Olaf Devik. Karl hjalp Dietrichson under eksperimentene, og tok over etter Dietrichson, da han døde. Olaf Devik ble også en personlig assistent for Birkeland, og tok seg blant annet av hans avtaler og finanser. Birkelands kontor ble så overfylt med utstyr at bare de som var involvert i laboratoriearbeidet, fikk lov til å komme inn. Studenter som ville spørre Birkeland om noe, kunne ikke komme lengre enn til døren for å fremsi sine spørsmål. Dessuten hadde alle som arbeidet for Birkeland, en regel om å alltid ha en hånd i lommen for å unngå farlige [[Elektrisk støt|elektriske sjokk]]. Under disse forsøkene hadde Birkeland på seg en [[Fess (hodeplagg)|fez]], noe som fikk flere til å tro at han hadde konvertert til islam.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 35.]]</ref> 

Det nye vakuumkammeret var formet som et akvarium, med helt rette glassveger. Dette i motsetning til de tidligere kamrene, som var både sylindriske og sfæriske. En stor fordel med dette var at han unngikk optiske forstyrrelser gjennom krummede glassvegger. Spesielt var dette et problem ved fotografering. Det første kammeret av denne typen var på 22 liter, og i 1913 brukte han et kammer på hele 1000 liter. Tykkelsen av glasset var da økt fra 2 til 5 centimeter for å kunne motstå det store atmosfæriske presset på de store veggene.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 37.]]</ref> 

[[Fil:Wire model of trajectories to negatively charged particles.jpg|mini|Wire-modell av banene negativt ladde partikler følger i jordens magnetfelt. De avanserte beregningene som ligger bak var det [[Carl Størmer]] som utførte.]]

Birkeland lot den elektriske spolen som frembrakte magnetfeltet inne i terrellaen ha en helning på 23,5º i forhold til den geografiske jordaksen. Han brukte blant annet mye tid på å utforske sesongmessige variasjoner i nordlyset basert på simuleringene i vakuumkammeret. Han kunne beskrive hvordan nordlyset og sørlyset varierer på morgen- og kveldsiden av «jordkloden». Hans tro på at nordlyset var forårsaket av negative partikler fra solen ble stadig sterkere.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 40.]]</ref> 

[[Carl Størmer]] (1874–1957) ble professor i matematikk i 1902. Han og Birkeland hadde møttes flere år før dette, og de hadde et omfattende samarbeid. Fra 1902 til 1914 hadde Størmer registrert 18 000 arbeidstimer for Birkelands nordlysforskning. Størmer bidro med beregning av elektronenes trajektorbaner i jordens magnetfelt. Disse beregningene var vesentlige for å bygge bro mellom laboratorium- og feltobservasjoner, og var en type beregninger som Birkeland ikke kunne finne tid til å utføre selv.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 42.]]</ref>

===  Den store boken om nordlyset – The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903 ===
[[Fil:National Day celebration at The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903.jpg|mini|Måleassistentene på Svalbard feirer nasjonaldagen.]]
[[Fil:Magnetic storm diagrams measured from four observation sites.jpg|mini|Diagrammer som viser hyppigheten av magnetstormer på de fire målestasjonene fra desember til mars 1902-1903. I dag kalles slike variasjoner i forholdene i verdensrommet for [[romvær]].]]

Det første bindet av Birkelands verk om nordlysekspedisjonen ble utgitt i begynnelsen av 1908. Det fikk navnet ''The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903''. I boken ble det fortalt utførlig om alle strabasene og de ekstreme værforholdene. Målingene og forsøkene med terrellaen ble analysert og sammenlignet. Det var også mange ligninger og tegninger som blant annet viste magnetfeltene over jordkloden.<ref name=jago146>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 146.]]</ref>

På grunn av Birkelands omfattende kunnskaper om elektromagnetisme og Maxwells ligninger, var han overbevist om at elektriske strømmer i atmosfæren var årsaken til de magnetiske forstyrrelsene som ble målt på bakken. Men han var usikker på årsaken til de sterke strømmene. I bokverket viste han på et kart hvordan hver av forstyrrelsene av magnetfeltmålingene på bakken var forårsaket av en strøm. Dette var markert med piler med lengde og retning. Birkeland observerte mange østvest rettede strømmer, disse kalles i dag for ''elektrojet''.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 70.]]</ref>

