Tylos, eli WASP-121b, on noin 900 valovuoden päässä meistä Peräkeulan tähdistössä sijaitseva eksoplaneetta. 

Se on vähän kuin iso ja kuuma Jupiter, kaasujättiläinen, joka kiertää tähteään niin lähellä, että vuosi siellä kestää vain noin 30 Maan tuntia. Koska planeetta on vuorovesilukittunut tähtensä kanssa, on sen toisella puolella koko ajan kuumaa ja toisella kylmää.

Tutkijaryhmä on onnistunut selvittämään nyt Tyloksen kaasukehän rakenteen kolmiulotteisesti. Kiinnostavinta ovat erityisesti tuulet kaasukehän eri kerroksissa. 

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun eksoplaneetan kaasukehästä on saatu näin yksityiskohtaista tietoa. Aiheesta julkaistiin tänään artikkeli Nature-lehdessä.

"Se, mitä löysimme, oli yllättävää: suihkuvirtaus pyörittää kaasua planeetan päiväntasaajan ympäri, kun taas erillinen virtaus kaasukehän alemmissa kerroksissa siirtää kaasua kuumalta puolelta viileämmälle puolelle", kertoo Julia Victoria Seidel, artikkelin pääkirjoittaja ja tähtitieteilijä Euroopan eteläisessä observatoriossa (ESO) sekä Nizzan observatorion Lagrange-laboratoriossa.

Suihkuvirtaus kattaa puolet planeetasta ja kiihdyttää itsensä huimaan vauhtiin planeetan kuumalla päiväpuolella. 

"Voimakkaimmatkin hurrikaanit Aurinkokunnassamme ovat rauhallisia verrattuna tähän", Seidel toteaa ESO:n tiedotteessa.

Tutkijaryhmä käytti ESO:n VLT-observatorion kaikkia neljää teleskooppia, joiden valo yhdistettiin ESPRESSO-instrumentilla siten, että teleskoopit toimivat kuin yksi, todella suuri havaintolaite. Paitsi että neljän teleskoopin valoa keräävä peilipinta-ala on suuri, niiden välinen etäisyys saa aikaan sen, että kuva on yhtä tarkka kuin olisi koko observatorion kokoisella teleskoopilla.

Samaa tekniikkaa voidaan myöhemmin käyttää myös muiden eksoplaneettojen kaasukehien tutkimiseen.

"VLT:n avulla saatoimme tutkia eksoplaneetan kaasukehää kolmessa eri kerroksessa", sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Leonardo A. dos Santos, joka toimii Space Telescope Science Institutessa Baltimoreissa, Yhdysvalloissa. 

Tiimi seurasi raudan, natriumin ja vetykaasun liikkeitä kaasukehässä, ja näiden avulla saatiin selvitettyä tuulet syvällä, keskikerroksissa ja pinnnalla. 

Havainnot paljastivat myös titaanin olemassaolon juuri suihkuvirran alapuolella, kuten toisessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Astronomy and Astrophysics -lehdessä. Tämä oli myös yllätys, koska  aiemmat havainnot olivat osoittaneet titaanin puuttuvan kaasukehästä kokonaan – sitä ei ole, tai mahdollisestise on piilossa syvällä kaasukehässä.

"Nämä ovat juuri sellaisia havaintoja, joita on hyvin vaikeaa tehdä edelleen avaruusteleskoopeilla. Maanpääliset, suuret havaintolaitteet ovat edelleen hyvin tärkeitä."

VLT:tä suurempi ja parempi Extremely Large Telescope (ELT) on tällä hetkellä rakenteilla Chilen Atacaman autiomaassa. Tutkijat ovat jo etukäteen innoissaan ANDES-havaintolaitteesta, jonka avulla voidaan tehdä tällaisia havaintoja paljon nykyistä paremmin. 

Lumihiutaleet ovat todella kiehtovia, koska ne kaikki ovat ainutlaatuisia. Niisstä yhdistyvät fysiikka ja kemia luonnonkauneuden kanssa.

Ne syntyvät, kun ilma on tarpeeksi kylmää, yleensä alle -5°C, ja ilmassa oleva vesihöyry pääsee jäätymään pienen pölyhiukkasen tai tai muun mikroskooppisen, ilmassa olevan hitusen ympärille. 

