Uusi zikauutinen: geenimuunnellut hyttyset avuksi virusta vastaan?

Hyttynen imemässä verta
Hyttynen imemässä verta


Taas on jutussa monta intohimoja herättävää asiaa: zika, sairaudet, hyttyset ja vielä geenimuokkaus. Maailman terveysjärjestö WHO on joka tapauksessa pohtimassa geenitekniikalla muokattujen hyttysten valjastamista taisteluun zikaviruksen leviämistä vastaan.


Keskustelu hyttysmyrkyn osuudesta Brasiliassa syntyneiden lapsien pienipäisyyteen on vähitellen laantumassa, kun todisteet myrkyn haitallisuudesta ontuvat ja sairastapauksia tulee edelleen myös alueilla, joilla myrkkyä ei ole käytetty.

Joka tapauksessa zikavirus on vakava terveysvaara ja sen leviäminen sekä mahdollisesti kehittyminen edelleen on suuri uhka paitsi Etelä-Amerikalle, niin myös muille maille.

Siksipä rokotteen kehittämisen lisäksi tapoja viruksen leviämisen hillitsemiseen tutkitaan monissa paikoissa.

WHO:n tuoreimmassa lausunnossa otetaan mukaan myös ristiriitoja herättävä mahdollisuus muokata geneettisesti alueen hyttysiä siten, että ne eivät voisi välittää virusta. Sen seurauksena toivon mukaan olisi se, että Aedes aegypti -keltakuumehyttyset kävisivät harvinaisiksi ja pääasiassa uudenlaiset, toivotun kaltaisen hyttyset inisisivät sademetsissä.

Arvioiden mukaan 90% keltakuumehyttysistä voitaisiin korvata "uusilla", mutta on myös mahdollista, että koko alkuperäinen populaatio kuolisi sukupuuttoon. Vaikka tarkoitus on hyvä, herättää tavoite myös eettistä pohdintaa: kyseessä olisi ensimmäinen kerta, kun tällä tavalla aiheutettaisiin tietoisesti ja tarkoitushakuisesti luonnossa esiintyneen lajin kuolema.

Zikaviruksen aiheuttama riski lienee kuitenkin sen väärti: virus näyttää aiheuttavan epämuodostumia (pienipäisyyttä), vaikuttavan aivoihin ja heikentävän vastustuskykyä, vaikkakin myös muita syitä näihin tutkitaan edelleen. Se, että aiemmin harmiton virus näyttää nyt aiheuttavan vakavia seurauksia etenkin raskaina oleville äideille ja syntyville lapsille, on huolestuttavaa – etenkin kun virus leviää nyt voimakkaasti.

Kenties myös parhaillaan käynnissä oleva voimakas El Niño -sääilmiö edesauttaa viruksen leviämistä.

Monta tapaa taistella hyttysiä vastaan

Geenitekniikka herättää kärjistyneitä kommentteja puolesta ja vastaan, mutta kannattaa muistaa, että eläinten ja kasvien muokkausta harrastetaan "perinteisinkin" menetelmin koko ajan, ja laboratoriossa tehty geenitekniikka saattaa olla jopa turvallisempaa ja täsmällisempää.

Vaihtoehtoiset keinot hyttysten määrän vähentämiseen eivät ole myöskään aivan vaarattomia.

Kohun keskelle noussut pyriproksyfeeni-hyttysmyrkky on eräs näistä tehokkaiksi todetuista, mutta varsin dramaattisista keinoista.

Se toimii kuin hyttysen hormoni estäen hyttysiä kehittymästä aikuisiksi ja lisääntymästä. Ihmisille ja muille eläimille tämä jo parinkymmenen vuoden ajan käytetty aine ei ole tutkimusten mukaan vaarallinen, kunhan annostus on oikeanlaista, mutta myrkyn levittäminen esimerkiksi juomaveteen on luonnollisesti epämieluisaa.

Eräs pohdinnassa oleva tapa vaikuttaa hyttysiin on istuttaa niihin parasiittibakteeri, joka estäisi hyttysten munien kehittymisen naarashyttysillä, jotka ovat pariutuneet zikavirusta kantavan uroshyttysen kanssa.

Myös säteilytystä harkitaan. Jos suuri määrä uroshyttysiä altistettaisiin pienelle annokselle säteilyä ja ne tulisivat steriileiksi, nämä steriilit hyttyset kisaisivat luonnossa ei-steriilien kanssa naaraista ja saisivat olennaisen osan naaraista parittelemaan itsensä kanssa siten, että lisääntymistä ei tapahtuisikaan.

Ja on toki myös yksi varsin tehokas, mutta epätodennäköinen keino leviämisen hillitsemiseen: kieltää ihmisiä matkustamasta paikasta toiseen.

Keltakuumehyttynen on erittäin huono lentäjä, sillä ne eivät yleensä liiku noin 400 metriä kauemmaksi synnyinpaikastaan. Ihmiset autoineen, junineen ja lentokoneineen siirtävät tehokkaasti hyttysiä uusille alueille ja levittävät samalla virusta.

Ajantasaista tietoa suomeksi zikaviruksesta ja sen leviämisestä on THL:n nettisivuilla.

Laguna-hanke: Miksi Suomi menetti ison kansainvälisen tutkimuskeskuksen?


Suomeen suunnitteilla ollut suuri kansainvälinen neutriinotutkimuskeskus Laguna on peruuntumassa kaavaillussa muodossaan. Nyt vastaavanlaista koeasemaa ollaan suunnittelemassa Yhdysvaltoihin. Aivan neuvottomiksi eivät hanketta ajaneet suomalaistutkijat ole jääneet: Pyhäsalmen kaivokseen kaavaillaan pienemmän mittakaavan tutkimustoimintaa.


Ylen tämänaamuisen uutisen mukaan Laguna-hanke on käytännössä kuopattu ja laitteiston rakentamista Yhdysvaltoihin ollaan suunnittelemassa.

Alkuperäisen ajatuksen mukaan Laguna-hankkeessa olisi Pyhäjärvellä sijaitsevaan Pyhäsalmen kaivokseen rakennettu suuri neutriinoilmaisin, kenties jopa useita, joilla olisi havaittu Genevestä, Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNistä maapallon kuoren läpi ammuttuja hiukkasia. Meidän lävitsemme virtaa koko ajan miljoonia ja miljoonia neutriinoita, mutta näiden erittäin heikosti muun aineen kanssa vuorovaikuttavien hiukkasten tutkimiseksi olisi kaivattu juuri oikeanlaisia hiukkasia, joita CERNissä olisi synnytetty kontrolloiduissa olosuhteissa.

Pyhäsalmen etäisyys olisi ollut juuri sopiva CERNistä, mikä lisäksi olemassa jo oleva kaivos olisi tarjonnut tutkimuslaitteelle lähes ideaalisen sijoituspaikan. Sen kun tulisi olla syvällä maan uumenissa suojassa ylimääräiseltä säteilyltä, mutta samalla paikassa, minne olisi ollut helppo päästä laitteistoa rakentamaan ja käyttämään.

