Musk, tyypilliseen ylioptimistiseen tapaansa viestitti X:ssä viime syyskuussa, että "ensimmäinen miehitetty lento Marsiin tapahtuu neljän vuoden kuluessa" – siis vuonna 2028.

Trump puolestaan on usuttanut Nasaa toimimaan, ja avaruusjärjestö tutkii tällä haavaa mahdollisuuksia lähettää ihmiset lennolle Marsiin ja takaksin 2030-luvun alussa.

Helsingin sanomat kyseli asiaa myös Esko Valtaojalta, joka muisti mainita tuossa haastattelussa kanssani syksyllä 2016 lyömänsä vedon.

Esko kertoo vedostamme alun perin Kohti ikuisuutta -kirjassaan (sivu 221). Löimme vetoa siitä, pääseekö ihminen Marsiin ennen vuotta 2030; häviäjä antaa voittajalle pullollisen Château Latouria, "eikä sitten mitään halvempaa vuosikertaa", kuten Esko toteaa mielestäni hieman sovittua hieman täsmällisemmin kirjassa.

No, se mikä on painettu, on totta.

Kovasti toivon edelleen voittavani vedon, mutta nyt melkein kymmenen vuotta myöhemmin en usko voittavani. Joka tapauksessa nyt en löisi enää tuota vetoa.

Miksikö?

Lyhyesti: Starship on kovasti myöhässä siitä, mitä tuolloin oletettiin. Musk oletti tuolloin Starshipin tulevan käyttöön jo 2020-luvun alussa ja olisi tehnyt vuoden 2023 loppuun mennessä jo ensimmäisen turistilennon Kuun ympäri.

Vaikka suhtauduin tuolloin hieman epäillen noihin aikatauluihin, niin on ollut pieni pettymys, että Starship teki ensilentosa vasta huhtikuussa 2023. Ja sen jälkeen on mennyt jo kaksi vuotta, eikä alus ole vielä päässyt edes kunnolla kiertoradalle.

SpaceX olisi kyllä jo voinut kiihdyttää Starshipin Maata kiertämään pitkän heittoliikkeen sijaan edellisillä koelennoilla, mutta ei tehnyt sitä turvallisuussyistä. Starship on sen verran suuri alus, että sen moottorien toiminta avaruudessa täytyy testata vielä kunnolla, ennen kuin alus uskalletaan viedä kiertoradalle. Elleivät moottorit toimi, alus jäisi avaruuteen jättimäisenä avaruusromuna ja putoaisi aikanaan holtittomasti alas. Se ei olisi kivaa.

On siis hyvä, että cowboy-maineestaan huolimatta SpaceX tekee koelentojaan varsin varovasti.

Mutta se, että Starship saataisiin tästä lentämään Marsiin vain neljässä vuodessa, on erittäin epätodennäköistä. SpaceX pystyy selvästi paljoon, mutta tuskin tähän. Kaiken täytyisi mennä tulevilla koelennoilla täydellisesti, ja paitsi SpaceX:n, niin myös Nasan ja Yhdysvaltojen pitäisi keskittyä marsmatkaan lähes yhtä totaalisesti kuin 1960-luvulla keskityttiin lentämään Kuuhun.

Ja sittenkin tekee tiukkaa, koska Marsiin ei lennetä ihan noin vain.

Edellisellä kaudellaan presidentti Trump sekoitti useammankin kerran Marsin ja Kuun keskenään, ja voi olla, että hänen mielessään Mars on jossain vain hieman Kuuta kauempana. Musk sen sijaan tietänee miten Marsiin mennään, mutta pitää tyypilliseen tapaansa ilmassa toiveikkuutta.

Käyn seuraavassa läpi edessä olevia haasteita.

1. Taivaanmekaniikka

Paras tapa lähettää alus Marsiin on tehdä se niin sanotun opposition aikaan. Eli silloin, kun Maa ja Mars osuvat kiertoradoillaan siten, että olemme lähellä toisiamme. Näin käy kerran noin kahdessa vuodessa, tarkalleen keskimäärin 779,94 vuorokauden eli vajaan 26 kuukauden välein.

Juuri nyt olemme oppositiossa: Mars oli 16. tammikuuta 96,08 miljoonan kilometrin päässä meistä. Viime vuosikymmeninä Marsiin on lähetetty luotaimia jokaisen opposition aikaan, mutta sitten 2020 laukaistun Perseverance-kulkijan on ollut hiljaisempaa.

Nyt tosin on lähdössä kaksi ESCAPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) -luotainta. Näiden uudenlaisten pikkuluotainten piti lähteä matkaan jo lokakuussa, mutta nyt laukaisu on suunnitteilla huhtikuulle.

Parasta olisi lähettää luotaimet siten, että ne olisivat juuri opposition aikaan noin puolimatkassa. Siis kolme-neljä kuukautta ennen oppositiota, jolloin ne saapuvat perille nelisen kuukautta opposition jälkeen. ESCAPADE-luotaimet laukaistaan uudella New Glenn -raketilla, ja sen ensilento viivästyi, eikä lopulta luotaimia uskallettu lähettää ensilennolla, joten nyt matkaan päästään vasta keväällä. Luotaimet ovat pieniä ja New Glenn on voimakas, joten puolen vuoden myöhästyminen ei haittaa.

