Havaijilla sijaitsevan Mauna Loa -vuoren huipulla on mitattu ilmakehän CO₂-pitoisuutta vuodesta 1958. Paikka on kaukana suurista päästölähteistä, joten sen mittaustulokset heijastavat hyvin globaalia taustapitoisuutta ilman paikallisten päästöjen suoraa vaikutusta. 

Mauna Loalla olevan, Scrippsin merentutkimuslaitoksen ylläpitämän aseman CO₂-pitoisuusmittaukset ovatkin yksi tärkeimmistä ilmastonmuutokseen liittyvistä indikaattoreista. 

Mittaustulokset tunnetaan "Keeling Curve" -nimisenä käyränä (mittaukset aloittaneen Charles Keelingin mukaan),  joka näyttää CO₂-pitoisuuden jatkuvan nousun vuosikymmenten ajan.

Se näyttää, miten hiilidioksidipitoisuus on kasvanut koko ajan. Käyrässä näkyy myös vuotuinen kausivaihtelu, joka johtuu pääasiassa pohjoisen pallonpuoliskon kasvillisuuden vuotuisesta kasvusta ja lehdettömyysjaksosta. Keväällä ja kesällä kasvit sitovat hiiltä fotosynteesin kautta, mikä vähentää ilmakehän CO₂-pitoisuutta, kun taas syksyllä ja talvella pitoisuus nousee, koska kasvit lakkaavat toimimasta aktiivisesti.

Iso-Britannian Ilmatieteen laitos Met Office kertoo tiedotteessaan, että viime vuonna näissä CO₂-mittauksissa nähtiin nopein vuotuinen nousu, ja se oli suurempi kuin oli ennustettu. 

Mitattu nousu oli 3,58 osaa miljoonaa kohti (ppm), mikä ylitti Met Officen ennusteen 2,84 ± 0,54 ppm.

Myös satelliittimittausten mukaan maailmanlaajuinen hiilidioksidipitoisuuden nousu oli tavanomaista suurempi, koska fossiilisten polttoaineiden polttamisesta tulleet päästömäärät olivat ennätyksellisen korkeita ja heikentyneet luonnolliset hiilinielut, kuten trooppiset metsät, sekä poikkeukselliset metsäpalot korostivat tilannetta. 

Metsäpalot johtuivat laajalle levinneistä kuumista ja kuivista olosuhteista, jotka liittyivät osittain El Niñoon ja osittain muihin tekijöihin, mukaan lukien ilmastonmuutokseen.

Lähitulevaisuus on mahdollisesti kuitenkin rauhallisempi, sillä hiilidioksidimäärän nousun vuosien 2024 ja 2025 välillä ennustetaan olevan "vain" 2,26 ± 0,56 ppm. Syynä ovat osittain hiilinielujen uudelleen vahvistuminen, mikä liittyy siihen, että nyt meneillään ollut El Niño -kausi on muuttumassa La Niña -olosuhteisiin.

Jos maailmanlaajuinen ilmakehän lämpeneminen halutaan rajoittaa 1,5°C:een, tulisi ilmakehään kertyvän CO₂:n määrän pienentyä 1,8 ppm:iin vuodessa hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n (Intergovernmental Panel on Climate Change) käyttämien laskelmien mukaan.

Juttua on korjattu lukijan kommentin jälkeen 20.1. klo 17 Suomen aikaa: ”Keeling curve” -käyrän nimi tulee Mauno Loan mittaukset aloittaneesta Charles Keelingistä, ei käyrän kallistumisesta ylöspäin, kuten alkuperäisessä tekstissä mainittiin.

Tähtitieteilijät ilmoittivat alkuvuodesta löytäneensä Trappist-1 -tähden ympäriltä seitsemän kiertolaista. Ne ovat kaikki jotakuinkin Maan kokoisia, ja osa vieläpä kiertää tähteä alueella, jolla voisi olla nestemäistä vettä. Kerroimme asiasta jo aiemmin Tiedetuubissa.

Trappist-1:n planeetat ovat myös tiukassa resonanssissa toistensa kanssa: Kun niistä uloin kiertää tähden ympäri kahdesti, sisemmät ehtivät pyrähtää tasan 3, 4, 6, 9, 15 ja 24 kierrosta.

Vierekkäisten planeettojen kiertoaikojen suhteet ovat siis hyvin yksinkertaisia murtolukuja välillä 3/5 - 3/4.