Laguna olisi ollut eräs maailman suurimmista tieteellisistä koelaitteista

Kyseessä olisi ollut neutriinotutkimuksen eräs tärkeimmistä keskuksista, joka olisi tuonut Suomeen runsaasti kansainvälistä tutkimusrahaa ja tutkijoita. Hanketta suunniteltiinkin vuosikymmenen ajan laajan tutkijajoukon voimin, ja viime vaiheessa Pyhäsalmi oli käytännössä voittanut kilpailun laitoksen sijoituspaikaksi.

Kuten aina vastaavissa, suurissa kansainvälisissä tutkimushankkeissa, maat kisaavat siitä kuka saisi laitoksen ja sen tuoman rahavirran sekä kunnian itselleen.

Olikin varsin suuri yllätys, kun virallinen Suomi suhtautui erittäin penseästi Lagunaan ja ilmoitti vuonna 2012, ettei ole kiinnostunut Lagunan saamisesta maahan. Suomi olisi joutunut toki maksamaan myös laitoksesta ja isäntämaana osuus olisi ollut muita suurempi, mutta tehtyjen laskelmien mukaan Laguna olisi tuottanut olennaisesti kustannuksia enemmän.

Hinta ei siis ollut varmasti lopullinen syy negatiiviselle päätökselle, vaan lähinnä tekosyy. Samoihin aikoihin telakkateollisuutta tuettiin suuremmillakin summilla ilman varmuutta tuloksista.

Nähtävästi jo tuolloin poliittisessa ilmapiirissä ollut penseys tutkimusmaailmaa kohtaan vaikuttikin asiaan.

Suomen passiivisuus ja nihkeys sai aikaan sen, että Laguna ei lähtenyt kunnolla liikkeelle, vaan tutkijat alkoivat paitsi pohtia keinoja, joilla laitos saataisiin Pyhäsalmelle Suomen virallisesta kannasta huolimatta, niin myös kartoittaa vaihtoehtoja.

Suunta Atlantin toiselle puolelle

Hankkeessa mukana ollut teoreettisen hiukkasfysiikan professori Kari Rummukainen Helsingin yliopistosta toteaakin, että hanke tunnetaan nyt nimellä DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) ja se on vahvasti menossa Yhdysvaltoihin. 

Suunnitelmissa on Lagunan kaltainen järjestely, missä neutriinot synnytettäisiin Chicagon luona olevassa Fermilabissa, Yhdysvaltain johtavassa hiukkastutkimuskeskuksessa, ja sieltä ne ammuttaisiin noin 1400 kilometrin päässä Etelä-Dakotassa Homestakessa olevaan Sanfordin maanalaislaboratorioon. Kyseessä on noin 1500 metriä syvä entinen kultakaivos.

"Suurin syy uudelle järjestelylle on kansainvälinen tutkimusstrategia", kertoo Rummukainen. 

"Yhdysvallat päätti, että heidän hiukkasfysiikan kokeellinen tutkimuksensa keskittyy ns. 'suureen intensiteettiin', mikä tarkoittaa käytännössä neutriinofysiikkaa. Fermilabissa ollut Tevatron-hiukkastörmäytin pysäytettiin muutama vuosi sitten, sillä CERNin LHC:n vakiinnuttua se oli käynyt tarpeettomaksi. Neutriinofysiikka määriteltiin Fermilabin tulevaisuuden alaksi."

Vaikka CERN onkin eurooppalainen tutkimuskeskus, on myös Yhdysvallat vahvasti mukana sen toiminnassa. Yksi tapa vaihtaa palveluksia toisiin ja turvata yhteistyön jatkuminen oli ehdottaa CERNin voimakkaasti ajaman neutriinotutkimuksen siirtämistä Amerikan mantereen puolelle. Molemmat osapuolet osallistuvat tutkimukseen ja rahoitukseenkin molemmissa hankkeissa, niin LHC:llä Genevessä tehtävään työhön kuin myös uuden neutriinotutkimuslaitteiston rakentamiseen Yhdysvaltoihin.

"Siispä Vaikka Suomi olisikin ollut täysin rinnoin mukana, lopputulos olisi tuskin muuttunut, mutta varmastihan sitä ei voi sanoa", toteaa Rummukainen.

Toisen näkemyksen mukaan Suomen nihkeä kanta antoi hyvän pohjan muuttaa kansainvälistä tutkimusstrategiaa juuri tähän suuntaan.

Päätöksiä ei ole vielä tehty, mutta Rummukaisen mukaan "kyllä tämä lopulliselta nyt näyttää".

"Monet Lagunan tutkijat ovat nyt mukana DUNEssa ja esimerkiksi Laguna-hankkeen johtaja Andre Rubbia on yksi DUNEn johtajista."

Calliolab ponnistaa Lagunasta

DUNEn lisäksi Japaniin ollaan suunnittelemassa hyvin suurta neutriinodetektoria, joten tässä isossa pelissä Suomen nappulat on nyt pelattu.

Sen sijaan huomio Pyhäsalmella onkin käännetty pienempien tutkimuskalojen metsästämiseen. 

Kaivoksessa sijaitsee jo nyt EMMA-niminen kosmisten säteiden ilmaisin, ja sen toimintaa paitsi jatketaan, niin myös laajennetaan. Tilaa tunneleissa olisi myös uusille vastaavantyyppisille havaintolaitteille.

Syvissä kaivoksissa tehdään hiukkasfysiikan lisäksi paljon muutakin omituisia olosuhteita vaativia tutkimuksia. Tällaisia aloja ovat esimerkiksi geologia ja biologia. Esimerkiksi Homestaken kaivos (kaavakuva yllä), mihin DUNEn ilmaisimet sijoitetaan, on jo nyt tällainen monialatutkimuskeskus.

Koska kaivoksen infrastruktuuri on erinomaisessa kunnossa ja sopii hyvin tutkimustoiminnalle, onkin Pyhäsalmen kaivoksen tutkimuskäyttöä edistämään ja markkinoimaan perustettu Calliolab. Kyseessä on maanalainen tutkimus- ja tuotekehityskeskus, josta on tarkoitus tehdä eräs maailman johtavista maanalaisista yleislaboratorioista. Jo nyt kaivoksen pohjatasolla on tuliterä laboratorio, jonka käytöstä on käynnistetty kutsukilpailu.

Uusi paljastus zikaviruksesta: onko syynä epämuodostumiin hyttysmyrkky?

Keltakuumehyttynen
Keltakuumehyttynen
Kartta zikaviruksen levinneisyydestä


Uutisissa kerrotaan parhaillaan huolestuttavia uutisia zikaviruksen leviämisestä ja sen aiheuttamista vauvojen epänormaalin pienistä päistä ja aivoista. Nyt kuitenkin erääksi mahdollisuudeksi epämuodostumiin on tarjolla hyttysmyrkky, joka oli tarkoitettu muun muassa zikaa tartuttavien hyönteisten tappamiseen.