Kun vesihöyry alkaa kiteytyä sen pinnalle, lumihiutale kasvaa samalla pudoten alaspäin. Riippuen siitä, miten kasvava hiutale kulkee eri lämpötila- ja kosteusvyöhykkeiden läpi, hiutale kasvaa hieman eri tavalla.

Yleistäen lähellä nollaa olevissa lämpötiloissa syntyy yksinkertaisia neulamaisia muotoja. Hieman kylmemmässä, välillä jotakuinkin -5 °C – -10 °C, syntyy enemmän haarautuvia, tähtimäisiä lumikiteitä. Sitä kylmemmässä tulee enemmän levymäisiä ja lopulta alle -15 °C:n pakkasessa syntyvät kauneimmat, monimutkaiset ja haarautuneet lumihiutaleet.

Ainakin tänään Helsingissä satavat hiutaleet ovat sterotyyppisen tähtimäisiä. Todella kauniita. 

Lumihiutaleiden muoto johtuu siitä, että jäätyvät vesimolekyylit asettuvat kuusikulmaiseen eli heksagonaaliseen hilarakenteeseen. Tämä veden sisältämän vedyn sidoksista kumpuava kuusikulmaisuus näkyy lumihiutaleen rakenteessa, niin yksinkertaisissa jäälaatoissa kuin isosakaraisissa hiutaleissa. Kolmio- ja prismamaiset muodot ovat yksinkertaistuksia kuusikulmaisuudesta.

Koska lumihiutaleet ovat jäätä, ja valo kulkee helposti jään läpi samaan tapaan kuin lasikappaleen läpi, saa lumihiutaleiden muoto aikaan valon hajoamista, heijastumista ja sirontaa. Tämä valosekamelska saa aikaan sen, että lumi näyttää valkoiselta. 

Jokainen lumihiutale on ainutlaatuinen, koska jokainen syntyy hieman eri tavalla. Lämpötila, kosteus, paine ja putoamisreitti vaikuttavat siihen, miten vesihöyry kiteytyy jääksi. 

Lumihiutaleet ovat yleensä koontaan muutamia millimetrejä, 1–5 mm, mutta hyvissä olosuhteissa voi syntyä myös parin sentin kokoisia "jalkarättejä". 

Guinnessin ennätysten kirjan perusteella suurin tietoon tullut lumihiutale oli 38 cm leveä. Se  havaittiin vuonna 1887 Fort Keoghissa, Montanassa, Yhdysvalloissa, mutta koska tätä ei ole dokumentoitu tarkasti, voi tämä jättilumihiutale olla myös tarua. 

Lumihiutaleita on ihailtu ja ihmetelty kautta aikain, mutta (tiettävästi) ensimmäisen tieteellisen katsauksen niihin teki Wilson Bentley (1865–1931). Hän kuvasi tuhansia lumihiutaleita mikroskoopilla.

Japanilainen Ukichiro Nakaya luokitteli lumihiutaleita niiden muodon perusteella ja teki ensimmäisen lumihiutaleiden muotodiagrammin, jonka avulla voidaan selittää hiutaleiden muodostumista ilmakehän eri olosuhteissa.

Otsikkokuvassa on amerikkalaisen Israel Perkins Warrenin (1814–1892) piirroksia lumihiutaleista.

Suomessa lumihiutaletutkimusta ovat tehneet mm. Annakaisa von Lerber ja Jani Tyynelä. 

Nykyisin lumihiutaleiden muodostuminen voidaan mallintaa kvanttifysiikan avulla; lumihiutaleet auttavat puolestaan ymmärtämään kiteiden kasvua ja itseorganisoitumista.

Neutriinot ovat omituisia avaruuden vipeltäjiä. Ne vuorovaikuttavat erittäin huonosti tavallisen aineen kanssa, minkä vuoksi niitä on erittäin vaikeaa havaita.

Niitä kutsutaankin haamuhiukkasiksi, vaikka niitä on valtavasti: Noin 65 miljardia neutriinoa kulkee joka sekunti jokaisen neliösenttimetrin läpi Maan pinnalla, myös sinun lävitsesi.