Tampereen teknillisen yliopiston Audiotutkimusryhmä on tallentanut jokapäiväisiä ääniä tietokantaa varten Tampereella ja Helsingissä. Ääniä kerättiin kaikenlaisissa tavallisissa ympäristöissä, kuten puistoissa, kaduilla, kodeissa, toimistoissa, kaupoissa sekä ravintoloissa.

Mukana on esimerkiksi ohi ajavien autojen ääniä, kävelevien tai puhuvien ihmisten ääniä, lintujen laulua sekä lasten ääniä.

Tietokanta auttaa kehittämään automaattista äänten tunnistusta, mikä puolestaan auttaa tekemään kuulevia laitteita, kuten kännyköitä, itseohjautuvia autoja ja robotteja.

"Kuulevat laitteet ymmärtävät, mitä niiden kuulemat äänet tarkoittavat, ja osaavat esittää siihen perustuvaa tietoa käyttäjälle", selittää tutkijatohtori Annamaria Mesaros TTY:n signaalinkäsittelyn laitokselta.

"Käyttökohteita voi keksiä laajasti, esimerkiksi kuulovammaisten hälytysjärjestelmät kotiympäristössä sekä vaikkapa melulähteiden tai syrjäisten lintupopulaatioiden monitorointi."

Julkaistu tietokanta on suurin arkisten äänten tietokanta, sillä siinä on miltei kymmenen tuntia ääntä. Tietokanta on avoin kaikille tutkijoille, jotka haluavat käyttää sitä työssään.

"Tietokanta tulee olemaan tärkeä tutkimusyhteisölle", jatkaa Mesaros. 

"Näin suurta kokoelmaa ei ole aiemmin ollut saatavilla, sillä aineiston kerääminen ja nimikoiminen vaativat paljon aikaa ja työtä."

"Osa tietokannan äänityksistä on annotoitu eli nimikoitu erityisen tarkasti niin, että yksittäiset äänilähteet sekä niiden tapahtumahetket äänitteistä on tunnistettu Tämän tyyppiset yksityiskohtaiset annotaatiot mahdollistavat tarkkojen automaattisten tunnistusmetodien kehityksen."

Käynnissä kansainvälinen kilpailu

Tietokannan julkaisun myötä TTY tukee datan avointa saatavuutta ja edistää yhteistyötä muiden alalla tutkimusta tekevien instituutioiden kanssa.

Audiotutkimusryhmä järjestää lisäksi kansainvälisen kilpailun, jolla se tukee alan huipputekniikan kehitystä ja uusia innovaatioita. Kilpailuun liittyvä työpaja järjestetään Budapestissä syyskuun alussa. Kilpailu ja työpaja järjestetään yhteistyössä brittiläisten Queen Mary University of Londonin ja University of Surreyn sekä ranskalaisen Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes -instituutin kanssa.

Parhaan äänten tunnistusmenetelmän palkinnosta kilpailee yli 150 osallistujaa 79 kansainvälisestä yliopistosta ja yrityksestä.

"Jännittävää nähdä, millaisia tunnistusmenetelmiä keräämämme tietokanta on poikinut", Mesaros toteaa.

Artikkeli perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteeseen.

Hetulavalaiden tiedetään laulavan, vaikka niillä ei äänijänteitä olekaan. Ääni syntyy päälaella sijaitsevien puhallusaukkojen yhteydessä olevissa onkaloissa, joissa ilmanpaine vaihtelee. Näin syntyy hyvin matalataajuista ääntä, joka kulkeutuu satojen kilometrien päähän.

Tutkijoille on kuitenkin ollut arvoitus, miten valaat kuulevat. San Diegon valtionyliopistossa tehdyn tutkimuksen perusteella valaiden kuulon kannalta keskeinen ruumiinosa on niiden kallo. Ted Cranford ja Petr Krysl tutkivat sillivalaan luustoa ja tuli siihen tulokseen, että kallon luut värähtelevät matalia ääniä vastaavilla taajuuksilla ja välittävät värähtelyt edelleen korvan kuuloluihin. 

Tutkimus liittyy myös merten "äänisuojeluun". Monet ihmisen toimet, kuten meriliikenne, öljynetsintä ja -poraus sekä sotaharjoitukset synnyttävät ääniaaltoja, joiden taajuus on samalla alueella valaille ominaisten äänten kanssa. Ne haittaavat valaiden kommunikointia toistensa kanssa ja tekevät uhanalaisten lajien elämän entistä tukalammaksi.