Uusien väitteiden mukaan kyseessä olisi aine nimeltä pyriproksyfeeni (C20H19NO3), jonka valmistaja on maatalouskemiajätti Monsanton alihankkija Sumimoto Chemical.

Huhujen perustana on viime viikolla julkaistu argentiinalaisen hyönteismyrkkyjä vastustavan ryhmän kirjoitus, missä Sciencealert -sivuston mukaan todetaan, että ”alueilla, missä on kaikkein eniten sairastuneita ihmisiä, on levitetty viimeisen 18 kuukauden aikana hyttysille epämuodostumia aiheuttavaa myrkkyä (pyriproksyfeeni) juomaveteen.”

Koska lausunto on peräisin myrkkyjä vastustavalta ryhmältä, tulee siihen suhtautua kriittisesti, mutta heidän väitteisiinsä kannattaa tutustua tarkemmin.

Ryhmän mukaan ”ei ole sattumaa”, että ihmisten epämuodostumatapaukset ovat ennen kaikkea Brasiliassa alueilla, missä pyriproksyfeeniä on käytetty, kun Colombiassa, missä on Brasilian jälkeen eniten viruksen tartuntoja, ei ole havaittu epämuodostumia.

Kyse ei ole vain nettihuhuista: jo viime kuussa The Washington Post huomautti, että kaikki aivojen ja kallojen epämuodostumatapaukset eivät olleet yhdistettävissä zikavirukseen. Näin todetaan myös THL:n blogissa.

Pyriproksyfeeniä on käytetty trooppisilla alueilla, erityisesti Brasiliassa, hyttysten määrän vähentämiseen, koska hyttyset välittävät zikan lisäksi monia muita sairauksia, kuten denque-kuumetta ja chikungunyaa. Ainetta lisätään muun muassa juomaveteen, koska näin se leviää tehokkaasti.

Maailman terveysjärjestön WHO:n mukaan pyriproksyfeeni on turvallista ja Monsanto on ennättänyt tuomitsemaan aineen vaarallisuuden jo kategorisesti.

Brasiliassa aineen käyttäminen on kuitenkin toistaiseksi keskeytetty, varmuuden vuoksi.

Kuva: Zika on erityisen vaarallinen raskaana oleville, riskialueilla liikkuville naisille. Terveyden ja hyvinvoinnin laitos suosittaa harkitsemaan ei-välttämättömän matkan lykkäämistä epidemia-alueille, missä zikavirus leviää aktiivisesti. 

 

Brasilian viranomaiset ovat tähän mennessä varmistaneet 462 mikrokefaliatapausta, 41 tapauksessa zikavirusinfektio on varmistettu. Lähes 800 aiempaa mikrokefaliaepäilyä on osoittautunut vääräksi ja 3800 on vielä selvitysten alla.

Viranomaisten mukaan zikaviruksen ja vauvojen epämuodostumien välillä on varma yhteys, kun taas pyriproksyfeenin ja epämuodostumisen väliltä ei ole löydetty tieteellisesti yhteyttä. 

”Lisäksi on tärkeää huomata, että epämuodostumia on raportoitu myös alueilta, joilla ei ole käytetty pyriproksyfeeniä”, sanotaan brasilialaisten lausunnossa.

Koska ainetta käytetään myös muualla maailmassa, on myös omituista, että vastaavia tapauksia ei ole havaittu muualla. Esimerkiksi Euroopassa aine on ollut sallittu (joskaan ei juomavedessä) 1990-luvun lopulta alkaen ja sitä on tutkittu monin eri tutkimuksin.

Myös zikavirusinfektion mahdollista yhteyttä Guillain-Barrén oireyhtymään selvitetään edelleen. Yhteyden osoittaminen on kuitenkin hankalaa sillä kyseinen oireyhtymä on liitetty myös moneen alueella yleisesti esiintyvään infektiotautiin, kuten juuri dengue ja chikungunya.

Mistä zika on peräisin?

Zikavirus ei ole tutkijoille mikään uutuus. Se löydettiin ensimmäisen kerran Ugandasta 1950-luvulla ja se on ollut varsin harmiton tähän saakka. Keltakuumehyttysen (Aedes aegypti) välityksellä leviävä tauti aiheuttaa tyypillisesti kuumetta, lihaskipuja ja joskus silmätulehduksia, ja sitä voi pitää normaalia kausi-influenssaa vaarattomampana. 

Taudin itämisaika on 3–12 päivää.

Viruksen on kuitenkin havaittu olevan haitallisen raskaana oleville, sillä se saattaa aiheuttaa lapselle pienipäisyyttä ja kehitysvammaisuutta. 

Kartta zikaviruksen levinneisyydestä

Virus on levinnyt viime vuoden lopulla erityisesti Etelä- ja Keski-Amerikassa, mistä satunnaisia tautitapauksia on levinnyt myös Eurooppaan ja Yhdysvaltoihin. Tautia tavataan myös osissa Afrikkaa ja Aasiassa.

Viime vuosina joillain eteläisen Amerikan alueilla jopa 75% väestöstä on havaittu viruksen kantajiksi, mutta epämuodostumien määrä ei ole ollut missään niin suuri kuin nyt alueilla Brasiliassa, missä on käytetty laajalti pyriproksyfeeniä.

Hyttysmyrkytysten on arveltu olevan tehokkain tapa hillitä zikan (ja muiden hyttysten levittämien tautien) leviämistä, kunnes virusta vastaan on ennätetty kehittää rokote. Tähän arvellaan kuluvan vielä 18 kuukautta. 

Työtä tehdään noin 15 lääketieteen laboratoriossa ympäri maailman. Tähän mennessä kaikkein lupaavimmat rokotteet on tehty Yhdysvaltain kansanterveyslaitoksessa ja intialaisessa Bharat Biotech -yhtiössä. 

Nyt kuitenkin rokotteen kehittämisen lisäksi täytyy tutkia aiempaa tarkemmin zikan ja pyriproksyfeenin välinen yhteys – ja kenties mikä muu mahdollisesti vaikuttaa asiaan, sillä tässäkään asiassa ei näytä olevan suoraviivaista selitystä.

Lue lisää zikaviruksesta THL:n blogissa ja THL:n zika-tietopaketista.

Uudenlainen jää on huippuharvaa

Uuden jään molekyylirakenne
Uuden jään molekyylirakenne

Keskellä talvea tuntuu vähän pöljältä kehitellä uusia jään muotoja, kun vanhoistakin on ihan riittävästi riesaa.

Nebraskan yliopiston tutkijat ovat kuitenkin moiseen ryhtyneet ja onnistuneet luomaan veden 18. tunnetun kidemuodon – tosin vasta teoreettisesti.