Marsiin voitaisiin kyllä laukaista luotaimia milloin vain, mutta se vaatii vain paljon energiaa ja siitä huolimatta matka-aika saattaa olla hyvin pitkä. Vaikka käytössä olisi todella voimakas raketti, kuten Starship (tai jotain vieläkin äreämpää), niin laukaisut kannattaisi tehdä oppositioiden aikaan.

Seuraava oppositio on helmikuussa 2027 ja sitä seuraavat maaliskuussa 2029 sekä toukokuussa 2031. Ne kaikki ovat "huonoja", koska planeettojemme välinen etäisyys on pienimmilläänkin varsin suuri: 101, 96 ja 82 miljoonaa kilometriä. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että aluksen massa voi olla varsin pieni verrattuna "hyviin" oppositioihin, jolloin välimatka on vain kuutisenkymmentä miljoonaa kilometriä.

Näin on sitä seuraavina oppositioina kesäkuussa 2033 ja syyskuussa 2035, jolloin välimatkat ovat 63 ja 56 miljoonaa kilometriä.

Käytännössä siis ennen vuotta 2030 on enää kaksi mahdollisuutta lähettää Marsiin alus ja/tai aluksia.

2. Starship vaati paljon lentoja vielä

Jos Starshipin koelennot olisivat alkaneet aikaisemmin ja koelento-ohjelma olisi mennyt eteenpäin nopeasti, niin periaatteessa ensimmäinen koelento Marsiin olisi voinut olla nyt tänä vuonna. Mutta nyt se voi olla aikaisintaan 2027.

Ja ennen kuin Starship voi lähteä Marsiin, pitää tapahtua todella paljon.

Starship – itse avaruusalus ja sen matkalle laukaiseva Super Heavy -boosteri – on monimutkainen systeemi, joka on suunniteltu tekemään lopulta lentoja hyvin usein. SpaceX:n mukaan boosteri voisi olla valmis uuteen lentoon vain noin kolmen tunnin päästä laskeutumisestaan, joka tapahtuu nykyisten Falcon 9 -rakettien ensimmäisten vaiheiden tapaan, mutta suoraan laukaisutelineen viereen.

Kahdella koelennolla Super Heavy on onnistunut jo palaamaan lähtöpaikalleen. Visio tulevasta näyttää toteutuvan, vaikka laukaisualustaa on täytynyt vielä korjailla paljon kunkin laukaisun jälkeen.

Starship on avaruuteen päästyään aika kuivilla ajoaineista, joten sitä pitää tankata ennen kuin se voi jatkaa kohti Kuuta tai Marsia. Lentoja voi olla viisi tai kuusi, riippuen siitä kuinka suureksi Starship lopulta tehdään. Nyt koelennetty versio 2 on jo suurempi kuin alkuperäinen.

Joka tapauksessa lento Kuuhun tai Marsiin vaatii yhden laukaisun sijaan yhden ja lisäksi monta tankkeriavaruusaluksen laukaisua. Kenties jopa kuusi.

SpaceX on suunnitellut tälle vuodelle 2025 kaikkiaan 25 Starship-lentoa, joista suuri osa liittyy syksyllä aikaisintaan olevaan koelentoon kohti Kuuta.

Nasa on tilannut SpaceX:ltä laskeutujan kuulentojaan varten, ja tuon aluksen koelennot ovat vielä edessä. Samaa, tai hyvin samanlaista alusta voidaan käyttää myös Mars-lentoihin. Ennen lentoa Marsiin pitää alusta testata vielä Kuussa – ja nähtäväksi jää, miten Nasa järjestelee uudelleen tulevia kuulentoja.

3. Lento Marsiin on PALJON vaikeampi kuin lento Kuuhun

Starshipin ensimmäiselle lennolle Marsiin ei varmasti laiteta ihmisiä mukaan. Musk on puhunut yhden aluksen sijaan useammista, joilla paitsi lentämistä Marsiin testataan, niin viedään sinne myös myöhemmin tarvittavaa rahtia.

Jos lento tai lennot sujuvat hyvin, niin voisivatko ihmiset sitten lähteä kyytiin vuonna 2029? Kyllä – mutta vain jos turvallisuudesta tingitään.

Tällä hetkellä ei ole olemassa kaikkea tekniikkaa, mitä miehitetyn Mars-lennon tekemiseen vaaditaan. Tiedämme kyllä periaatteessa hyvin mitä tarvitaan, mutta perinteiseen tapaan tekniikkan kehittämiseen ja testaamiseen menisi vuosikaupalla aikaa. Orion-kuualusta on tehty jo vuosikymmenen, eikä sillä uskalleta vielä lähteä matkaan.

