Lasersäde tuottaa taivaalle molekyylejä, joiden ympärille vesipisarat voivat tiivistyä.

Teksti: Kalevi Rantanen

Lasersäde tuottaa taivaalle molekyylejä, joiden ympärille vesipisarat voivat tiivistyä.

Julkaistu Tiede -lehdessä 8/2011Tulevaisuuden maanviljelijä soittaa sadepalveluun: ”Tilaisin kastelun huomiseksi.” Seuraavana päivänä paikalle ajaa rekan kokoinen auto, joka alkaa pyyhkiä taivasta lasersäteellä. Kohta pisarat ropisevat.Sateen tekeminen laserilla voi olla todellisuutta 2020-luvulla. – Sanoisin, että aikatähtäin on kymmenen vuoden paikkeilla, arvioi fyysikko Jérôme Kasparian Geneven yliopistosta.Kasparian työskentelee sveitsiläis-ranskalais-saksalaisessa Teramobile-hankkeessa, joka on kerännyt perustietoa sään hallitsemiseksi laserilla. Teramobile tarkoittaa siirrettävää, teholtaan terawattitason laseria, jonka koko varustus mahtuu yhteen kuljetuskonttiin. Keski-Euroopan lasersadetushanke on ainutlaatuinen. Kasparianin mukaan vain Kanadassa ja Kiinassa on aloiteltu kilpailevaa tutkimusta.

Kuin keinotekoinen salamaKun laserin teho on tarpeeksi suuri eli yli kolme gigawattia 800 nanometrin aallonpituudella, syntyy purkauskanava, joka ulottuu kilometrien päähän. Peileillä suuntaamalla sillä voi pyyhkiä pilviä ja, jos kaikki menee nappiin, synnyttää sadetta. Purkauskanava muistuttaa salamaa, ja laitteella tutkitaankin myös salamointia. Parhaassa tapauksessa opitaan siis hallitsemaan ukkostakin. Kanavassa vaikuttaa optinen Kerr-ilmiö, joka tarkoittaa aineen taitekertoimen muuttumista valon vaikutuksesta. Ilmiö on erikoistapaus yleisestä Kerr-ilmiöstä, jossa sähkömagneettinen kenttä muuttaa aineen taitekerrointa. Kerr-ilmiön yksi seuraus on, että ilma keskittää lasersädettä linssin tavoin. Samalla säde iskee ilman molekyyleistä eroon ioneja, jotka heikentävät keskittymisilmiötä. Kahden vaikutuksen tasapainottaessa toisiaan syntyy purkauskanava, joka muistuttaa peräkkäisiä linssejä.

Muodostuu tiivistymisytimiäPurkauskanavassa muodostuu plasmaa, jossa on runsaasti vapaita elektroneja, biljoonia yhdessä kuutiosenttimetrissä. Elektronit tarttuvat happimolekyyleihin, jolloin syntyy negatiivisia happi-ioneja.Tiheät varaukset voivat synnyttää myös kolmen hapen muodostamia otsonimolekyylejä ja hapen ja vedyn muodostamia hydroksyyliradikaaleja. Radikaalit ovat sähköisesti varautuneita molekyylipalasia, jotka reagoivat ärhäkästi eri aineiden kanssa. Ilmassa hydroksyyliradikaalit hapettavat typpeä ja rikkidioksidia, jolloin syntyy typpi- ja rikkihappomolekyylejä. Happomolekyylit ovat hygroskooppisia eli vettä imeviä, ja toimivat siksi tiivistymisytiminä. Vesi tiivistyy niiden ympärille pisaroiksi ja jääkiteiksi, jotka lopulta putoavat vesipisaroina maahan.