Vuonna 2014 eurooppalaiset tutkijat loivat keinotekoisesti jäätä, jonka tiheys oli ennätyksellisen alhainen – 0,81 g/cm3 (tavallisen jään tiheys on 0,9167 g/cm3 nollassa celsiusasteessa) – mutta nyt hahmotellulla jäällä se on vielä 25 prosenttia pienempi.

"Teimme paljon laskelmia siitä, onko kyse vain harvasta jäästä vai peräti kaikkien aikojen harvimmasta jäästä", toteaa tutkimusta johtanut Xiao Cheng Zeng

Zeng on aikaisemminkin tehnyt paljon jäähän liittyvää tutkimusta. Hänen löytöihinsä kuuluu esimerkiksi kaksiulotteinen "Nebraska-jää", joka tietyissä olosuhteissa jäätyessään kutistuu, kun tavallinen jää laajenee.

Uusimmassa tutkimuksessa Zeng mallinsi ryhmänsä kanssa paine- ja lämpötilarajoja, joissa vesi jäätyisi tiettyyn kidemuotoon niin sanotuksi klatraatiksi. Häkkimäisen rakenteen on aiemmin arveltu olevan mahdollinen ainoastaan "vierasmolekyylien", esimerkiksi metaanin avulla. Zengin ryhmä totesi, että rakenne voi olla stabiili ilman ylimääräisiä molekyylejä.  

Siis teoriassa. Käytäntö onkin toinen juttu. Laskelmien mukaan uudenlaista jäätä voi syntyä vain silloin, kun vesimolekyylit ovat suljetussa tilassa, jossa vallitsee hyvin suuri, ulospäin suuntautuva paine.

-23 pakkasasteessa vaadittu paine olisi noin neljä kertaa suurempi kuin Tyynenmeren syvimmissä kohdissa. Ja lämpötilan laskiessa paineen täytyy kasvaa vielä siitäkin. Lisäksi klatraatista pitäisi poistaa vierasmolekyylit tyhjiömenetelmällä. 

Ihan heti uudenlaista jäätä, jolle on annettu nimeksi "Jää XVII", ei siis päästä käsin koskettelemaan. 

Uudenlaisesta jäästä kerrottiin Nebraskan yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä

Kuva: Yingying Huang and Chongqin Zhu

Anssi ampuu nanohiukkasilla

Aerosolihiukkasia (merisuolaa). Kuva: GSFC/NASA
Aerosolihiukkasia (merisuolaa). Kuva: GSFC/NASA


Ilmassa leijuvat, alle 100 nanometrin kokoiset pikkuhiukkaset ovat kuuma tutkimusalue, koska ne voivat pienen kokonsa vuoksi päätyä esimerkiksi suoraan hengitysilmasta ihmisen verenkiertoon. Diplomi-insinööri Anssi Arffman tutki väitöskirjassaan näiden aerosolihiukkasten koon mittauksessa käytettäviä alipaineimpaktoreita.


Aerosolihiukkaset ovat ovat nykyisin erittäin tärkeä tutkimusala, koska niillä on suuri osa mm. ilmastonmuutoksessa, erilaisissa teollisissa sovelluksissa ja fysiikan perustutkimuksessa, mikä lisäksi niillä on tuntemattomia, haitallisia terveysvaikutuksia.

Anssi Arffmanin väitöstutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kaikilla näillä tutkimuksen osa-alueilla, koska aerosolihiukkasten koko on yksi olennaisista tekijöistä, joka määrää niiden käyttäytymistä fysikaalisissa prosesseissa.

"Esimerkiksi se, kasvaako aerosolihiukkanen pilvipisaraksi tai toimiiko se vettähylkivänä pintana, riippuu vahvasti hiukkaskoosta", Anssi Arffman kertoo.

Pilvipisaroita on ilmassa ja niillä on vaikutus esimerkiksi siihen, milloin ja miten ilman kosteus muuttuu sateeksi. Esimerkiksi otsikkokuvassa on pieniä meristä ilmaan nousseita suolahitusia, jotka muodostavat ilmassa ollessaan tiivistymisytimiä vesihöyrylle.

Materiaalitieteissä puolestaan tutkitaan innokkaasti erilaisia nanopinnoitteita, jotka ovat itse asiassa aerosoleja. Jos tarkkoja ollaan, niin aerosolit ovat ilmassa olevia erilaisia nanohiukkasia, eli kooltaan nanometrikokoa olevia hitusia.

Aerosolin koko selville alipainetörmäyttimellä

Arffman tutki väitöstutkimuksessaan laskennallisin ja kokeellisin menetelmin aerosolihiukkasten koon mittauksessa käytettäviä alipaineimpaktoreita, eli alipainetörmäyttimiä.

Nimi tulee siitä, että laitteessa nanohiukkasia sisältävä aerosoli kiihdytetään suuttimessa ja suihku törmäytetään keräysalustaan, jolloin tiettyä rajakokoa suuremmat hiukkaset osuvat seinään ja rajakokoa pienemmät hiukkaset jatkavat matkaansa virtauksen mukana. Tällä tavoin aerosolihiukkaset saadaan luokiteltua kahteen eri kokoluokkaan.

"Pystyimme rakentamaan alipaineimpaktoreita, joilla on mahdollista kokoluokitella jopa alle 10 nanometrin kokoisia hiukkasia. Samalla voidaan mitata niiden kokojakaumaa sekä saada tietoa fysikaalisista ominaisuuksista, Arffman selittää.

Tutkimuksen keskeinen tulos on, että impaktorin geometriaa muokkaamalla voidaan vaikuttaa impaktorin resoluutioon eli siihen, kuinka hyvin se jakaa hiukkaset eri kokoalueisiin.

Lisäksi tietokonesimulaatioiden avulla osoitettiin, että hyvä resoluutio tarjoaa myös tasaiset törmäysolosuhteet hiukkasille, jolloin niiden törmäysnopeutta voidaan hallita erittäin tarkasti. Tulosta sovellettiin tutkimalla hopeahiukkasten pomppausherkkyyttä pinnoilta, joka antaa tietoa hiukkasen ja pinnan välisestä vuorovaikutuksesta.

"Tulos on oiva esimerkki laskennallisen ja kokeellisen tutkimuksen yhdistämisestä, sillä ilman molempia lähestymistapoja ei pomppausherkkyyttä nanohiukkasille pystytä määrittämään", Arffman sanoo.

*

Anssi Arffmanin väitöskirja Numerical and experimental study on inertial impactors (“Inertiaali-impaktorien laskennallinen ja kokeellinen tutkimus”) tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston luonnontieteiden tiedekunnassa  ensi perjantaina 19.2.2016.

Tässä artikkelissa on käytetty materiaalina TTY:n lähettämää tiedotetta.