Neutriinon massa on miljoona kertaa pienempi kuin elektronin, ja niitä syntyy koko ajan ällistyttävän paljon Auringossa, muissa tähdissä, supernovaräjähdyksissä ja erilaisissa avaruuden suurienergisissä tapahtumissa. Myös kaikista tapahtumista järein, big bang, synnytti neutriinoita, jota haahuilevat edelleen maailmankaikkeudessa.

Kosmiset säteet tuottavat myös neutrinoita ilmakehän molekyyleihin osuessaan.

Koska neutrinoita on hankalaa havaita, ovat neutriino-observatoriot varsin omalaatuisia. 

Nyt ennätyksellisen neutriinon havainnut laitteisto on nimeltään KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) eli "kuutiokilometrin kokoinen neutriinoteleskooppi". Siinä on yli 5600 herkkää valoilmaisinta, jotka on sijoitettu 2500 – 3500 metrin syvyyteen Välimereen kahteen paikkaan lähellä Toulonia Ranskassa ja Sisiliaa Italiassa.

KM3NeT koostuu tällaisista palloista, joiden sisällä on otsikkokuvassa olevia pienempiä palloja, joiden sisällä valoilmaisimet ovat. KM3NeT on italialais-ranskalais-alankomaalainen yhteishanke. Kuva: KM3NeT-kollaboraatio. Otsikkokuva: Jari Mäkinen.

Pallot ovat meressä kaapeleissa, jotka kulkevat ankkurista kellukkeeseen. Piirros: KM3NeT-kollaboraatio.

Teleskooppi toimii siten, että se havaitsee valoilmaisimillaan ns. Tšerenkovin valoa. Kun neutriino törmää vesimolekyyliin, se synnyttää hiukkasia, jotka liikkuvat nopeammin kuin valo vedessä. Tämä aiheuttaa sinisen valon väläytyksen, jota kutsutaan Tšerenkovin valoksi.

Kyllä, luit oikein: hiukkaset liikkuvat valoa nopeammin. Vaikka mikään ei voi liikkua tyhjiössä valoa nopeammin, ei tilanne ole sama vedessä, missä vesi saa aikaan sen, että valon nopeus on 1,33 kertaa hitaampi kuin tyhjiössä. Väliaine, eli vesi, ei vaikuta kuitenkaan hiukkasten nopeuteen.

Valoilmaisimet havaitsevat näitä heikkoja ja harvoja sinisen valon välähdyksiä, ja kun ilmaisimia on paljon laajalla alueella, voidaan niiden avulla nähdä hiukkasen rata kolmiulotteisesti. Merten syvyyksissä on säkkipimeää, joten valontuikahdukset näkyvät hyvin.

Kun havaintoja analysoidaan tietokoneella, voidaan päätellä neutriinon alkuperä ja energia.

Piirros neutriinon radasta ja siitä, miten sen reitti voidaan saada selville. Koska neutriinot kulkevat myös maapallon läpi kuin tyhjää vain, niitä tulee teleskooppiin joka puolelta, myös alapuolelta. Piirros: KM3NeT-kollaboraatio.

30 kertaa aiempaa äreämpi neutriino

Eilen 12. helmikuuta 2025 julkaistiin Naturessa artikkeli, jossa KM3NeT-kollaboraatio kertoo havainneensa suurienergisimmän koskaan havaitun neutriinon.

Neutriinon energia on noin 220 petaelektronivolttia (PeV), eli kolmekymmentä kertaa suurempi kuin aiemmin havaitut. Kysymys kuuluukin: missä ja millaisessa prosessissa ultrakorkeaenerginen neutriino voi syntyä? 

Mustien aukkojen törmäys? Haamu maailmankaikkeuden synnystä?

Yhden havainnon perusteella on vaikea tehdä vielä johtopäätöksiä, mutta nyt tutkijat osaavat kiinnittää paremmin huomiota aivan uuden energiatason neutriinoihin ja toivoa, että niitä saadaan haaviin lisää. 

Tässä auttaa myös se, että KM3NeT ei ole vielä täysin valmis. Siihen lisätään enemmän valoilmaisimia, ja se on lopullisessa muodossaan vasta vuonna 2030.