Suojelutoimien ja niitä koskevan lainsäädännön kannalta on kuitenkin ollut ongelmallista, että valaiden kuuloaisti on tunnettu hyvin huonosti. Tuoreessa tutkimuksessa tehtiin tarkka kolmiulotteinen tietokonemallinnus valaan päästä – luineen, lihaksineen, aivoineen ja aistielimineen kaikkineen – ja sen avulla tarkasteltiin äänen kulkua valaan kehossa. 

Amerikkalaistaiteilija Evan Holm on tehnyt 2000-luvun alusta alkaen erilaisia tekniikkaa ja taidetta yhdistäneitä teoksia, ja hänen uusin keksintönsä on upottaa levysoitin veden alle. Kyllä, se toimii sielläkin – kunhan vain levysoitin on tehty siten, että vesi ja sähkö eivät pääse keskenään tekemisiin toistensa kanssa.

Vesitiivis levysoitin on teoksessa keinotekoiseksi lammeksi muotoillun vesialtaan sisällä siten, että levy pyörii juuri pinnan alla ja se saa pyöriessään aikaan kauniin pyörteen vesipintaan. Levysoittimessa on neula vartensa päässä, ja kun se asetetaan levypinnalle, kuuluu musiikki aivan samaan tapaan kuin normaalisti: ääni syntyy neulan seuratessa levyssä olevaa uraa ja muuttaa värähtelyt sähkösignaaliksi ilman ilmaa. Ainoa ero vedettömään levyn soittamiseen on se, että neula painuu levyä vasten veden alla hieman heikommin veden nosteen vuoksi, mutta tätä Holm kompensoi pienellä lisäpainolla.

Gaia laukaistiin 19. joulukuuta 2013 kello 9:12:19 UTC. Koko viikon oli ollut useita sadekuuroja, ja sama epävakaa sää jatkui myös laukaisupäivänä, jolloin aikaisin aamulla kuuden maissa paikallisaikaa Kouroussa pyyhkivät useat kuurot laukaisualueen ylitse.

Taivas kuitenkin selkeni juuri ennen laukaisua, ja Gaia nousi matkaan hyvien tähtien merkeissä, sillä laukaisun aikaan aamulla taivaalla ei ollut juuri lainkaan pilviä.

Tänään 20. joulukuuta tätä kirjoitettaessa on taas sadellut, eikä Gaian laukaisusta olisi nähty kuin ehkä 10 sekuntia ennenkuin raketti olisi kadonnut pilviin.

Ennen laukaisua

Kaksi viikkoa Kouroussa on ollut hyvin intensiivistä aikaa. Gaia oli syksyn ajan laukaisukeskuksen S1-rakennuksessa, jossa satelliitit voivat olla niin kauan kun tankkeja ei olla täytetty. Siellä tehtiin myös viimeinen aurinkosuojan avaustesti lokakuussa, kun edellisen kerran olin paikan päällä.

Kun tulin uudelleen paikalle, oli Gaia jo tankattu ja siirretty S5-rakennukseen. Sojuz-kantoraketin yli vaihe Fregat, joka oli itse asiassa alun perin tarkoitettu toiselle satelliitille, oli jo odottamassa S3-rakennuksessa Gaiaa myös tankattuna.

S3 on tila, joka on tarkoitettu kaikkein herkimmin räjähtävien polttoaineiden käsittelyyn. Fregatin vieressä oli jo odottamassa Gaiaa varten erityisesti valmistettu raketin nokkakartio. Koska Gaia täytti melko tarkkaan koko nokkatilan, jouduimme tekemään erikoisen nokkakartion, mistä oli varmuuden vuoksi "kaiverrettu" hieman tilaa lisää reunoista, koska laukaisussa satelliitin ja seinien välissä täytyy olla riittävästi tilaa myös värähtelyille.

Gaia siirrettiin S3-rakennukseen, asetettiin Fregatin päälle ja koko nokkaosa pistettiin nokkakartion sisälle.

Lauantaina 14. joulukuuta Sojuz-raketti vietiin kiskoja pitkin laukaisualustalle. Toimenpide alkoi aamulla kuudelta, kun kokoonpanohallin ovet avattiin ja muutaman tunnin päästä vaakasuorassa rautatievaunun päällä ollut raketti oli siirretty ja nostettu pystyyn. Se oli mielenkiintoinen tapahtuma, etenkin kun sain seurata sitä aivan vierestä.