Otsikkokuva: NASA / GSFC

Finnarp 2015 -retkikunta on palannut Suomeen Etelämantereelta Jari Mäkinen Ma, 15/02/2016 - 11:20
Autoja Aboalla
Autoja Aboalla
Retkikunta potretissa


Pitkä etelänmatka on takana: marraskuun lopussa matkaan lähtenyt Finnarp 2015 -retkikunta palasi Suomeen viikonloppuna. Aboa-tutkimusasema on nyt entistä ehomassa kunnossa, ja vaikka tämänvuotinen matka keskittyi remontointiin ja rakentamiseen, ehtivät nykyajan tutkimusmatkaajat tekemään myös tiedettä


Suomesta on lähtenyt "virallinen" tutkimusretkikunta Etelämantereelle lähes joka vuosi sitten 1980-luvun lopun. Ensimmäinen retkikunta, Finnarp 1988, aloitti Aboa-tutkimusaseman rakentamisen Kuningatar Maudin maalle sisämaahan noin 130 kilometrin päähän rannikosta. 

Kartalla paikka on Etelämantereen reunalla jotakuinkin Etelä-Afrikan ja Etelä-Amerikan kohtien keskellä.

Aboa-asemaa on paranneltu ja laajennettu useaan otteeseen. Vaikka Etelämantereen kesän – siis meikäläisen talven – aikaan osuvien matkojen miehistöt koostuvat pääasiassa tutkijoista, on mukana aina teknistä henkilökuntaakin, ja toisinaan matkalle on lähdetty enemmän remontti- kuin tutkimusmielellä. 

Tänä vuonna matkassa oli jälleen remppareiskoja: Ilmatieteen laitoksen Etelämanner-ryhmän vakinaisesta henkilökunnasta mukana olivat päällikkönä toiminut Mika Kalakoski ja Petri Heinonen, sekä tavallista omituisemman keikan heittäneitä ammattilaisia Lara Harrison (lääkäri), Esa Vimpari (mekaanikko), Arto Talja (rakentaja), Lauri Hämäläinen (kokki) ja Vesa Marttila (sähkömies).

Ryhmä lähti matkaan viime marraskuun lopussa ja sai työnsä päätökseen viime viikolla. Matka Aboalta takaisin ihmisten ilmoille alkoi viime keskiviikkona 10. helmikuuta, kun Basler BT 67 -suksikone kävi hakemassa ryhmän laskeutuen sen luokse jään päälle. Kone vei suomalaiset 1000 km päässä sijaitsevalle Novo Runway -jääkiitotielle, mistä matka jatkui torstaina useiden Kuningatar Maudin maalla sijaitsevien tutkimusasemien työntekijöiden kanssa Iljushin TD 76 -rahtikoneella Kapkaupunkiin. Sieltä retkikunta kotiutui viime lauantaina 13. helmikuuta.

 

Retkikunnan tapahtumia on seurattu sen raporteissa Ilmatieteen laitoksen Etelämanner-sivuilla.

Eräs matkan "kohokohdista" oli matka jäätikköauto Katlalla kohti rannikkoa Rampille huoltamaan edellisellä kaudella asennettua tutkimussääasemaa. Ramppi on luonnon muodosta lumiluiska, ja sitä pitkin on aikoinaan laivoista purettu lasti pystytty ajamaan merijäältä kotivuori Basenille johtavalle reitille.

Nykyään Rampin alue on hyllyjäältä poikivien jäävuorien vuoksi liian epätasainen eikä sovi konttirekien kuljettamiseen.

Tammikuun kolmannella viikolla tehty ajo rannikolle sujui pääosin hyvin vanhaa tuttua reittiä, ja autoa lapioitiin tai vinssattiin pehmeistä paikoista vain kolme kertaa. Sääasema huollettiin jo samana iltana. Asema oli kestänyt hyvin Etelämantereen ankaran talven ja sen keräämä data saatiin talteen.

Tarkoituksena oli purkaa Rampin lahdelle edellisenä kautena asennettu merijääasema, mutta jäälle oli poikinut suuria jäävuoria, jotka muodostivat vaarallisen jääröykkiöiden ja osittain lumipeitteisten railojen labyrintin. Asema päätettiin jättää purkamatta turvallisuussyistä. Telttayön jälkeen kotimatka sujui joutuisasti omaa jälkeä pitkin takaisin Aboalle.

Tutkimuspuolella jännittävimpiä tapauksia olivat C-met -säähavaintopallojen lähetyksen. Niiden erikoisuus on, että palloja ohjataan Yhdysvalloista Smith Collegesta, missä se on kehitetty. Havaintopallolla voidaan laskeutua jäätikön pinnan tasalle ja jälleen nousta ylös kolmeen kilometriin. Pallosta välittyy satelliittiyhteyden kautta tietoa jatkuvasti operaatiokeskukseen. 

Metodi on kokeellinen ja tällä kertaa onnistuneesta lähetyksestä huolimatta operaatiokeskus joutui tuhoamaan ensimmäisen pallon jo 4,5 tunnin lennon jälkeen satelliittipaikannuslaitteen vian vuoksi. Matkan aikana lähetettiin kolme C-met -palloa.

Eräs matkan päätavoitteista, uuden hallin rakentaminen, saatiin päätökseen viimeisellä viikolla. Halli otettiinkin saman tien käyttöön Nasu-Sisu -telakuorma-autojen huollossa. Enää ajoneuvoja ei tarvitse korjata tuulessa ja pakkasessa ja kattoon asennetulla elefanttitaljalla pystytään nostamaan raskaitakin osia. Tulevaisuudessa kattoon asennetaan pieni nosturi.

Retkikunta potretissa

Finnarp 2015 -retkikunta uuden hallin edessä potretissa. Vasemmalta oikealle: Mika Kalakoski, Esa Vimpari, Vesa Marttila, Arto Talja, Petri Heinonen, Lara Harrison ja Lauri Hämäläinen.

 

Viime töihin kuului myös kymmenen kilometrin päässä asemalta sijaitsevan lumen lämpötilaprofiiliaseman tietojen purkaminen. Samalla kun vuoden mittaan kertyneet tiedostot otettiin talteen, tarkastettiin aseman virtalähde. Laite vietiin paikalleen alun perin kaudella 2009/2010, jolloin aikomuksena oli jättää se sinne mittaamaan yhden Etelämantereen talven ylitse, mutta hyväkuntoinen laite jäi jälleen tekemään havaintojaan yhden vuoden ajaksi.

Vaikka Etelämantereen talven pitkä yö on pimeä, on sen vastapainoksi kesä hyvin valoisa: kuten Lapissa, ei Aurinko laske eteläisen napapiirin sisäpuolella lainkaan, ja lumilakeuksilla heijastelevaa valoa on usein enemmän kuin tarpeeksi. Niinpä viimeisen viikon aikana asennettiin Aboalle uudet pimennysverhot. Tutkijoiden tilojen kattoikkunat saa nyt pimennettyä, eikä jatkuvasta valosta ole enää haittaa unelle. 