På grunnlag av hundrevis av målinger delte Birkeland de geomagnetiske forstyrrelsene inn i tre kategorier: Polar elementærstorm, ekvatorial elementærstorm, og syklomediane stormer. De to første opptrer som positive og negative, alt etter som den nordsørlige komponenten av jordens magnetfelt forsterkes eller svekkes. Birkeland hadde en spesiell evne til å se mønstre i store datamengder, å se sammenheng mellom observasjoner i laboratoriet og målinger i felt. Dette kom godt med for disse analysene.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 72.]]</ref>

Birkeland foretrakk forklaringen om at de polare elementærstormene var forårsaket av sterke horisontale strømmer over nordlyssonen. Han anslo at disse strømmene var på opptil en million [[ampere]], og oppstod i høyder over 100 km. På grunn av styrken av disse strømmene, som greide å forstyrre jordens magnetfelt og skape nordlys, konkluderte han med at bare solen kunne greie å skape de elektromagnetiske kreftene som trengs for dette. Kontroversene om denne hypotesen varte i mer enn 50 år.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 76.]]</ref> Ikke før i 1966 ble Birkelands teori om eksistensen av disse tredimensjonale strømmene bekreftet med satellittmålinger. [[Den internasjonale astronomiske union]] bestemte i 1967 at disse strømmene skulle kalles for ''[[birkelandstrømmer]]''. I bind 2 av ''The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903'' argumenterte han for at elektromagnetiske krefter er like viktige som gravitasjon for å forstå universet.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 77.]]</ref> 

Birkeland brukte ordet «aurora polaris» (polarlys) istedenfor det mer vanlige «aurora borealis» (nordlys) for å understreke at fenomenet oppstår på begge polene. Boken ble skrevet på engelsk, i motsetning til de fleste av hans tidligere publikasjoner, som ble skrevet på fransk. Sidetallet var på 400. Han var meget stolt av denne boken, spesielt fordi en så pen vitenskapelig avhandling aldri før var trykket i Norge. Hovedvekten ble lagt på feltmålingene, mens laboratoriesimuleringene av nordlys var vist på fotografier. Fordi forlaget forventet å få solgt bare noen få hundre eksemplarer dekket Birkeland selv de fleste kostnadene. Det andre bindet ble utgitt i 1913 og var på nesten 450 sider. Senere ble bokverket slått sammen til ett bind. Et tredje bind var planlagt, men ble aldri ferdig.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 67–69.]]</ref>

Den mest kontroversielle påstanden i boken, var at solen var kilden til elektroner som ble fanget opp av jordens magnetfelt og skapte nordlyset. Om solen sender ut elektroner, og disse tas opp av jorden, skulle ikke da solen bli positivt ladet?<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 148.]]</ref>

Boken ble lest og godt mottatt i Frankrike, men ikke i England. Spesielt var [[Royal Society]] svært negative. Birkeland ergret seg mye over dette, siden britene hadde stor innflytelse i forskerverden. Uten gjennomslag her, ville teoriene hans heller ikke få noe særlig utbredelse. Fysikeren [[Arthur Schuster]] (1851–1934) uttalte: «Grensene for hva som er tillatt av [[heterodoksi]] innen vitenskap, er snart nådd.»<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 149 .]]</ref> 

Birkeland planla også å utgi en publikasjon om en mulig sammenheng mellom nordlys, magnetiske stormer, og været. Dette ble heller aldri noe av, og senere i livet tvilte han på sin opprinnelige hypotese om at det kunne være noen sammenheng mellom cirrusskyer og nordlys.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 69.]]</ref>

=== Videre romforskning ===
[[Fil:Magnetosphere rendition.jpg|mini|Moderne fremstilling av [[solstorm]]en og dens innvirkning på jordens [[magnetosfære]].{{byline|NASA}} ]]