Vaikka SpaceX laittaisi kehitykseen vauhtia, niin ihmisten Marsiin kuljettamiseen tarvittavan Starshipin tekeminen kestää vielä kauan. Ongelmia kun on paljon tekniikan yleisestä luotettavuudesta aurinkomyrskyjä vastaan suojautumiseen. Ihmisen fyysinen ja psyykkinen kesto näin pitkällä JA kauas planeettainväliseen avaruuteen menevällä lennolla on myös iso kysymysmerkki.

Kymmenen vuoden takaisessa Mars500 -kokeessa kuusi koehenkilöä teki matkan Marsiin ja takaisin maanpäällisessä Mars-aluksen mallikappaleessa, ja tulokset olivat ristiriitaisia. Olin itse tuolloin työssä Euroopan avaruusjärjestössä ja seurasin koetta hyvin läheisesti, ja suhtaudun oikeaan Mars-lentoon tuohon tyyliin varauksin.

Mars500:n aikana tehtiin useita hätätilanneharjoituksia. Kuva on yhdestä sellaisesta. Suuri ero oikeaan Mars-lentoon verrattuna oli se, että Mars500-miehistö olisi voinut kävellä ulos "aluksestaan" koska tahansa. Oikeasta aluksesta ei voi.
Kuva: ESA/Mars500 (muut kuvat SpaceX, paitsi otsikkokuva, joka on myös ESA:n)

Ainoa tapa toteuttaa lento on lähteä matkaan vain vähän testatulla aluksella, olettaa että matkan aikana tulevia vikoja voidaan korjata mukana olevilla laitteilla ja luottaa yksinkertaisesti hyvään onneen. Paluumatkaa ei myöskään voida taata.

Lähtijöitä tuollaisellekin matkalle varmasti löytyy. Voi ajatella, että samaan tapaan kuin ihmisten annetaan vapaasti kiivetä Himalajalle tai tehdä muita vaarallisia temppuja, niin miksi vapaaehtoisten ei annettaisi lähteä tällaiselle avaruusmatkalle?

Yli 900 ihmistä on kuollut Himalajalla vuoden 1950 jälkeen, eikä se pahemmin saa aikaan kauhistusta. Kuolema avaruudessa sen sijaan saisi aikaan suurta älämölöä.

Siis: ainoa tapa, millä voisin edelleen voittaa vedon Eskon kanssa on antaa vapaaehtoisille lupa lähteä vaaralliselle matkalle Marsiin ja tehdä Starshipillä niin paljon koelentoja, että se olisi valmis miehitettyyn lentoon vuonna 2029. Muussa tapauksessa aika ei riitä.

Vuosi 2033 sen sijaan voisi olla mahdollinen. Jos voisin lyödä nyt uudelleen vetoa, niin sanoisin 2033.

SpaceX:n Mars-visioihin kannattaa suhtautua varsin varauksin.

---

Teksti on julkaistu myös Ursan blogina.

Melliferopolis-nimi muodostuu kahdesta sanasta: Apis Mellifera, joka on mehiläisen latinankielinen nimi, ja Polis, joka on kaupunki kreikaksi. Melliferopolis yhdistää villiä luontoa ja kaupunkikulttuuria. 

Mehiläiset ja ihmiset kohtaavat työpajoissa ja kaupunkitapahtumissa Helsingin keskustassa: Kaisaniemen kasvitieteellisessä puutarhassa, Tokoinrannassa ja Tarja Halosen puistossa.  

Ohjelma käsittelee puolivillien hyönteisten elämää, mehiläisten ekologiaa ja mehiläishoitoa ja yhdistelee taiteita, tieteitä ja arkkitehtuuria.

Ohjelman tekijöitä ovat innoittaneet mehiläisten lisäksi taidehistoria, nykykirjallisuus, luonnontieteelliset tutkimusmenetelmät, arkkitehtuuri ja maisemointi, musiikki sekä äänet, hajut ja maut. Osallistuaksesi tarvitset aikaa ihmettelyyn ja kaupunkiluonnon tutkailuun. 

Tapahtuman avajaiskävely on 9. kesäkuuta kello 18 alkaen Kaisaniemen kasvitieteellisen puutarhan talvipuutarhan pääovelta Tokoinrantaan, Eläintarhan Huvilalle. 

Ohjelmaa on kuitenkin tarjolla jo ennen avajaisia. 

1.–23. kesäkuuta on taiteilija Kaisa Illukan En osaa edes tehdä kukkaa  -työpaja/tapahtuma Kaisaniemen kasvitieteellisessä puutarhassa Café Violan edessä (ohjelma).

8. kesäkuuta kello 18 taiteilija Charlie Clark (UK) esittelee kirjan Siitepöly – Understanding Pollen: Alternative Histories and Unknown Futures. Paikkana on Arcadia International Bookshop.