Retkikunnan johtaja Mika Kalakoski kertoo viimeisen raporttinsa loppupuolella nykyajan tutkimusmatkaajan eräästä pikkuharmista: viime keskiviikkona aseman sähköpostijärjestelmässä havaittiin ongelma. Selvittelyn jälkeen kävi ilmi että vika oli palvelun tarjoajan serverin UPS-kytkennöissä. Muutaman tunnin dataliikennekatkoksen ajan kuitenkin satelliittipuhelin ja HF-radio olivat käytössä – vielä Aboan alkuaikoina pari vuosikymmentä sitten nämä "perusliikenneyhteydet" olivat luksusta.

Viimeisinä päivinä ennen lähtöä Aboa laitettiin talvikuntoon, kotiinpäin tuota rahti pakattiin ja aseman varastot inventoitiin sekä puutelistat täydennettiin, jotta tulevia kausia varten voitaisiin tehdä hankintoja oikein. Tavaran vieminen Etelämantereelle on kallista ja hankalaa, joten turhaa tavaraa sinne ei kannata rahdata. Samalla tärkeiden varusteiden saaminen asemalle on elintärkeää.

Ennen paluutaan retkikunta koki myös pienen myrskyn, joka kesti kuitenkin vain 12 tuntia. Sen jälkeen suomalaiset kävivät korjaamassa kolmen kilometrin päässä sijaitsevan suksilentokoneen kiitoradan merkinnät. 

Ja nyt edessä retkikuntalaisilla on tavaroiden purkamista ja lomaa – kolmen kuukauden keikka Etelämantereelle on upea, mutta hyvin rasittava kokemus.

*

Artikkelissa on käytetty materiaalina retkikunnan matkaraportteja ja kuvia.

Valoisan ja pimeän vaihtelu luo mielikuvan liikkeestä

Darth Vader oli oikeassa: pimeä puoli on vetovoimaisempi. Ruhrin yliopiston tutkijat ovat selvittäneet, että muutokset valoisan ja pimeän alueen rajoilla saavat aivoissa aikaan aktiivisuusaaltoja, jotka todennäköisesti liittyvät liikkeen havaitsemiseen.

Jos katsoo mustista ja valkoisista alueista rakentuvaa kuvaa, silmien alituinen liike saa aikaan niiden rajoilla nopeita muutoksia. Ne puolestaan synnyttävät näkökeskuksessa aaltoja, joiden jatkokäsittely muilla aivojen alueilla antaa mielikuvan liikkeestä.

Luonnossa on lukemattomia esimerkkejä siitä, miten saaliseläimet välttävät petoja sulautumalla ympäristöön. Usein on oleellista kyetä jäljittelemään tummia ja vaaleita alueita, pimeää ja valoisaa. 

"Näköhavainnon ensimmäinen askel on erottaa toisistaan tummat ja vaaleat alueet. Minkä tahansa näkemiseen liittyvän järjestelmän ongelmana on mielekkään järjestyksen luominen mutkikkaista valon luomista kontrasteista, jotta kohteen voisi tunnistaa. Yksi tehokas mekanismi saattaa olla hahmottaa yhtenäisiä valoisuuden muutoksia, joita väistämättä tapahtuu, kun jokin liikkuu taustaa vasten", toteaa tutkimusta johtanut Dirk Jancke.

Tutkijat osoittivat, että lähekkäisten alueiden valoisuudessa samanaikaisesti tapahtuvat päinvastaiset muutokset – pimeästä valoisaan ja valoisasta pimeään – saavat aikaan näkökeskuksen aktivoitumisen. Seurauksena on havainto liikkeestä.

Tutkimuksessa käytetyssä kokeessa näyttöruudulla oli pieniä harmaita neliöitä, joiden kirkkaus vaihteli tummasta vaaleaan ja takaisin. Samanaikaisesti mitattiin koehenkilöiden aivojen aktiivisuutta. Yllättävänä tuloksena oli, että aivot rekisteröivät neliöiden muuttumisen tummaksi aikaisemmin kuin niiden vaalenemisen. 

"Se osoittaa, että samanaikaisissa valoisuuden muutoksissa tapahtui aivoissa aikasiirtymä", päättelee Sascha Rekauzke

Jo aiemmin tiedettiin, että valoisan ja pimeän käsittelyssä on pieni, joidenkin millisekuntien suuruinen ero. Silmän valoherkkien solujen signaalit valon ja pimeän esiintymisestä etenevät aivoihin hieman eri tahtiin. 

Nyt selvisi, että aivot vahvistavat pienen aikaeron noin kymmeneen millisekuntiin. Siitä on seurauksena valoisuuden – tummien ja vaaleiden alueiden – havaitsemisessa esiintyvä aikasiirtymä, joka saa aikaan epäsymmetrisesti etenevän aktiivisuusaallon. Aivot tulkitsevat sen havainnoksi liikkeestä.

Samankaltaiseen epäsymmetriaan perustuu myös äänen tulosuunnan havaitseminen. Eri suunnista tulevat ääniaallot osuvat korviin hieman eri aikaan ja sillä perusteella aivot "laskevat", mistä suunnasta ääni kuuluu.

Tutkimuksesta kerrottiin Ruhrin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Journal of Neuroscience -tiedelehdessä.

Kuva: Dirk Jancke/RUB

 

Tiede selitti viimein flunssan (ainakin melkein)

Aivastus!
Aivastus!

Influenssa- ja flunssaepidemioiden esiintyminen kylminä vuodenaikoina on arkijärjellä selvä, mutta tieteellisesti moniselitteinen asia. Matalan lämpötilan ohella keskeiseksi tekijäksi on havaittu matala absoluuttinen ilmankosteus. Taustalla on toisaalta infektioalttiuden kasvu, toisaalta mikrobeille suotuisat olosuhteet.

Influenssakausi alkaa Suomessa yleensä vuodenvaihteen tienoilla, ja tavallinen flunssakin on ennen kaikkea kylmän vuodenajan vitsaus. Arkipuheessa näitä hengitystieinfektioita nimitetään ”vilustumiseksi”, ja niiden välttämiskeino lienee jokaiselle lapsuudesta tuttu: lämmintä ylle, jotta et kylmety ja vilustu.

Kylmyyden ja hengitystieinfektioiden yhteys vaikuttaa siis itsestään selvältä kansanviisaudelta, mutta seikan tieteellinen varmistaminen ja selittäminen ovat päässeet vauhtiin vasta 2000-luvulla.

Tutkimusten tulokset käytännön elämän kannalta voi tiivistää näin: ääreisosat, varsinkin pää, kannattaa suojata talvella.

"Ja hengitystiesairaalla ihmisellä, kuten astmaatikolla, hengityssuojain voi pitää hengitysteiden lämpötilan ja kosteuden terveellisemmällä tasolla", sanoo flunssaan toden teolla tutustunut tutkinut dosentti Tiina Ikäheimo Oulun yliopiston ympäristöterveyden ja keuhkosairauksien tutkimuskeskuksesta.