Etter 1906 hadde Birkeland hatt flere rolige år med utvikling av sine nordlysteorier. Våren 1910 hadde han arbeidet en intens periode for Norsk Hydro, der det gjaldt å forbedre den såkalte ''kunstgjødselsovnen''.<ref name=jago150151/> Dette året hadde hans kone forlatt ham, noe som fikk ham til å arbeide enda mer intenst enn før. Forsøkene på laboratoriet lot ham stenge problemene ute. Det ble ofte til at han ikke gikk hjem etter endt arbeidsdag, men sov på kontoret etter å ha drukket whisky og inntatt noen korn Veronal. Han fikk ansatt flere assistenter for å bearbeide resultatene fra nordlysekspedisjonen 1902–03 for å utgi annet bind i serien ''Aura Polaris''. Et annet lyspunkt var at Stortinget hadde bevilget midler slik at observatoriet på Haldde ble en permanent stasjon for nordlysobservasjoner og meteorologi.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 161.]]</ref> 

==== Forklaringer på andre fenomener i universet ====
Et viktig prosjekt var å få laget en enda større terrellamodell med et stort vakuumkammer, for å studere andre fenomener i verdensrommet enn bare nordlys. Under utviklingen av dette oppsettet, fikk han ideen om at kulen i senter ikke nødvendigvis bare kunne brukes til å etterligne jordkloden, men også solen.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 162.]]</ref> Dette arbeidet startet i 1908. Ved å anbringe en såkalt ''[[leidnerflaske]]'' i den elektriske kretsen oppstod lange lysstråler som ble bøyd i det magnetiske feltet. Katodestråler fra de simulerte solflekkene, kunne ledes av det magnetiske feltet inne i terrellaen.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 87.]]</ref> 

Ved en [[solformørkelse]] tok han bilder av solens [[korona]], og ut fra disse bildene så han mønstre som lignet mye på det han så via simuleringene i vakuumkammeret. Dermed konkluderte han med at solen måtte ha et magnetfelt, og at dette hadde en styrke på minst 100 ganger jordens.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 88.]]</ref>

Med det nye vakuumkammeret kunne han gjenskape solens korona, de lysende lagene i solens ytre atmosfære og solflekker som beveger seg over dens overflate. Han utviklet en teori om at solen slynget ut store mengder ladede partikler i rommet, som både var kilde til [[Geomagnetisk storm|magnetstormene]], nordlyset og [[zodiakallys]]et. Den nye terrellamodellen kunne også brukes til å etterligne Saturns ringer, zodiakallyset og [[komethale]]r.<ref name="Jago163">[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 163.]]</ref><ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 89.]]</ref> 

Birkeland eksperimenterte med [[komet]]er i sitt vakuumkammer, noe som førte til flere forskjellige teorier om hvordan komethaler oppstår. En av disse teoriene var at katodestråler ladet opp kometene til høye potensialer. Dermed avga de lysene utladninger.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 92.]]</ref> 

For øvrig har Birkeland antydet eksistensen av solflekker, [[Interplanetarisk magnetfelt|solens magnetfelt]], [[solvind]]en, jordens  [[magnetosfære]], bidratt til forståelse av komethaler og sammenheng mellom jordens klima og solaktivitet.<ref>[[#Egeland|Egeland: ''Mennesket og forskeren'' side 22]]</ref>

<div style="text-align:center">'''Noen eksempler på fenomener Birkeland studerte i sitt «verdensrom»''':</div>
<gallery class="center">
Birkeland-anode-globe-fig259.jpg|<small>[[Nordlys]]</small>
Simulation of sun spots in a vacuum chamber.jpg|<small>[[Solflekk]]er</small>
Simulation of comet tail in a vacuum chamber.jpg|<small>[[Komethale]]</small>
Simulation of saturn's rings in a vacuum chamber.jpg|<small>[[Saturns ringer]]</small>
Birkeland-terrella-spiral-nebula.jpg|<small>[[Spiralgalakse]]</small>
</gallery>