Melliferopolis Fest -ohjelman ovat suunnitelleet Christina Stadlbauer ja Ulla Taipale yhdessä Hanna Kaisa Vainion, Charlie Clarkin, Kaisa Illukan, Lesley Kadishin, Till Bovermannin ja monien muiden kanssa. Tervetuloa!

www.melliferopolis.net 

Yhteystiedot: Christina Stadlbauer, christina@melliferopolis.net, puh. 046 902 9926; Ulla Taipale, ulla@melliferopolis.net, puh. 040 511 0214

Kuva: Till Bovermann, 2013

Kiinnostaako tietää, voittaisiko Alan Turing tappelussa Charles Darwinin? Tai voisiko Albert Einstein ehkä rökittää Stephen Hawkingin? Nyt asiaa on mahdollista testata. Ei tietenkään oikeasti, vaan viihdyttävän (ilmaisen) Science Kombat -retropelin muodossa.

Pelin on kehittänyt brasilialainen kuvittaja ja pelisuunnittelija Diego Sanches. Viime viikkoina hän on markkinoinut peliä levittämällä nettiin taistelijoiden erikoisliikkeiden animointeja. Pythagoras hyökkää suorakulmaisesti ja Isaac Newton tuikkaa vastustajaa prismalla silmään tai tiputtaa omenan tämän päähän. Valtaosa liikkeistä on mietitty ajatuksella, viitaten tutkijoiden kuuluisimpiin löytöihin. Poikkeuksena sääntöön on Marie Curie, ainoa naispuolinen peliin kelpuutettu tieteilijä. Vaikka radioaktiivisuutta toki onkin vaikea kuvata, tästä tekijälle siis isoa miinusta.

Helsingin yliopiston tutkijaryhmä on selvittänyt, että villisikoja on ollut Suomessa jo kivikaudella. Arkeologisten luulöytöjen perusteella villisikoja on elänyt maassamme ainakin noin 8800–7900 vuotta sitten. Tähän asti on oletettu, että villisika olisi levinnyt Suomeen Virosta ja Venäjältä vasta 1950-luvulta alkaen.

Tutkijoiden havainnot perustuvat muinaisten luulöytöjen radiohiiliajoituksiin. Pelkän arkeologisen löytöyhteyden perusteella luiden iästä ei usein voida olla varmoja. Askolasta ja Joutsasta löydetyistä sian luista teetettiin tarkan iän varmistamiseksi radiohiiliajoitus AMS- menetelmällä Helsingin yliopiston Ajoituslaboratoriossa. Yliopiston tutkijaryhmä on selvittänyt, että villisikoja on ollut Suomessa jo kivikaudella. Arkeologisten luulöytöjen perusteella villisikoja on elänyt maassamme ainakin noin 8800–7900 vuotta sitten. Tähän asti on oletettu, että villisika olisi levinnyt Suomeen Virosta ja Venäjältä vasta 1950-luvulta alkaen.

Tutkimuksissa varmistui, että Askolan ja Joutsan villisianluut ovat 8800–7900 vuoden takaa. Aiemmin Vantaalta löytynyt luu on samalta ajalta.

Nykyisin Suomen ilmasto ei ole suotuisa villisioille aivan eteläosia lukuun ottamatta. Syynä on lähinnä talven kylmyys ja paksu lumipeite, joka vaikeuttaa ravinnonsaantia.

Sikojen luut ovat hyvin harvinaisia Suomen kivikautisissa aineistoissa, ja niiden kohdalla on yleensä epäilty asuinpaikkakerrostumien sekoittumista. Tämän vuoksi on ajateltu, ettei villisikoja olisi elänyt Suomessa edes silloin, kun se ilmaston ja kasvillisuuden perusteella olisi ollut mahdollista.

Ajoitusten myötä on selvää, että villisikoja on pyydetty Suomessa kivikaudella.

"Villisika on ollut suosikkipyyntikohde ja tärkeä osa elinkeinoa kaikilla alueilla, joilla se on elänyt runsaana", kertoo arkeologi Kristiina Mannermaa Helsingin yliopistosta. "Jos villisika olisi ollut yleinen, se näkyisi arkeologisissa luuaineistoissamme. Pienistä määristä ei jää paljon merkkejä vuosituhansien päähän".

Villisika ei muodostanut pysyvää kantaa Suomeen eikä se esiinny arkeologisissa aineistoissa myöhempinä jaksoina.

"Meistä on todennäköistä, että ihminen esti sian vakiintumisen tänne levinneisyyden äärirajoille – aivan kuten lähivuosikymmeninä", jatkaa riistaeläintutkija Petri Nummi. "Viime aikoina sadan yksilön vuosipyynti on riittänyt estämään sian levittäytymisen. Sikaa on voitu metsästää muun pyynnin yhteydessä silloinkin, kun se on ollut vähälukuinen".

Villisikatulokset julkaistiin 26.11.2014 The Holocene -julkaisussa. Tutkimusryhmään kuuluvat paleontologi Pirkko Ukkonen, arkeologi Kristiina Mannermaa ja riistaeläintutkija Petri Nummi Helsingin yliopistosta.

Ukkonen, P., Mannermaa, K. & Nummi, P. 2014. New evidence of the presence of wild boar (Sus scrofa) in Finland during Early Holocene. Dispersal restricted by snow and hunting? The Holocene. Online. DOI: 10.1177/0959683614557575

Juttu on Helsingin yliopiston tiedote.