”Maailmalla on tehty monia väestötutkimuksia, joiden mukaan matala lämpötila ja matala absoluuttinen ilmankosteus lisäävät sairastavuutta ja kuolleisuutta hengitystieinfektioihin.”

Edeltävä ei flunssapotilaille (ja äidin neuvoja lapsena kuunnelleille) tule varsinaisena yllätyksenä, mutta Tiina Ikäheimo voi perustella asiaa tieteellisesti ja heittää mukaan lisätietoa. Näyttää siltä, että ilmankosteudella saattaa olla hengitystieinfektioissa jopa lämpötilaa merkittävämpi vaikutus. 

Myös eläinkokeet viittaavat kylmyyden ja kuivumisen vaikutukseen. Syy-seuraussuhde ei silti ole aukoton.

”Hengitystieinfektioiden vuodenaikaisvaihtelu voi johtua myös muista tekijöistä, kuten ihmisten kesää läheisemmästä toisensa lähellä olemisesta sekä yleisesti pakkautumisesta sisätiloihin talvisaikaan. Lämpötila- ja kosteuskysymyksellä on kuitenkin oma roolinsa.”

Nollakeli on vaaran vyöhyke

Ikäheimo kuuluu tutkimusryhmään, joka ensimmäisenä maailmassa selvitti lämpötilan ja ilmankosteuden vaikutusta hengitystieinfektioihin kylmässä, –30°C asti jäähtyvässä ilmastossa. Tutkimusaineisto kerättiin Kainuun prikaatissa vuosina 2004–2005 seuraamalla lähes 900 varusmiehen terveydentilaa.

Tutkimuksesta on valmistunut kaksi julkaisua, joista ensimmäinen käsittelee hengitystieinfektioita yleensä ja jälkimmäinen influenssaa.

Löydökset ovat hyvin samansuuntaisia: sekä influenssa että  virus- kuin bakteeriperäisetkin hengitystieinfektiot lisääntyivät, kun ilman absoluuttinen kosteus laski ja lämpötila painui noin +5 ja –5 asteen välille.

Tarkkoja arvojakin saatiin, esimerkiksi influenssan kohdalla 1°C lämpötilan lasku kolmena sairastumista edeltävänä päivänä lisäsi sairastumisriskiä 11 prosenttia. Veden määrän väheneminen 0,5 grammalla ilmakuutiometrissä puolestaan lisäsi riskiä 58 %.

Tutkimus kuitenkin huomauttaa, että ilmankosteuden ja lämpötilan keskinäisen riippuvuuden vuoksi niiden vaikutuksen tarkka erottelu ei välttämättä ole mielekästä. Tietty suurpiirteisyys koskee myös lämpötilarajoja, toteaa Tiina Ikäheimo.

”Olisi hienoa, jos voisi antaa yhden lämpötilan, jota kylmempää pitäisi varoa. Tämä oli kuitenkin yksittäinen tutkimus, jota ei voi vahvasti yleistää. Monissa tutkimuksissa hengitystieinfektiot lisääntyvät jo korkeammissa lämpötiloissa.”

Monen tekijän summa

Joka tapauksessa ilmankosteuden vaikutus näyttää lämpötilaakin merkittävämmältä.

”Mutta kun lämpötila laskee selvästi nollan alapuolelle, esimerkiksi –10 asteeseen, jolloin myös ilmankosteus on alhainen, hengitystieinfektioiden riski alkaa vähetä”, Ikäheimo kertoo.

Muista tutkimuksista tiedetään, että taudinaiheuttajamikrobeilla on ihanneolosuhteensa, joissa ne menestyvät parhaiten. Toisaalta kylmyys ja ilmankosteuden aleneminen ilmeisesti lisäävät infektioalttiutta hengitysteiden jäähtymisen ja kuivumisen kautta. Tarkempia mekanismeja ei täysin tunneta.

”Aiemmat tutkimukset viittaavat siihen, että jäähtyminen ja kuivuminen vaikuttavat hengitysteiden värekarvojen liikkeeseen ja jopa vaurioittavat limakalvon pintaa, mikä voi herkistää infektioille”, Ikäheimo sanoo, mutta varoittaa liian suorista johtopäätöksistä.

”Ryhmäytymisellä on oma merkityksensä. Lisäksi on mahdollista, että ihmisen immuunipuolustusjärjestelmässä tapahtuu vuodenaikaisia muutoksia ja infektioita saadaan herkemmin talvisaikaan. Jopa se vaikuttaa, että hengitystieinfektiot leviävät usein pisaratartuntana ja kylmässä pisarat ovat pienikokoisempia ja pysyvät kauemmin ilmassa.”

Kylmässä hengitysteiden lämpötila voi laskea useamman asteen, varsinkin hengästyessä. Mutta asia voi olla myös kokonaisvaltaisempi.

”Tutkimusten perusteella on arveltu, että koko kehon viilentyminen lisää verisuonten supistumista myös hengitysteissä ja sitä kautta infektioalttiutta”, Ikäheimo sanoo.

 ”Lisäksi siihen, miten ihminen jäähtyy, vaikuttavat monet yksilölliset tekijät, kuten sukupuoli, fyysinen kunto, krooniset sairaudet, ravitsemustila, nesteytys ja liikunnan laji. Ja mitä enemmän jäähdyt, sitä merkittävämpiä ovat vaikutukset.”

Vanhat keinot kunniassaan

Aihe on siis todella monitahoinen, ja tutkimus etenee osa-alue kerrallaan. Tuoreimpana työnään Oulun yliopiston ympäristöterveyden ja keuhkosairauksien tutkimuskeskus on paneutunut  flunssaa aiheuttaviin rhinoviruksiin. Tässäkin viesti on sama, eli kylmyys ja matala ilmankosteus ovat pahasta.

Toistaiseksi käytettävissä ovat vain tutut pöpöntorjuntakeinot – influenssarokotus, pärskijöiden kaihtaminen, käsienpesu, kylmettymisen välttäminen. 

*

Artikkeli on suurelta osin kopioitu suoraan Oulun yliopiston viime joulukuussa julkaistusta tiedotteesta, jonka on kirjoittanut Jarno Mällinen.
Otsikkokuva: Allan Foster / Flickr

Gravitaatioaallot: Hawkingilla oli oma lehmä ojassa - melkein

Stephen Hawking luennoimassa
Stephen Hawking luennoimassa

Eilinen julkistettu uutinen gravitaatioaaltojen havaitsemisesta sai sekä median että tiedemaailman sekaisin. Eikä syyttä, sillä löytö oli hieno huipennus yli sata vuotta kestäneelle etsinnälle. Tai ei etsintä niin kauan ole kestänyt, mutta Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennusti aaltojen olemassaolon vuonna 1915.