==== Offentlig forelesning om verdensrommet ====
Birkeland arrangerte en åpen forelesning om sine teorier om verdensrommet i januar 1913. I denne forelesningen ble terrellaen demonstrert offentlig for første gang. Blant annet ble solflekker, solens korona, zodiakallyset, Saturns ringer og komethaler vist.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 167.]]</ref> Forelesningen ble annonsert under tittelen «Skapelsen av vårt solsystem og andre verdener i universet», og [[Haakon VII|Kong Haakon]] (1872–1957) var til stede. Birkeland hadde først tenkt å inkludere avansert fysikk for å forklare sin [[kosmogoni]] basert på elektromagnetisme. Etter å ha tenkt seg om, kom han i siste liten frem til at dette ville bli for komplisert, dermed endret han manuset. Isteden ville han gi tilhørerne en reise rundt i kosmos og gi noen forenklede forklaringer.<ref name=jago168>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 168.]]</ref>  

I tillegg til denne forelesningen, holdt han en annen offentlig forelesning i mars samme år med tittelen «Andre verdener i universet».<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 133.]]</ref> 

{{Sitat|For å fatte de dimensjoner som jeg har bygget inn i denne beholderen, må man tenke seg at vår sol bare er et sandkorn på en millimeter i diameter. Da vil jorden være et usynlig støvfnugg ti centimeter unna. Og den nærmeste stjernen, [[Alfa Centauri|Alpha Centauri]], vil da være tjue kilometer unna. Det er i dette enorme, grenseløse rommet at alle himmellegemer blir til. All materie vi ser, det være seg våre egne kropper, vår jordklode, andre planeter, solen, vårt solsystem, andre solsystemer, all materie er sammensatt av flygende atomer som hele tiden slynges ut fra vår sol og andre soler av elektriske krefter som fortettes og danner partikler. Disse fortettes i sin tur og danner store sfærer, til slutt planeter og alt som finnes på dem. Av dette følger at all materie, alle levende  vesener i universet er knyttet sammen.<ref name=jago168/>|''Birkeland i forelesningen «Skapelsen av vårt solsystem og andre verdener i universet»''|right}}

Forelesningene fikk god omtale i Norge, men den trykte utgaven som ble utgitt i vitenskapelige tidsskrifter på flere språk, fikk få kommentarer.<ref name="Jago163"/>

Sommeren 1913 ble andre bind av ''The Norwegian Aurora Polaris Expedition'' utgitt. I dette var det flere fotografier av terrellaen. Birkeland var stolt over bredden i stoffet og ideenes originalitet. Ingen hadde tidligere utgitt en så omfattende beskrivelse av jordens magnetisme. Imidlertid kom det andre vitenskapelige publikasjoner på denne tiden, som fikk enda større oppmerksomhet. Spesielt ble den danske fysikeren [[Niels Bohr]]s (1885–1962) [[Kvantemekanikk|kvantefysikk]] og [[Bohrs atommodell|atommodell]] viktig. Tidligere hadde Birkelands teorier blitt møtt av motargumenter fra mange hold, men nå ble hans teorier møtt av stillhet.<ref name=jago170>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 170.]]</ref>

Birkeland var likevel optimistisk og mente at alt arbeidet han hadde lagt ned var verdifullt. Dette til tross for at han på denne tiden hadde skrantende helsetilstand etter alle anstrengelsene med å finansiere forskningen, med problemer som drikke- og medikamentmisbruk, et havarert ekteskap, utstøtelse fra Norsk Hydro som han hadde vært med på å skape, kritikk og bitterhet fra kollegene ved universitetet og manglende vitenskapelig anerkjennelse.<ref name=jago170/>

På tross av all motgangen var han interessert i å komme videre med forskningen. I 1913 kunne han ikke holde ut tanken på enda en vinter i Kristiania. Hans bror hadde rådet han til å reise til et varmere land, og slutte med Veronal og whisky. Dermed bestemte han seg for å reise til Egypt. En medvirkende årsak til at Egypt ble valgt, var at han ville utforske zodiakallyset.<ref name=jago170/> Han hadde fått en ide om at zodiakallyset var et fjernt, men synlig bevis på at solen sendte ut katodestråler som kunne bre seg ut i hele solsystemet.<ref name=jago171>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 171.]]</ref>