Pirkanmaalla, keskellä vihreää, sankkaa suomalaismetsää sijaitsee Hyytiälän metsäasema, jolla on tehty merkittäviä ilmastonmuutosta koskevia havaintoja. Siellä sijaitsee myös maailman tunnetuin ilmakehän tutkimiseen tarkoitettu mittausasema nimeltä SMEAR II.

Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteelliseen tiedekuntaan kuuluvalla metsäasemalla on tehty metsien ja soiden tutkimusta jo yli sata vuotta. Asemalla järjestetään vuosittain myös kenttäkursseja ja kesäkouluja sadoille tutkijoille.

Opiskelijat ja opettajat elävät metsän keskellä idyllisessä kartanomiljöössä, uivat, saunovat, syövät hyvin sekä pitävät hauskaa opiskelun lomassa.

Mutta tärkeintä on tutkimus ja koulutus: ne liittyvät jollain tapaa ilmastonmuutokseen. SMEAR II –mittausasema valmistui 20 vuotta sitten ja sen jälkeen siellä on tehty merkittäviä havaintoja esimerkiksi siitä, miten metsä tuottaa aerosolihiukkasia ja miten ilmansaasteet vaikuttavat ilmastonmuutokseen.

Kulmala johtaa huippututkimusta

Yksi metsäasemalla usein vieraileva tutkija on Suomen Akatemian huippututkimusyksikön johtaja, akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta (kuvassa alla).

Kulmalaa pidetään maailman johtavana ilmakehän aerosolien fysiikan ja kemian tutkijana. Jo muutamia vuosia hän on ollut oman tieteenalansa viitatuin tutkija. Hyytiälän SMEAR II -mittausasema on tärkeä osa huippututkimuksen yksikköä. Kulmalan vetämä huippututkimuksen yksikkö on hyvin poikkitieteellinen ja siihen kuuluu monia fyysikoita, kemistejä, metsäekologeja, meteorologeja ja insinöörejä.

Julkaisujen takana on Kulmalan mukaan yhä isompia ryhmittymiä. Esimerkiksi Science-lehden aerosolihiukkasten muodostumista käsitelleessä artikkelissa oli yli sata kirjoittajaa.

"Kaikki työ tehdään nykyään isolla porukalla", toteaa Kulmala.

Eilen julkistettiin fysiikan Nobel, tänään oli vuorossa kemianpalkinto: arvostetut palkinnot annettiin Led-valolle ja fluoresenssimikroskopialle.

Fysiikan Nobel-palkinto meni kolmelle japanilaiselle, Isamu Akasakille, Hiroshi Amanolle ja Shuji Nakamuralle. Virallisen tiedotteen mukaan palkinto myönnettiin "tehokkaiden sinisten ledien keksimisestä, mikä on tehnyt mahdolliseksi kirkkaat ja energiaa säästävät valkoisen valon lähteet".

Kemian palkinto puolestaan meni kahdelle amerikkalaiselle, Eric Betzigille ja William Moernerille, sekä saksalaiselle Stefan Hellille. Palkinto myönnettiin "huipputarkan fluoresenssimikroskopian kehittämisestä".

Japanilaistutkijoiden keksintö on käytännössä tuttu meille kaikille. Ledejä käytetään nykyisin niin kotien ja julkisten tilojen valaisimissa, mainostauluissa, taskulampuissa kuin erilaisissa merkkivaloissakin.

Akasaki, Amano ja Nakamura kehittivät sinisen ledin 1990-luvun alussa. Punaisia ja vihreitä ledejä oli ollut olemassa jo vuosikymmeniä, mutta vasta sinisen ledin kehittäminen teki mahdolliseksi energiatehokkaan teknologian soveltamisen valaistukseen. Kolmella erivärisellä ledillä saadaan nimittäin aikaan valkoista valoa.

Led-valaisimien teho on suuri ja virrankulutus pieni. Tekniikka kehittyy kaiken aikaa, mutta jo nyt tehokkaimmat led-lamput vastaavat wattia kohti antavalta valoteholtaan 16 tavallista hehkulamppua ja lähes 70 loisteputkea. Keksintö on merkittävä myös ympäristön ja luonnonvarojen kannalta. Noin neljännes maailman sähkönkulutuksesta menee valaistukseen, joten led-lamppujen energiansäästö on merkittävä tekijä.

Myös niiden valmistus säästää raaka-aineita. Siinä missä tavallinen hehkulamppu kestää noin tuhat tuntia ja loisteputki noin 10 000 tuntia, ledien kesto on parhaimmillaan jopa 100 000 tuntia. Vähäinen tehontarve mahdollistaa lisäksi valaistuksen kehittämisen seuduilla, joilla ei ole kunnollista tai lainkaan sähköverkkoa: led-lamppuihin voi tuottaa tarvittavan määrän sähköä yksinkertaisilla aurinkopaneeleilla.

Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinnon NASAn Jet Propulsion Laboratoryssa on onnistuttu tuottamaan outoa ainetta. CAL-laitteella (Cold Atom Laboratory) jäähdytettiin atomeja niin alhaiseen lämpötilaan, että ne muodostivat Bosen-Einsteinin kondensaatin. Nimi ei sano välttämättä mitään eikä sillä arkimaailman ilmiöiden kannalta olekaan ihmeempää merkitystä.

Se on kuitenkin eräänlainen välitila mikro- ja makromaailman välillä. Ensimmäisen kerran vuonna 1995 aikaansaadussa Bosen-Einsteinin kondensaatissa atomit asettuvat samalle, alimmalle mahdolliselle energiatasolle, jolloin niiden muodostama makroskooppinen ainekasauma alkaa käyttäytyä kvanttimekaniikan lakien mukaisesti – kuin jättimäinen aalto (jolla ei myöskään ole mitään tekemistä järvissä ja merissä vellovien arkisten aaltojen kanssa).

CAL-laitteisto on prototyyppi, jolla testataan Kansainväliselle avaruusasemalle vuonna 2016 vietävää tekniikkaa. JPL:ssä saavutettiin nyt 200 nanokelvinin eli kelvinin kahdessadasmiljardisosan lämpötila. Kun CAL saadaan Maan kiertoradalla vallitsevaan mikrogravitaatioon, tutkijat odottavat pääsevänsä vielä matalampiin lämpötiloihin, jopa pikokelviniin eli triljoonasosakelviniin. Avaruusasemalle sijoitettu laitteisto olisi silloin koko maailmankaikkeuden kylmin paikka.

Näin alhaisissa lämpötiloissa voi tulla esiin uusia, aiemmin tuntemattomia kvantti-ilmiöitä, joiden tutkiminen liki painottomassa tilassa olisi helpompaa kuin maanpinnalla. Samalla olisi mahdollista tarkastella entistä yksityiskohtaisemmin fysiikan peruslakeja ja niihin liittyviä ilmiöitä. Lähellä absoluuttista nollapistettä perinteiset aineen olomuodot – kiinteä, nestemäinen, kaasumainen – menettävät merkityksensä, ja aineen käyttäytymistä hallitsevat kvanttimekaniikan lait.

CAL-laitteistolla päästään mataliin lämpötiloihin jäähdyttämällä rubidiumatomeja ensin laserien avulla. Sen jälkeen atomit vangitaan magneettiseen "loukkuun" ja niiden jäähdyttämistä jatketaan radiosäteilyllä. Radiotaajuuksilla säteily toimii kuin veitsi, joka leikkaa loukkuun jääneistä atomeista "kuumat" pois, jolloin jäljelle jäävät vain kaikkein kylmimmät. Prosessiin eli Bosen-Einsteinin kondensaatin tuottamiseen kuluu aikaa vain joitakin sekunteja.

CAL-laitteistosta ja sillä tehtävästä tutkimuksesta löytyy lisää tietoa laboratorion kotisivuilta.

Kultananohiukkaset ovat muutaman nanometrin kokoisia kulta-atomeista ja niihin kiinnittyneistä päällysteistä koostuvia rakenteita. Ne ovat eräs kuumimmista tutkimusaiheista nanoteknologiassa juuri nyt, ja niiden omituiseen olemukseen on perehtynyt myös tutkinut Tampereen teknillisen yliopiston <strong>Elena Heikkilä</strong>, jonka väitöstutkimus antaa uutta tietoa kultananohiukkasista sekä niiden vuorovaikutuksesta solujen kanssa. Heikkilä työskentelee tutkijana TTY:n fysiikan laitoksella materiaali- ja molekyylimallinnuksen tutkimusryhmässä.

Tavallisessa muodossan kulta ei ole erityisen aktiivinen aine, mutta sen ominaisuudet muuttuvat nanokoossa. Nanokullan kemialliset, katalyyttiset ja absorptio-ominaisuudet ovat ainutlaatuisia verrattuna moniin muihin alkuaineisiin. Tästä johtuen nanokultaa voidaan käyttää muun muassa lääkkeissä ja syöpähoidossa sekä lääketieteelliseen kuvantamiseen. 

"Kultananohiukkaset esimerkiksi absorboivat voimakkaasti säteilyä infrapuna-alueella",  kertoo Elena Heikkilä. "Jos ne kiinnitetään syöpäsoluihin, niitä voidaan kuumentaa laserilla, jolloin syöpäsolut tuhoutuvat."

Heikkilä on mallintanut väitöstyössään kultananohiukkasia molekyylidynamiikan simulaatioilla. 

"Mahdollisten terveyshaittojen vuoksi nanohiukkasten solutason vaikutusten kartoittaminen on tärkeää. Kun ymmärrys siitä kasvaa, voidaan nanomateriaaleja käyttää turvallisesti esimerkiksi lääketieteellisten innovaatioden kehittämisessä."

