geodesia

Etelämantereen vetovoimaa tutkimassa

Ma, 01/19/2015 - 11:50 Jyri Näränen
Jyri Näränen Etelämantereen lenkokoneen vieressäe

Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen (joka vuoden vaiheeseen saakka tunnettiin Geodeettisena laitoksena) Jyri Näränen kertoo matkastaan Etelämantereelle norjalaiselle Troll-asemalle. Hän on vieraillut aiemmin Suomen Aboa-asemalla painovoimamittauksia tekemässä; tänä vuonna muutama muukin Suomen Etelämannertutkimusohjelma FINNARP:in tukema tutkija kävi muualla kuin Aboalla. Pääosa suomalaisista tutkijoista Etelämantereella toimi tänäkin vuonna Aboalla ja heidän tekemisiinsä palaamme myöhemmin.


 

Tämänkertainen matkani Etelämantereelle ajoittui välille 10.12.2014-8.1.2015. Tänä aikana mittasin absoluuttista painovoimaa norjaisella tutkimusasema Trollilla, sekä suoritin useita geodeettisia mittauksia, kuten relatiivigravimetriaa ja vaaitusta määrittääkseni mittapisteen stabiilisuutta. 

Suoritimme alueella viimeksi mittauksia vuodenvaihteessa 2011-2012, minkä jälkeen mittapiste ei ole liikkunut lainkaan. Paikka on siis osoittautunut erinomaisen stabiiliksi ja siis hyväksi paikaksi suorittaa maannousututkimusta. Myös absoluuttigravimetriset mittaustulokset tukevat alustavan analyysin perusteella olettamusta, että pääasiallinen syy maan nousemiseen alueella on viime jääkausi. (Toim huom. Samaan tapaan kuin Pohjolassa, jääkerros on painanaut maata alaspäin, ja nyt se jatkaa edelleen nousuaan. Koska mekanismi on samankaltainen pohjoisessa ja etelässä, on mittausten tekeminen Etelämantereella hyvin kiinnostavaa, koska se auttaa tuntemaan myös Suomen maannousun mekaniikkaa.)

Tulokset vaativat vielä vähän enemmän analyysia ja varsinkin laitteiston kontrollimittauksia ja jälkikalibrointia Suomessa, ennenkuin haluan sanoa mitään varmaa tuloksista. Mittalaitteemme tulevat erikseen lentorahtina Suomeen näinä päivinä.

Normaalisti teemme gravimetrisia mittauksia Etelämantereen kesätutkimuskauden aikana useammalla asemalla. Esimerkiksi Etelän kesän aikaan osuvalla tutkimuskaudella vuodenvaihteessa 2011-12 mittasimme neljällä asemalla. 

Tällä kertaa kuljin Etelämantereelle norjalaisten logistiikan kautta ja tein normaalia lyhyemmän tutkimuskauden aikana mittaukset vain Trollilla. Työ siis tapahtui kuitenkin Suomen Etelämannertutkimusohjelman, FINNARP:in, tukemana. FINNARP:illa oli tällä kaudella muitakin suomalaisia Etelämantereella, jotka eivät käyneetkään Suomen omalla asemalla Aboalla. 

Norjalaisten suuri tutkimusasema Troll

Norjan polaaritutkimuskeskuksen Troll täyttää tänä vuonna 10 vuotta ympärivuotisena asemana. Sinne voidaan kesäkaudella majoittaa yli 60 henkilöä, mutta talvella siellä majailee yleensä kuusi norjalaista. 

TrollHeidän tehtävänään on valvoa automaattisten mittausjärjestelmien toimintaa ja myöskin huoltaa satelliittien datan linkitykseen käytettävien radioantennien toimintaa. Trollilla on puolisen tusinaa isoa lautasantennia, joiden avulla välitetään mm. ESA:n polaariradalla olevien satelliittien keräämiä tietoja. Vastaavanlainen linkitysasema pohjoiselle napa-alueelle sijaitsee Huippuvuorilla.

Troll-asema koostuu päärakennuksesta, sekä useista asuinmoduuleista, generaattorirakennuksesta ja kahdesta isosta autotallista/huoltovajasta. Lisäksi paljon tavaraa säilytetään myös varastoiksi muunnetuissa merikonteissa. 

Asema sijaitsee hieman sisämaassa verrattuna moneen muuhun Kuningatar Maudin Maan asemaan verrattuna ja siitä syystä siellä vallitsee hieman parempi ilmasto, varsinkin näin keskikesällä. Asema sijaitsee 1300 metrin korkeudessa, mistä johtuen alueella on hieman kylmempi kuin rannikolla, mutta siellä tuulee hieman vähemmän ja on vähemmän pilvistä. Kesäaikaan lämpötila on yleensä -5 – -20°C, talvella paljon vähemmän.

Norjan kuningas lentää Etelämantereelle juhlistamaan Trollin 10 -vuotisjuhlaa vielä tässä kuussa.