Toimii sumukammiossaTutkijat testasivat tekniikkaa ensin keinotekoisessa pilvessä eli sumukammiossa. Siellä ilman suhteellinen kosteus on sata prosenttia tai enemmän.Ensimmäisen sumukammion rakensi jo 1890-luvulla skottifyysikko Charles Wilson. Vuonna 1896 hän havaitsi ”sateen kaltaista” pisarointia sumussa, jota läpivalaistiin hiljakkoin löydetyillä röntgensäteillä. Kaasu ionisoitui ja ionien ympärille syntyi pisaroita. Pienet pisarat voitiin valokuvata. Sumukammiosta tuli kätevä tutkimusväline, mutta pisaroiden synnyttämisestä taivaan pilvissä ei edes haaveiltu. Puuttui tarpeeksi tehokas säteilylähde. Laserinkin teho oli aluksi liian pieni. Tilanne muuttui, kun 1980-luvulla opittiin tuottamaan taajuusmoduloitu pulssi. Alkuperäistä pulssia ensin ”venytetään” ja ”madalletaan”. Sitten ”matala” pulssi vahvistetaan. Lopuksi pulssi taas puristetaan kasaan eli synnytetään korkea tehopiikki. Tekniikalla tavoitellaan uusia voimavaikutuksia. Kunnianhimoisin ajatus lienee lämpöydinreaktion toteuttaminen laserilla. Jos fuusiovoima on mahdollisuuksien rajoissa, niin kai sitten sadekin.

Taivaalla vielä turhan heikkoTeramobile-tutkijat veivät laitteensa Berliinin taivaan alle ja suuntasivat säteen suoraan ylös. Laser tuotti ultralyhyitä, 60 femtosekunnin eli 60 sekunnin miljardisosan miljoonasosan pulsseja. Kun energia keskitetään näin pieneen ajanjaksoon, teho nousee suureksi. Tässä tapauksessa pulssin teho oli kolme ja puoli terawattia eli enemmän kuin maailman kaikkien sähkögeneraattorien keskiteho yhteensä.Optisella tutkalla tutkijat havaitsivat, että tiivistymisytimiä syntyi. Sateen aikaansaamiseksi ytimet olivat kuitenkin vielä liian pieniä. – Suurin haaste on saada mikrometrikoon hiukkaset kasvamaan oikeiksi pisaroiksi, jotka voivat tulla sateena alas, sanoo professori Kasparian. – Toinen haaste on aktivoida suuri tila ilmassa, ei vain vähäinen purkauskanava lasersäteen ympärillä. – Kumpikin tehtävä on mahdollista toteuttaa noin kymmenessä vuodessa sekä meidän tutkimuksemme edistymisen että lasertekniikan paranemisen ansiosta, Kasparian arvioi. – Saataville tulee enemmän tehoa pienemmissä ja helpommin liikuteltavissa laitteissa.

Molekyyleistä pisaroiksi

1. Ilmassa on kaasumolekyylien seassa aina vesimolekyylejä ja erilaisia epäpuhtauksia, esimerkiksi rikkiä.2. Laserpulssi synnyttää ilmaan purkauskanavan ja ionisoi sisään jäävän ilman plasmaksi. Ionit takertuvat sopiviin molekyyleihin, jolloin syntyy uusia, isompia molekyylejä. 3. Uudet molekyylit kykenevät imemään vettä ja toimivat tiivistymisytiminä, joiden ympärille ilman kosteus alkaa kerääntyä. 4. Kun vesimolekyylejä on koossa riittävästi, syntyy pisaroita, jotka putoavat sateena maahan.

Hiilihaposta laseriin

Teramobile-hanke on katkaissut pitkän hiljaisuuden sateentekoalalla. Vuonna 1946 yhdysvaltalaiset kemistit Irving Langmuir ja Vincent Schaefer kylvivät pilveen hienonnettua hiilihappojäätä vesipisaroiden tiivistymisytimiksi. Myöhemmin kokeita on toistettu eri aineilla, kuten hopeajodidilla. Kylvömenetelmä on osoittautunut epäluotettavaksi. Välillä on satanut, välillä ei. Jos on satanut, on ollut epäselvää, tuliko vettä sateenteon ansiosta vai siitä huolimatta. Laser on periaatteellisesti uusi ratkaisu. Kemikaaleja ei tarvita. Laser voi myös toimia jatkuvasti, kun taas kemikaaleja pilviin kylvävien rakettien ja lentokoneiden toiminta-aika on rajallinen.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25744
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1186
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.