Erilaisia nanomateriaaleja käytetään jo yleisesti monenlaisissa arkipäiväisissä sovelluksissa, kuten elintarvikepakkauksissa, kosmetiikassa, maaleissa ja puhdistusaineissa. Siksi myös nanomateriaalien turvallisuus puhuttaa, sillä niiden haittoja ei tunneta vielä hyvin. Nanohiukkaset pääsevät tunkeutumaan pienen kokonsa ansiosta ihmisen elimistöön ihon, keuhkojen ja ruuansulatuselimistön kautta. Elimistöön päästessään ne kulkeutuvat kaikkialle kudoksiin ja sisäelimiin. On osoittautunut, että ainakin osa nanohiukkaista voi olla hyvinkin haitallisia. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu, että nanohiukkaset voivat aiheuttaa muun muassa solukuolemia, ja ne on yhdistetty moniin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin.

Väitöskirjassaan Heikkilä esittää tulostensa perusteella mahdollisen mekanismin nanohiukkasten kulkeutumiselle soluihin ja selittää tekijöitä, jotka ovat solukalvojen toiminnan häiriintymisen taustalla. Tutkimuksesta käy muun muassa ilmi, että positiivisesti varatut nanohiukkaset ovat potentiaalisesti haitallisempia kuin negatiivisesti varatut, ja että sähköstaattiset voimat ovat tärkeässä osassa siinä, miten nanohiukkaset käyttäytyvät biologisessa ympäristössä. 

Artikkeli on käytännössä suoraan Tampereen teknillisen yliopiston 2.9. julkaistu tiedote.

Neutriinojen tutkimukseen tarkoitetun uuden sukupolven ilmaisinlaitteiston LAGUNA‐LBNO (Large Apparatus studying Grand Unification and Neutrino Astrophysics - Long Baseline Neutrino Oscillations) suunnitelmat ovat valmistuneet. Kuusi vuotta kestänyt ja yli 130 henkilötyövuotta vaatinut suunnittelutyö on toteutettu Euroopan Komission tuella.

Selvitystyön kokonaiskustannukset ovat 17 miljoonaa euroa, josta EU:n suora tuki on 7 miljoonaa euroa ja loput 10 miljoonaa euroa on saatu hankkeeseen osallistuneiden 14 maan yliopistoilta ja muilta organisaatioilta. Suunnittelua ovat tukeneet myös Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskus CERN ja astrohiukkasfysiikan eurooppalainen koordinaatiojärjestö ApPEC. Suomesta hankkeeseen ovat osallistuneet Helsingin, Jyväskylän ja Oulun yliopistot sekä teollisuuspartnerina Kalliosuunnittelu Oy Rockplan.

Neutriinoilmaisin on monipuolinen tutkimuslaite, jolla voidaan tarkastella luonnon pienimpien rakenneosasten ominaisuuksia ja käyttäytymistä. Laitteella voidaan esimerkiksi saada uudenlaista tietoa hiukkasten massojen synnystä neutriinojen oskillaatiota tutkimalla. Niin sanotussa pitkän lentomatkan oskillaatiokokeessa tutkitaan hiukkaskiihdyttimellä tuotettuja neutriinoja satojen, jopa tuhansien kilometrien päässä sijaitsevilla ilmaisimilla.

Tarkoituksena on myös yrittää selvittää, miksi maailmankaikkeudessa on ainetta mutta ei antiainetta, mitata Auringosta ja muulta avaruudesta tulevaa neutriinosäteilyä aikaisempaa herkemmällä ja tarkemmalla tekniikalla, ja tutkia ilmiöitä, joissa energia on paljon suurempi kuin maailman suurimmalla hiukkaskiihdyttimellä (CERNin LHC) voidaan saavuttaa.

Neutriinofysiikan tutkimus on laajentunut voimakkaasti viime vuosina, ja uusia mittauslaitteita on rakennettu ja on rakenteilla monia. LAGUNA‐LBNO on kaikista laitteistoista tieteelliseltä suorituskyvyltään edistynein.

Valmistuneen selvityksen perusteella uuden neutriinoilmaisimen paras sijoituspaikka Euroopassa on Pyhäsalmen kaivos. Tarkastelussa oli mukana kaikkiaan seitsemän vaihtoehtoista sijoituspaikkaa eri puolilla Eurooppaa. Neutriinoilmaisin on rakennettava mahdollisimman syvälle maan alle, jotta vältytään luonnon harvinaisimpien ja vaikeimmin havaittavien ilmiöiden mittauksia haittaavalta häiriösäteilyltä.

Pyhäsalmen kaivos on 1400 metriä syvä ja yksi syvimmistä paikoista Euroopassa. Sen etuja ovat oskillaatiomittausten kannalta ihanteellinen etäisyys CERNistä, kaivoksen hyvä infrastruktuuri, hyvät liikenneyhteydet, kenttätutkimuksilla varmistettu kallion rakennettavuus ja monet toiminnalliset edut.