Troll-asema

Löylyä norskeille!

Minun kauteni asemalla meni vallan mainiosti. Sen aikana vietin sekä joulun, että uuden vuoden norjalaisten kanssa. Kaiken kaikkiaan sopeuduin hyvin pohjoismaalaiseen joukkoon, tosin hieman erilaiset jouluperinteet toivat eksotiikkaa arkeen. 

Uutta vuotta päästiin juhlistamaan saunomalla. Silloin pääsin opettamaan norjalaisille mitä suomalainen "löyly” oikein tarkoittaa.

Asemalta löytyy tosin myös palju, joka kiinnosti norjalaisia paljon enemmän. Mikäs siinä on istua lämpimässä vedessä, nauttia vähän kuplivaa ja katsella alas jäätikölle! 

Töiden lomassa pääsin myös tutustumaan norjalaiseen konseptiin "ti på toppen”, ja suoritinkin ensimmäisenä suomalaisena tämän "Ti på toppen på Troll":in. Se tarkoittaa kymmenelle aseman ympäristössä olevalle parhaimmalle huipulle kiipeämistä. Korkein huippu oli noin 2,2 km korkeudessa, mutta kannattaa muistaa, että jäätikkö – siis lähtökorkeus – oli jo noin 1,1 km. Kipuamista oli siis “vain” hieman yli kilometrin verran.

Monille huipuista ei saa turvallisuussyistä lähteä kapuamaan yksin, vaan mukana pitää olla aina vähintään yksi toinen henkilö. Mutta norjalaisia ei tarvinnut paljoa houkutella kävelyille, ei edes raskaiden työpäivien jälkeen, sillä maisemat ovat niin upeita ja tarjoavat vaihelua arkeen joka menee usein sisätiloissa.

Aseman henkilökunnan työpäivät ovat todellakin pitkiä, sillä normaali päivä on 12 tunnin mittainen aamukahdeksasta iltakahdeksaan. Näin tehdään 13 päivää putkeen, jonka jälkeen yksi vapaapäivä. Lomaa vietetäänkin sitten keikan jälkeen enemmän.

Bisnesjetillä jääradalle

Norjalaiset aloittivat tällä kaudella säännölliset "reittilennot" välillä Geneve-Troll. Lennot suorittaa sveitsiläinen yksityislentoyhtiö Privat Air erikoisella Boeing Business Jet -suihkukoneella. Kone on Boeing 737:n liikelentokäyttöön tehty versio, missä on normaalista huomattavasti poikkeava sisustus, suuremmat polttoainetankit ja heikosti varustelluille pienkentille sopiva navigointivarustus.

Lennoilla kone lastataan Genevessä ja se lentää Kongon Brazzavillen kautta (jossa vaihdetaan miehistö ja tankataan kone) Kapkaupunkiin, jossa vietetään yksi yö. 

Aamulla miehistö arvioi lentosään Etelämantereelle ja erityisesti voiko Troll-asemalle laskeutua. Kiitorata kun on 3 kilometriä pitkä suora höylättyä jäätä, eikä mitään teknisiä välineitä, radiomajakoita tms. ole laskeutumisen avuksi. Näin ollen näkyvyys Trollilla on kriittinen turvallisen laskeutumisen varmistamiseksi. Tästä syystä koneessa on jo menomatkalla polttoainetta myös paluumatkaa varten, mikäli asemalle ei voidakaan sään muuttumisen vuoksi laskeutua.

Koneen laskeuduttua miehistö viettää kaksi yötä Trollilla. Tänä aikana koneeseen tankataan lisää polttoainetta ja se lastataan paluumatkalle. Paluu tapahtuukin sitten vähän sutjakammin, koska lentokriteerit Trollilta lähtöä varten ovat pienemmät kuin sinne laskeutumista varten. Ainoastaan tunnin-parin tankkaustauko Kapkaupungissa ja sama Brazzavillessa, jossa vaihtuu miehistö. Vähän yli 20 tuntia Trollilta lähdön jälkeen ollaankin sitten jo Genevessä. 

Syy miksi Norja lähti tekemään yhteistyötä Privat Airin kanssa on se, että ko. lentoyhtiö oli valmis selvittämään mitä "siviililentojen" tekeminen Etelämantereelle vaatii. Nyt lennot on vakuutettu ja vastuuasiat lentoon liittyen ovat samat kuin normaaleilla reittilennoilla. Tämä on aika suuressa kontrastissa muihin lentoihin Etelämantereelle, jotka tapahtuvat joko sotilaslentokoneilla tai siviilien operoimilla erikoiskoneilla.

Isompia lento-onnettomuuksia ei viime vuosina ole sattunut Etelämantereelle kuljettaessa, mutta norjalaiset halusivat nostaa turvallisuuden- ja riskienhallinnan uudelle tasolle. 