*

Uutisen lähteenä on Ranskan kansallisen tutkimuskeskuksen CNRS:n tiedote. 

Vaikka ilmiö on yksi Albert Einsteinin kehittämän yleisen suhteellisuusteorian ennusteista, reilumpaa olisi nimittää sitä Einsteinin-Chwolsonin renkaaksi. Vuonna 1924 venäläis/neuvostofyysikko Orest Chwolson julkaisi Astronomische Nachrichten -tiedelehdessä artikkelin, jossa tarkasteli gravitaation aiheuttamaa ”haloilmiötä”.

Suhteellisuusteorian ensimmäinen vankka todiste oli valon taipuminen Auringon gravitaation vaikutuksesta. Vuonna 1919 Arthur Eddingtonin johdolla kuvattiin täydellistä auringonpimennystä, jolloin Kuun peittämän Auringon lähellä erottuneiden tähtien paikat näyttivät hieman muuttuneen teorian ennustamalla tavalla.

Hubblen kuvassa valoa taivuttaa Auringon sijasta renkaan keskellä oleva galaksi. Sitä ympäröi paljon kaukaisemman, yli 11 miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitsevan galaksin vääristynyt kuvajainen. Kun galaksin valo aloitti ammoin pitkän taivalluksensa, maailmankaikkeudella oli ikää vain noin 2,5 miljardia vuotta. 

Tällaisten gravitaatiolinssien avulla pystytään tarkastelemaan hyvin kaukaisia tähtijärjestelmiä, joita ei muuten saataisi suurillakaan kaukoputkilla erottumaan kuin pieninä utuläikkinä. 

Ultralyhyen aallonpituuden laserit ovat kriittisiä komponentteja muun muassa monissa tietoliikenteen ja teollisen tuotannon prosesseissa.

Niiden kehittäminen on johtanut fysiikan Nobelin palkintoihin, mutta siitä huolimatta niiden synty on silti yhä edelleen arvoitus: miten ihmeessä laser kykenee tuottamaan niin kirkkaan valonvälähdyksen?

Asiaa on tutkittu jo 1960-luvulta alkaen. Silti vasta nyt on ollut tullut mahdolliseksi todistaa laserpulssin syntyhetki ja nähdä kuinka se muodostuu kohinasta.

Tulevaisuuden tiedonvälityksessä käytetään paljon nykyisiä tekniikoita enemmän orgaanisia materiaaleja, koska ne reagoivat poikkeuksellisen voimakkaasti valoon. 

Lisäksi orgaanisten aineiden etuja ovat edullisuus, helppo mekaaninen työstettävyys sekä ominaisuuksien räätälöitävyys aina molekyylitasolta lähtien.

Tampereen teknillisessä yliopistossa ensi perjantaina väittelevä Matti Virkki on paneutunut erityisesti supramolekulaarisiin materiaaleihin.

"Supramolekulaarisissa materiaaleissa molekyylit vuorovaikuttavat keskenään halutulla tavalla", kertoo Virkki. "Valjastin nämä vuorovaikutukset palvelemaan aineen uudelleenjärjestäytymistä, kun siihen kohdistetaan valoa." 

Aineen molekyylitason järjestys määrää suurelta osin miten valon ominaisuudet muuttuvat sen edetessä kyseisessä aineessa. Valolla aikaansaatu uudelleenjärjestäytyminen saa valon käyttäytymään aineessa eri tavalla. Lopputulos on siten valolla ohjattu materiaali valon hallintaan.

"Supramolekulaaristen vuorovaikutusten ymmärtäminen auttaa kehittämään materiaaleja, jotka muokkaavat valon ominaisuuksia entistä voimakkaammin ja nopeammin. Ennen kaikkea lähestymistavan etuna on kemiallisen synteesin yksinkertaistuminen: Aiempaa pienemmät rakenneosat muodostavat itsestään halutun rakenteen, kun ne sekoitetaan keskenään."

Tarkemmin sanottuna Virkin työmaana on epälineaarinen optiikka. Esimerkkejä tämän sovelluksista ovat valon värin muuttaminen uusien lasereiden valmistuksessa sekä valon modulointi eli muokkaaminen suurella taajuudella tiedonvälitystä varten.

