Terrella

En terrella (latin: «liten jord») er en magnetisk kule som brukes som en modell av jorden i fysikkeksperimenter. Den er trolig oppfunnet av den engelske fysikeren William Gilbert, som eksperimenterte med magnetisme. Tre hundre år seinere ble terrellaen utviklet videre av den norske vitenskapsmannen Kristian Birkeland, som brukte den i sin nordlysforskning.
Terrellaer ble brukt gjennom nittenhundretallet i forsøk på å simulere jordens magnetosfære, men er nå erstattet av datasimulering. Det utvikles likevel fortsatt terrellaer for å demonstrere polarlys og en rekke andre lysfenomener i verdensrommet.
William Gilbert, kongelig fysiker for dronning Elisabeth I, brukte mye tid og krefter på studiet av jordmagnetisme. Hans hovedverk De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Om magneten og magnetiske legemer, og om den store magneten Jorda), ble publiserte i 1600. Det hadde vært kjent i århundrer at en fritt bevegelig kompassnål pekte mot nord. Tidligere forskere (som Christofer Columbus) hadde fastslått at retningen ikke var helt nøyaktig mot nord, og Robert Norman viste at kraften ikke var horisontal, men pekte svakt innover i jorda.
William Gilberts forklaring var at jorden selv var en kjempemagnet, og han demonstrerte dette ved å lage en skalamodell av den magnetiske jorden, en «terrella», av en magnetittkule. Når han beveget et lite kompass over terrellaen viste han at et horisontalt kompass pekte mot den magnetiske polen, mens et inklinometer (Et «vertikalt kompass») kunne måle differensen mellom horisontalen og retningen av de magnetiske kreftene.
Kristian Birkeland var en norsk fysiker som fra siste halvdel av 1890-årene forsket på nordlys, og forsøkte å forklare hvorfor polarlys bare oppstår i områder sentrert omkring jordens magnetiske poler. Høsten 1903 viste han de første tegningene av terrellaen til sine medarbeidere.
Birkeland simulerte nordlys i sin «terrella», der den kuleformede magneten som forestilte jorden var innelukket i en glasskasse som kunne tømmes for luft (et vakuumkammer), sammen med et katodestrålerør som var modellens «sol». Han observerte at katodestrålene (som senere ble identifisert som elektroner) skapte en lysglød i områdene omkring polene på terrellaen. Birkeland trodde at strålingen som forårsaket nordlys kom fra solen, siden det var observert mye nordlys i forbindelse med solflekkaktivitet. Birkeland brukte en rekke terrella-kuler i sine eksperimenter, med en diameter fra 2,5 til 36 cm. Kulene var ikke permanentmagneter, men elektromagneter plassert i hule kuler av messing eller aluminium. Birkeland konstruerte flere terrellakammere. En av dem er restaurert til fungerende stand i Tromsø.
Birkeland så at terrellaen ikke nødvendigvis bare kunne simulere jordens magnetosfære, men også forholdene på andre planeter med en magnetosfære.
Tyskeren Karl Reichenbach (1788–1869) var en allsidig vitenskapsmann som også eksperimenterte med en terrella. Hans terrella var en hul jernkule med en innvendig elektromagnet. Han plasserte terrellaen i et mørkt rom, og så etter lys når han påvirket magneten med elektrisitet.
Omkring 1950 brukte svenskene Brunberg og Dattner en terrella for å simulere spor etter partikler i jordens magnetfelt. I Sovjetunionen eksperimenterte Podgorny med en terrella tidlig i 1970-årene for å simulere solvind. Hafiz-Ur Rahman ved universitetet i California utviklet disse eksperimentene videre omkring 1990.
Det kan være vanskelig å tolke terrellaeksperimenter, og i eksperimentell fysikk er de nå erstattet av datasimulering. Det utvikles likevel fortsatt terrellaer for å demonstrere polarlys og en rekke andre lysfenomener i verdensrommet, ved universiteter og museer flere steder i verden.