Kun aikanaan matka Antraktikselle oli kuukausia pitkä ja vaarallinen, nyt sinne voidaan lentää normaalilla lentokoneella virvoitusjuomia nauttien – tosin vain sikäläisen kesän aikaan. Etelämantereen talvi on edelleen ihan toinen asia!

Maailman tarkin painovoimamittari Suomeen

Ma, 03/10/2014 - 16:36 Jari Mäkinen
Metsähovin gravimetri

Suomessa on otettu käyttöön maailman tarkin painovoiman muutoksia mittaava laite. Kyseessä on Geodeettisen laitoksen Metsähovin tutkimusasemalla Kirkkonummella sijaitseva suprajohtava gravimetri. Sillä voidaan havaita painovoiman vaihteluita, jotka ovat voimakkuudeltaan vain miljoonasosan miljoonasosa normaalista painovoimasta.

Maan painovoima muuttuu jatkuvasti. Tämä ei tunnu, mutta on huomattavissa jokapäiväisessä elämässä esimerkiksi Kuun ja Auringon synnyttämistä valtamerten vuorovesistä. Suprajohtavalla gravimetrillä havaittavat ilmiöt ovat miljoonia kertoja heikompia. Osa muutoksista johtuu esimerkiksi maanjäristysaaltojen tai ilmanpaineen vaihtelun synnyttämistä maankuoren pienistä korkeuden vaihteluista. Osa syntyy paikallisista massan muutoksista, kuten pohjaveden korkeuden tai lumipeitteen paksuuden muuttumisesta.

Uusi laite on niin herkkä, että se pystyy helposti havaitsemaan lähellä seisovan tutkijan vaikutuksen painovoimaan.  

Mikä ihmeen gravimetri?

Yksinkertaisin mahdollinen painovoimamittari on pieni punnus, joka päästetään putoamaan vapaasti tyhjässä tilassa. Kun sen putoamiskiihtyvyyttä mitataan tarkasti, saadaan selville painovoiman – siis putoamiskiihtyvyyden suuruus. Maan pinnalla se on keskimäärin 9,81 m/s², eli tämä on yksi g.

Käytännössä gravimetrit ovat erittäin tarkkoja vaakoja, joilla mitataan kierrejousen avulla metallisen punnuksen painoa.

Nykyaikaisessa suprajohtavassa gravimetrissä metallijousi on kuitenkin korvattu sähkömagneetilla ja mittauksen tarkkuus perustuu suprajohtavaan ilmiöön, jossa aineen sähkönvastus katoaa kokonaan. Tässä nyt käyttöön otetussa maailman tarkimmassa gravimetrissä on niobium-metallista tehdyt sähkökelat, jotka on jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä (-273,15 °C).

Vastuksetta kiertävä sähkövirta synnyttää kelan ympärille vakaan magneettikentän ja äärimmäisenkin pienet painovoiman muutokset pyrkivät muuttamaan magneettikentässä leijuvan niobiumpallon paikkaa, jolloin tätä seuraamalla voidaan määrittää painovoimamuutoksen suuruus. Kun yhden ilmaisimen sijaan laitteessa on kaksi samanlaista ilmaisinta, on se vielä aiempia malleja tarkempi.

Mitä gravimetrillä tehdään?

Maanjäristysaaltoja mittaavien seismometrien ohella suprajohtava gravimetri on ainoa laite, jolla pystytään tutkimaan Maan sisärakennetta ja siellä tapahtuvia ilmiöitä. Suuren herkkyyden ja pitkäaikaisen mittausvakauden ansiosta sillä voidaan seurata myös hitaita painovoiman muutoksia.

Metsähovissa tutkitaan paikallisen hydrologian, kuten pohjaveden ja lumipeitteen massanmuutosten aiheuttamia painovoiman muutoksia, ja Itämeren vedenkorkeuden vaihtelun vaikutusta. Suomessa tehtyjä havaintoja on yhdistetty koko maapallon painovoimamuutoksia mittaavien satelliittien havaintoihin, jolloin voidaan selvittää eri ilmiöiden vaikutusta. Näin saadaan entistä tarkempia tietoja esimerkiksi jäätiköiden sulamisesta ja merenpinnan noususta.

Metsähovin suprajohtava gravimetri on osa maailmanlaajuista verkkoa, johon kuuluu 32 asemaa. Havainnot kootaan kansainväliseen datapankkiin, jossa ne ovat tutkijoiden vapaasti käytettävissä.

Uusi gravimetri korvaa vuodesta 1994 toimineen laitteen, joka on maailman vanhin yhtäjaksoisesti toiminnassa oleva suprajohtava gravimetri.

Kuvassa erikoistutkija Heikki Virtanen ja Richard Warburton ovat siirtämässä nesteheliumia uuteen gravimetriin (sininen laite oikealla).

Teksti perustuu Geodeettisen laitoksen tiedotteeseen. Kuvat: Jyri Näränen / Geodeettinen laitos