Myös tuonnempana rakennettavaksi suunnitellulle ”neutriinotehtaalle” Pyhäsalmen kaivoksen on todettu olevan sijainniltaan ja olosuhteiltaan potentiaalinen ilmaisinlaitteiston sijoituspaikka. Tieteelliset hankkeet tuovat kaivokselle ja sen erinomaisessa kunnossa olevalle infrastruktuurille toivottua uusiokäyttöä. Suunnitellut kokeet toimivat usean vuosikymmenen ajan.

LAGUNA‐LBNO‐ilmaisimessa on ilmaisinaineena 20 000 tonnia nesteytettyä argon‐kaasua. Laitteiston kustannusarvio on 226 miljoonaa euroa ja arvioitu rakennusaika kahdeksan vuotta. Ennen tätä lopullista laitetta Pyhäsalmeen kaivokseen suunnitellaan rakennettavaksi pienempi pilottilaite. Sen kustannusarvio on 50 miljoonaa euroa ja arvioitu rakennusaika neljä vuotta.

Tehtyjen vaikuttavuusselvitysten mukaan hankkeella on toteutuessaan paljon myönteisiä vaikutuksia liike‐elämälle, tutkimukselle ja työllisyydelle. Se myös merkitsisi merkittäviä ulkomaisia investointeja Suomeen, kuten esimerkit saman kokoluokan hankkeista Argentiinassa, Chilessä ja Italiassa osoittavat.

Projekti tarjoaa Suomelle ainutlaatuisen mahdollisuuden vahvistaa kansainvälistä asemaansa ja näkyvyyttään huippututkimukseen panostavana maana. Suomen Akatemian hiljattain toteuttamassa Suomen fysiikan tutkimuksen arvioinnissa kansainvälinen arviointipaneeli toteaa LAGUNA‐hankkeen tarjoavan uuden ja positiivisen etenemistien hiukkasfysiikan tutkimukselle Suomessa. Se myös suosittelee maanalaisen tutkimuskeskuksen luomista Pyhäsalmen kaivokseen.

LAGUNA-hankkeesta kerrottiin Tiedetuubissa viime syksynä, myös videonmuodossa.

Uutinen perustuu Oulun yliopiston tiedotteeseen.

Seeprakalat pelaamassa tietokonepeliä tieteen nimissä? Tällaista puuhataan Harvardin yliopistossa, jossa neurotieteen professori Florian Engert tutkii ryhmineen seeprakalojen aivotoimintaa.

Professori Engert opetti elokuussa Neurotieteen tutkimuskeskuksen ja Aivot ja mieli -tohtoriohjelman järjestämällä seeprakalakurssilla.

Tutkimuksessa seeprakalalle näytetään virtuaalista maailmaa. Kala siis kuvittelee uivansa todellisessa ympäristössään, vaikka todellisuudessa se pysyy paikallaan.

"Kalat ovat eräänlaisessa yhden hengen lentosimulaattorissa, ja pyrstö toimii niiden peliohjaimena", kertoo Engert.

Erityistä tutkimusasetelmassa on se, että siinä voidaan mitata seeprakalan koko aivotoiminta lähes aidossa tilanteessa. Tämä on mahdollista, sillä seeprakala on lähes läpinäkyvä.

"Kalan pää on kuin ikkuna, josta on suora näkymä millimetrin mittaisiin aivoihin. Nykyiset optiset laitteet pystyvät mittaamaan kalan koko aivotoiminnan".

Seeprakalan tutkiessa virtuaalista ympäristöään mittaavat optiset laitteet sen eri aivoalueiden aktivoitumista. Laitteet tallentavat kalan aivotoiminnan, jonka tutkijat analysoivat myöhemmin.

Engertillä on suunnitelmissa lisätä pelillisiä ominaisuuksia seeprakalojen tutkimukseen: "Olemme ajatelleet lisätä virtuaaliseen ympäristöön myös erilaisia objekteja, joita kalat voisivat jahdata. Voisimme tutkia sitä, mitä kalojen aivoissa tapahtuu, kun ne saalistavat."

Seeprakalat ovat tuttuja myös kotiakvaarioista. Luonnossa niitä on Kaakkois-Aasiassa, erityisesti Intian riisipeltojen ojissa ja lammikoissa, joissa vesi virtaa hitaasti.

Kehitysbiologit toivat seeprakalat ensimmäisinä tutkimuslaboratorioihin. Esimerkiksi yksilön kehitystä on pystytty tutkimaan kalan läpinäkyvyyden ansiosta. Pian muillakin aloilla huomattiin, miten helppoa on tutkia eläintä, jonka elimet näkyvät ihon läpi.

Ihan kaikkeen seeprakalat eivät taivu, sen sai Engert huomata yrittäessään tutkia seeprakalojen kestomuistia.

"On kuitenkin myytti, että kalat eivät oppisi mitään", kuittaa Engert, ja kehuu tutkimuskohteitaan itse asiassa viisaiksi eläimiksi.

Lue lisää: Yliopisto-lehti 1/2011: Seeprakalan aivot »

Juttu on lähes sellaisenaan Helsingin yliopiston verkkotoimituksen julkaisema artikkeli Aivot kuin ikkuna, jonka on kirjoittanut Tiina Palomäki.