Virkin fysiikan alaan kuuluvaan väitöskirjaan Supramolecular Materials for Photocontrolled Optical Nonlinearity (Supramolekulaarisia materiaaleja valolla ohjattuun epälineaariseen optiikkaan) voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3825-4

Juttu perustuu Tampereen teknillisen yliopiston lähettämään tiedotteeseen.

Jo pitkään on tiedetty, että valo on sekä hiukkasia että aaltoliikettä. Myös valolla on impulssimomentti eli pyörimismäärä, joka on kvanttimaailman keskeisen luvun eli Planckin vakion kokonaislukumonikerta. Tai niin luultiin. 

Dublinilaisen Trinity Collegen tutkijat ovat todenneet, että valon impulssimomentti voi olla kuitenkin myös puolet tästä lukuarvosta. Kun impulssimomentti kertoo, miten valonsäde kiertyy oman akselinsa ympäri, uusi havainto kertoo valolla olevan ominaisuuksia, joista ei aiemmin tiedetty.

Mullistavaksi luonnehdittava havainto tehtiin, kun valo muutettiin kiteiden avulla kiemurtavaksi, korkkiruuvimaiseksi säteeksi. Tarkoitus oli kehittää optista tietoliikennettä entistä paremmaksi, mutta kun säteen ominaisuuksia tutkittiin tarkemmin, sen impulssimomentti osoittautui kummalliseksi: Planckin vakion kerroin ei ollutkaan kokonaisluku, vaan puolikas.

Vaikka havainto oli yllättävä, teoreettisesti se oli odotettavissa. 1980-luvulta lähtien teoreettisessa fysiikassa on tullut esiin mahdollisia tilanteita, joissa hiukkasten kvanttiluvut voivat olla jotain muuta kuin yleensä oletetaan, esimerkiksi kokonaislukujen sijasta puolikkaita. Nyt sille saatiin vahvistus hiukkasilta, jotka kuviteltiin tunnettavan erittäin hyvin: fotoneilta.

Tutkimustulos ei ole merkittävä pelkästään perusfysiikan ja kvanttimekaniikan kannalta, vaan sillä saattaa olla tärkeitä käytännön sovelluksia. Uusi valon ominaisuus voi auttaa kehittämään nopeampia ja turvallisempia valokuituyhteyksiä.

Toistaiseksi tutkijat kuitenkin keskittyvät kokeen toistamiseen ja havainnon varmistamiseen. Vasta sen jälkeen – jos kaikki pitää kutinsa – päästään käytännön ongelmien kimppuun.

Tutkimuksesta kerrottiin Science Alert -sivustolla ja se on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä.

Illinois’n yliopistossa on otettu iso askel kohti käyttökelpoista biologista robottia eli biobottia. Sen liikkuminen perustuu geneettisesti manipuloituihin lihassoluihin ja sitä ohjataan valolla.

"Valo on lempeä tapa ohjata näitä koneita", tutkimusta johtanut Rashid Bashir toteaa. "Se mahdollistaa joustavuuden sekä suunnittelussa että liikkumisessa. Pohjimmiltaan yritämme kehittää biologisten järjestelmien perusrakennetta ja mielestämme valo-ohjaus on merkittävä askel siihen suuntaan."

Bashirin ryhmä on aiemmin onnistunut kehittämään biobotteja, joita ohjataan sähkökentän avulla, mutta sähköllä on bioympäristössä erilaisia haittavaikutuksia. Sillä ei myöskään pystytä stimuloimaan tiettyä aluetta lihaskudoksessa, mitä biobotin ohjaaminen edellyttää. 

Tutkijoiden kasvattaman lihaskudoksen solut ovat peräisin hiiristä. Niihin on lisätty geeni, joka saa lihaksen supistumaan, kun siihen kohdistuu tietyn aallonpituista sinistä valoa. Tällaista tekniikkaa kutsutaan optogenetiikaksi.

Lihaskudoksen muodostamat renkaat kiinnitetään 3D-tulostettuun joustavaan "selkärankaan", jolla voi olla pituutta seitsemästä millimetristä kahteen senttimetriin.