=== Utforskingen av zodiakallyset ===
[[Fil:Zodiacal Light Seen from Paranal.jpg|mini|Zodiakallys sett fra Cerro Paranal i Chile.{{byline|Beletsky}}]]

==== Observasjoner i Egypt ====
Før han reiste til Egypt informerte han sine kolleger på Halddeobservatoriet om at han skulle sende et telegram med instruksjoner til dem når han kom frem. Dette for at de to forskningsgruppene skulle kunne gjøre magnetiske målinger på de samme tidspunktene. Med seg til Egypt fikk han sin assistent Karl Devik og den unge matematikeren [[Thoralf Skolem]] (1887–1963). Noe som kunne tyde på at Birkeland planla å bli lenge borte, var at han donerte alle sine instrumenter og maskiner til universitetet. Han gikk også til apoteket og kjøpte to poser med Veronal. Apotekeren advarte mot bivirkningene som nå var begynt å bli kjent.<ref name=jago171/>

Birkeland og Krogness hadde tidligere vært i Sudan i 1910 for å studere [[zodiakallys]]et i to måneder.<ref name="EgBu95">[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 95.]]</ref>

I oktober 1913 ankom de tre forskerne [[Alexandria]] i Egypt.<ref name=jago175>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 175.]]</ref>  De fikk sine instrumenter fraktet til Khedivial observatorium i [[Helwan]], mens de selv reiste direkte til Omdurman i Sudan. Birkeland mente at dette stedet var best egnet til å studere zodiakallyset, fordi himmelen ble tidligere mørk etter solnedgang enn lengre nord.<ref name=jago175/>

Zodiakallyset var første gang beskrevet av den italienske astronomen [[Giovanni Cassini]] (1625–1712), som omtalte dette som en lysende kjegle som strakte seg fra horisonten langs [[ekliptikken]] over himmelsfæren. Altså over [[dyrekretsen]]s stjernetegn, eller zodiakaltegnene, derav navnet. Hans forklaring var at fenomenet skyldtes lysrefleksjon av små støvpartikler som gikk i bane rundt solen. Cassinis forklaring var fremdeles den rådende, da Birkeland dro ned til Egypt.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 180.]]</ref> Birkelands hypotese var at zodiakallyset skyldes ioner, atomer og molekyler som ble utsatt for elektroner fra solen og dermed lyste opp, altså et lysfenomen likt nordlyset.<ref name="EgBu95"/>

Birkelands plan var å kartlegge zodiakallyset utbredelse ved hjelp av enkle håndlagede skisser. Utfordringen var å få angitt yttergrensene i relasjon til en målestokk. Dette ble forsøkt gjort ved at Karl Devik og Birkeland tegnet zodiakallyset samtidig, men fra to forskjellige steder. Så sammenlignet de tegningene etterpå. Senere var planen at de skulle utføre tegningene samtidig, men slik at Birkeland var i Egypt og Devik helt nede i Rhodesia eller Sør-Afrika. Samtidig med de visuelle observasjonene ble det gjort målinger med magnetometer for å se om det var noen sammenheng mellom lysets styrke og magnetfeltet.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 182.]]</ref>

Sammen med Solem lagde Birkeland kalkulasjoner og modeller av zodiakallysets [[tetthet]], for å forsøke å beskrive form og struktur på det de oppfattet som en skive. De fikk da også bekreftet via målingene at lyset var skiveformet og strakte seg forbi jorden. Tettheten av støvpartikler i skiven greide de ikke å fastslå, men de antok at de var svært små og med en meget liten tetthet, rundt 0,8 gram per kubikkmeter. Lyset ble videre vurdert til å være en million ganger svakere enn [[månen]] og 10 000 ganger svakere enn sterkt nordlys.  Birkeland mente at han kunne sanse at lyset pulserte, men det greide de ikke å måle. De greide heller ikke å få tatt fotografier av det.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 184.]]</ref> 