Alan pioneeri Joseph Weber ilmoitti havainneensa gravitaatioaaltoja jo vuonna 1969. Hänen rakentamassaan ilmaisimessa oli kaksi tyhjiöön ripustettua alumiinitankoa. Ajatuksena oli, että ilmaisimen ohittava gravitaatioaalto venyttää ja kutistaa tankoja siten, että ne alkavat värähdellä tietyllä taajuudella. Ja mielestään Weber oli mitannut juuri oikeanlaista värähtelyä.

Signaali oli niin voimakas, että se olisi voinut syntyä ainoastaan hyvin massiivisen tähden luhistuessa mustaksi aukoksi tai kahden mustan aukon sulautuessa yhteen – juuri sellaisesta ilmiöstä olivat peräisin LIGO-observatorioiden havaitsemat aallot.

Seuraavana vuonna Stephen Hawking, mustien aukkojen asiantuntija, kävi tutustumassa Weberin laitteistoon, josta ei teoreetikkona ymmärtänyt juuri mitään. Havainnot eivät olleet jääneet yhteen yksittäiseen signaaliin, vaan Weber kertoi "näkevänsä" pari gravitaatioaaltopurkausta päivässä. Väite oli huima.

Hawking kiinnostui asiasta ja laati oppilaansa Gary Gibbonsin kanssa tieteellisen artikkelin, jossa ne tarkastelivat gravitaatioaaltojen havaitsemiseen liittyvää teoreettista puolta, mutta ehdottivat myös rakenteeltaan herkempää ilmaisinta. 

Kukaan ei kuitenkaan osoittanut mielenkiintoa moisen instrumentin rakentamiseen, joten Hawking ja Gibbons ottivat omien sanojensa mukaan "teoreetikoille uhkarohkean askeleen" ja anoivat Science Research Councililta apurahaa kahden ilmaisimen rakentamisteen.

Hanke oli jo niin pitkällä, että kaksikko etsi laitteiston rakentamiseen tarvittavia komponentteja ja pohti ilmaisimille sopivia sijoituspaikkoja. He eivät kuitenkaan olleet ainoat asiasta kiinnostuneet. Science Research Council oli saanut anomuksia muiltakin tutkimusryhmiltä ja päätti välttää päällekkäisyydet kutsumalla kaikki koolle keskustelemaan hankkeistaan.

Siinä vaiheessa Hawking ja Gibbons vetivät hakemuksensa takaisin. Kuten Hawking toteaa omaelämäkerrassaan: "Se liippasi likeltä!"

Hänen sairautensa paheni kaiken aikaa, joten kokeellisen tutkimuksen tekeminen olisi pian käynyt hyvin hankalaksi ja ennen pitkää mahdottomaksi. "Olen hyvin tyytyväinen, että pysyttelin teoreetikkona", Hawking päättää tästä vähemmän tunnetusta episodista kertovan kirjansa luvun.

Eilen Stephen Hawking onnitteli tuoreeltaan LIGO-observatorion väkeä heidän tekemästään havainnosta. Hän toteaa lähettämässään viestissä, että "on jännittävää nähdä, kuinka yli 40 vuotta sitten tekemäni ennusteet esimerkiksi mustan aukon pinta-alasta ja  hiuksettomuusteoreemasta tulevat todennetuiksi elinaikanani". 

Kuva: Alexandar Vujadinovic

”Hyvät naiset ja herrat! Olemme havainneet gravitaatioaaltoja.”

David Reitze
David Reitze
Piirroskuva gravitaatioaaltoja lähettäneistä mustista aukoista

Näin aloitti LIGO-laboratorion johtaja David Reitze tämänpäiväisen tiedotustilaisuuden. Jännitystä ei siis pidetty yllä yhtään pidempään kuin oli tarvis: vuosikymmenten metsästys oli vihdoin tuottanut suuren saaliin.

Gravitaatioaallot ovat aika-avaruuden värähtelyjä, jotka Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennusti vuonna 1915, siis jo yli sata vuotta sitten. Äärimmäisen heikkoa ilmiötä on jahdattu kymmenien vuosien ajan, mutta havaintolaitteiden herkkyys ei ole riittänyt – tai sitten aaltoja ei ole olemassa.

Nyt on lopullisesti varmistunut, että gravitaatioaallot ovat todellisuutta. Kahden mustan aukon sulautuminen yhteen sai aikaan gravitaatioaaltojen pulssin, joka onnistuttiin havaitsemaan LIGO-laboratorion (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) mittalaitteilla Louisianan osavaltiossa sijaitsevassa Livingstonin observatoriossa ja Washingtonin osavaltiossa sijaitsevassa Hanfordin observatoriossa.

14. syyskuuta 2015 kello 11.51 Suomen aikaa havaittu pulssi kertoi, että 1,3 miljardin valovuoden etäisyydellä kaksi mustaa aukkoa, joiden massat olivat 29 ja 36 Auringon massaa, törmäsivät toisiinsa lähes puolella valon nopeudella. Kosmisessa kolarissa muuttui noin kolmen Auringon massan verran energiaa sekunnin murto-osassa gravitaatioaalloiksi. 

 

Piirroskuva gravitaatioaaltoja lähettäneistä mustista aukoista

 

Observatorioiden (tarkoituksella) suuri keskinäinen etäisyys mahdollisti gravitaatioaaltojen lähteen suunnan karkean määrittämisen. Livingstonissa havainto tehtiin seitsemän millisekuntia Hanfordia aikaisemmin, millä perusteella kohteen sijainti määritettiin eteläiselle tähtitaivaalle. 

Samalla varmistettiin, että kaksi toisiaan kiertävää mustaa aukkoa voi todella sulautua yhdeksi isommaksi mustaksi aukoksi. Sekin on ennustettu ilmiö, mutta aiemmin sellaista ei ole havaittu. 

Gravitaatioaalloista on saatu jo aikaisemminkin epäsuoria viitteitä. Joseph Taylor ja Russell Hulse löysivät vuonna 1974 kaksoisneutronitähden, jonka komponenttien todettiin muutamaa vuotta myöhemmin lähestyvän kaiken aikaa toisiaan. Systeemi menetti energiaa juuri siihen tahtiin kuin oli oletettavissa, jos se säteilee gravitaatioaaltoja. 

Hulse ja Taylor saivat Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1993 eli harvinaisen pian löydön tekemisen jälkeen. Nyt kun LIGO-laboratoriossa onnistuttiin havaitsemaan gravitaatioaaltoja, aika-avaruuden pieniä värähtelyitä suoraan, voidaan melko turvallisesti ennustaa, että Nobel-palkinto on luvassa vielä pikaisemmalla aikataululla.

Mielenkiintoista tulee olemaan, miten palkinto jaetaan. LIGO-tutkimuksessa on mukana yli tuhat tutkijaa kaikkiaan 14 maasta ja liki sadasta yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta. 

Joka tapauksessa, kuten LIGO-tutkimusyhteisön edustaja Gabriela González totesi: "Löytö on uuden aikakauden alku: gravitaatioaaltoastronomia on nyt todellisuutta."

Kuvat: NSF