Samana iltana tuli jo nokkaosa, jossa siis Gaia ja Fregat olivat päällekkäin nokkakartion sisällä. Kahdeksan aikaan illalla venäläinen Soyuzin laukaisusta vastannut henkilökunta ruuvasi käsin nokkaosan kiinni Sojuziin 102 pultilla – he eivät käyttäneen mitään pneumaattisia koneita. Viimeisen kiristyksen teki yksi henkilö, jotta ruuvit ovat samalla voimalla kiinnitettyjä.

Sunnuntaista keskiviikkoon oli rauhallisempaa, koska suurin osa ajasta käytettiin miljoonan ja yhden asian tarkastamiseen.

Gaia lähtee matkaan!

Lähtölaskenta alkoi 13 tuntia ennen laukaisua. Niinpä ESAn insinöörikollegat ja Gaian rakentaneet Astriumin insinöörit istuivat tuoleihinsa Kouroun laukaisukeskuksen lähtövalvontarakennuksen Jupiterin kontrollihuoneessa keskiviikon iltapäivällä kello viiden aikaan. Itse seurasin heidän istumisiaan kun olin samana yönä valmistelemassa Arianespacen suoraa televisiolähetystä laukaisusta. Opettelin toimittaja Joshua Jampolin kanssa TV-maailman kikkoja, jotta pystyin suorittamaan tehtäväni englanninkielisen selostuksen tieteellisenä tukena.

Torstaiaamuna aikaisin ennen laukaisua kaikki olivat pirteitä. Tämä taisi johtua adrenaliinista. Päivä nousi klo 6:12:19 paikallista aikaa, kun seurasin laukaisua Jupiter rakennuksen parvekkeelta. Kuin Aurinko olisi noussut lännestä, mutta pian pystyi huomaamaan, että kyseessä olikin Auringon sijaan kirkkaasti loistanut Sojuz VS06, jonka kärjessä oli Gaia.

Itään päin suuntautunut laukaisu kaartui komeasti parvekkeen yli ja kohti oikean Auringon nousua idän puolella. Ensimmäinen vaihe lopetti toimintansa juuri oikeaan aikaan, jolloin neljä apurakettia irrotettiin raketista. Aamuauringossa ne sitten tuikkivat kuin pienet, alaspäin putoavat tähdet, kun samaan aikaan loppuosa raketista jatkoi kiihdytystä ylöspäin.

Arianespacen osuus Gaian saamisessa avaruuteen on laukaisu, mukaan lukien Fregatin osuus. Gaia tarvitsi kaksi Fregatin moottorin polttoa, joista ensimmäisellä Gaia saatiin ympyräradalle Maan ympärillä ja toisella se sysättiin kohti Lagrangen pistettä L2 vievälle radalle. Tuo piste on Gaian operointipaikka.

42 minuuttia laukaisun jälkeen Fregat oli tehnyt tehtävänsä ja irrottautui Gaiasta. Gaia oli vapaa ja Arianespace otti aplodit vastaan onnistuneesta laukaisusta.

Meillä oli kuitenkin vielä runsaasti töitä, sillä nyt oli Gaian vuoro toimia. Noin tunti ja vartti laukaisun jälkeen Gaian aurinkosuoja, eli "hame", avattiin ja puolitoista tuntia laukaisun jälkeen tiesimme, että Gaia oli saatu havaintokuntoon. Hame oli avautunut.

Tänään 20. joulukuuta olemme tehneet niin sanotun kakkospäivän operaation, missä hienosäädimme rataa kohti L2 pistettä Gaian omilla raketeilla. Tämä onnistui yhtä täsmällisesti kuin kaikki muutkin tähän asti tehdyt operaatiot Gaialla.

Sen jälkeen Gaia käännettiin 45 asteen kulmaan Aurinkoa kohti, eli olemme nyt operaatioasennossa ja vauhdilla menossa 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevan L2-pisteen ymparillä olevalle radalle.

Kiitokset kaikille, jotka ovat tehneet mahdolliseksi tämän joulun parhaan lahjan – Gaian!

Timo Prusti

Lue myös Tiedetuubin Gaia-juttuja ja laukaisuseurantaa osoitteessa www.tiedetuubi.fi/gaia