I Egypt fikk Birkeland adgang til det Khedivialske astronomiske observatorium i [[Helwan]], som ble ledet av den engelske astronomen [[Harold Knox-Shaw]] (1885–1970). Knox-Shaw mente at dette kunne være til hjelp for å måle variasjoner i zodiakallysets styrke. Birkeland tok da i bruk en fotocelle, en oppfinnelse som på denne tiden var helt ny. Fordelen med fotocellen var dens følsomhet, som var 100 ganger sterkere enn fotografiske plater. Birkeland fortalte at hans egentlige hensikt var å bevise at solen sendte ut elektroner som igjen forårsaket magnetstormer, nordlys og zodiakallys. Knox-Shaw stilte seg tvilende til at solen virkelig sendte ut elektroner, noe som forarget Birkeland. Heller ikke i Egypt, fjernt fra England og Royal Society, slapp han unna disse oppfatningene. Heldigvis var Knox-Shaw ung, hadde et åpent sinn og hadde god greie på elektromagnetisme, siden han hadde forsket på [[stjernetåke]]r.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 189.]]</ref>  

Samarbeidet med Knox-Shaw ble meget godt, og Birkeland eksperimenterte med forskjellige kikkerter for å studere zodiakallyset. De greide også å måle variasjoner i lyset,<ref name=jago191>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 191.]]</ref> samt at de påviste svake magnetfeltvariasjoner mens zodiakallyset var synlig.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 195.]]</ref>

==== Alene i Egypt ====
[[Fil:Probably Kristian Birkeland's villa in Helwan.jpg|mini|Sannsynligvis bilde av «Villa Mea» i [[Helwan]] i Egypt som Birkeland kjøpte i 1915.]]

Da første verdenskrig brøt ut, reiste Solem så raskt han kunne tilbake til Norge, mens Birkeland bestemte seg for å bli værende.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 196.]]</ref> Etter at Solem reiste, ble det kun Karl Devik og Birkeland som arbeidet sammen. Når de var oppe om natten, ble det til at Devik sov helt frem til lunsj, men da var allerede Birkeland i aktivitet. Birkeland var utålmodig og ville at Devik skulle arbeide like hektisk som han selv gjorde. Når Birkeland var riktig irritabel ble hans assistent beskyldt for å være ubehjelpelig og vanskelig med vilje.<ref name=jago201>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 201.]]</ref> 

Birkeland kjøpte i 1915 «Villa Mea»; han ville både bo og arbeide der. Han brukte mye tid og penger på å sette det i stand.<ref name=jago201/><ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 148.]]</ref> I februar 1916 ble Karl Devik kalt hjem til Norge for å gjøre militærtjeneste. Deretter ble Birkeland alene i Egypt.<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 201–202.]]</ref>  

Han skrev mange brev hjem til sine venner for å få rede på hva som skjedde. I et brev til Amund Helland fortalte han om en idé om å bygge et lite museum «til minne om oppdagelsen av jordmagnetismens opprinnelse, solflekkenes natur og planetenes dannelsesprosess.» Over dette ville han få bygget en stor kuppel av forgylt kobber som skulle dekke over et vakuumkammer på 1000 kubikkmeter. Her tenkte han at folk skulle få se Saturns ringer med en diameter på 10 meter, solflekker, nordlys og zodiakallys. Videre skrev han i dette brevet at han da kunne skryte: «Nest etter Gud har jeg det største vakuumkammeret i verden».<ref>[[#Jago|Jago: ''Nordlysets gåte'' side 203–204.]]</ref>

I dag anses Birkelands bidrag til å forstå zodiakallys til å være lite. Derimot var det et viktig bidrag innenfor astronomien at han introduserte fotocellen for å måle svakt lys.<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 98.]]</ref> I dag vet man at fenomenet er forårsaket av lysspredning i støvpartikler i bane rundt solen nært [[Ekliptikken|det ekliptiske planet]].<ref>[[#EgBu|Egeland og Burke: ''The First Space Scientist'' side 94.]]</ref> Imidlertid tror forskerne at det kan være en kobling mellom zodiakallys og nordlys.<ref>[[#PB|Brekke: ''Nordlysets far'' side 66.]]</ref>