Tieteiskirjailijat ovat asuttaneet avaruutta 1800-luvulta lähtien, mutta kyllä taivaan kesyttömät korpimaat kiehtovat myös oikean tieteen visionäärejä. Kenties jo 2030 nousee ensimmäinen eksokoti kraatterin laidalle.

Teksti: Anne Liljeström

Tieteiskirjailijat ovat asuttaneet avaruutta 1800-luvulta lähtien, mutta kyllä taivaan kesyttömät korpimaat kiehtovat myös oikean tieteen visionäärejä. Kenties jo 2030 nousee ensimmäinen eksokoti kraatterin laidalle.

Julkaistu Tiede -lehdessä 8/2010

Elämme miehittämättömien avaruuslentojen kultakautta. Luotaimia on matkalla aurinkokunnan sisimpiin ja uloimpiin osiin, ja jo työmaillaan häärivät tuottavat jatkuvasti lisää tietoa kohteistaan. Tuoreet vesilöydöt Kuussa ja Marsissa lupaavat ratkaista yhden avaruudessa selviytymisen kynnyskysymyksen. Myös Saturnuksen kuu Titan on paljastanut jäisen järvimaiseman paksun pilvikerroksensa alta.Miehitetyt avaruuslennot ovat jämähtäneet kiertoratamatkailuun, mutta tosiasiassa ihmisiä on jo muuallakin kuin Maassa. Kansainvälistä avaruusasemaa on asuttu vuodesta 2000, ja sitä ennen Neuvostoliiton ja sittemmin Venäjän Mir-asemalla oli väkeä tauotta liki päivälleen kymmenen vuotta.Mitään pakottavaa tarvetta Maasta poistumiseen ei aivan lähiaikoina ole. Aurinko muuttuu punaiseksi jättiläistähdeksi vasta noin viiden miljardin vuoden kuluttua – joskin tätä vaihetta edeltävä kirkastuminen tehnee Maasta tukalan paikan noin miljardin vuoden päästä. Moni kuitenkin uskoo, että ihmiskunnan tulevaisuus on tähdissä – tai ainakin kotiplaneettamme ulkopuolella.

Kuuhun olisi lyhyt matkaKuu on toistaiseksi ainoa taivaankappale, jolle ihminen on astunut. Avaruuskilvan kuumina vuosina 1969–1972 kuusi miehistöä käväisi Kuun kamaralla. Sen jälkeen siellä on nähty vain neuvostoliittolaiset Lunohod-kulkijat ja pari iskeytyjää.Kuu on kuitenkin lähellä, parin vuorokauden päässä. Se vaikuttaa hyvin loogiselta astinlaudalta aurinkokuntaan. Siirtokuntaa kalpeanaamaiseen naapuriimme ehdotti ensimmäisten joukossa 1900-luvun alussa Konstantin Tsiolkovski, Venäjän ja Neuvostoliiton astronautiikan isä. Ennen kaikkea Kuun puolesta puhuu vesi. Vielä ei tarkalleen tiedetä, missä sitä on ja kuinka paljon, mutta Intian Chandrayaan-1- ja Nasan Lcross-luotain ovat osoittaneet, että Kuun napaseutujen ikihämärässä piilottelevat kraatterit ovat lupaavia ”vesikaivoja”. Ihminen tarvitsee vettä pysyäkseen hengissä, ja sen järjestäminen Maasta olisi perin kallista. Kylpylöitä Kuuhun tuskin nousee.Silti Kuu on melko kehno elinpaikka. Sen painovoima on vain kuudesosa siitä, mihin olemme Maassa tottuneet. Pitkäaikaisen oleskelun painottomuudessa tiedetään rappeuttavan luustoa ja lihaksia ja haittaavan terveyttä muutenkin. Kuulla ei myöskään ole mainittavaa kaasukehää eikä magneettikenttää. Tämä altistaa Kuuhun menijät avaruudesta tuleville mikrometeoriiteille, aurinkotuulen hiukkasille ja kosmisille säteille.

Etelänavalla hyviä tonttejaAvaruussukkula Columbian onnettomuuden jälkimainingeissa vuonna 2004 Yhdysvaltain silloinen presidentti George W. Bush ilmoitti uuden avaruusaikakauden alkaneeksi ja käynnisti Constellation-avaruusohjelman. Sen piti palauttaa usko avaruustutkimukseen ja ihmiset Kuuhun vuoteen 2020 mennessä. Sieltä matkan piti noin 2030 jatkua Marsiin ja lopulta muillekin planeetoille.Nasa valitsi jopa mahdollisia sijoituspaikkoja Lunar outpost -tukikohdalleen. Yksi niistä oli kiertolaisemme etelänavalla, Shackletonin kraatterin reunalla, joka kylpee auringonpaisteessa 75 prosenttia ajasta. Näin aurinkopaneeleista olisi paljon enemmän hyötyä kuin Kuun päiväntasaajalla, missä aurinko paistaa vain puolet ajasta ja yöt kestävät kaksi viikkoa.Napa-aluetta puolsi sekin, että juuri siellä sijaitsee kraattereita, joita pidetään hyvinä vesilähteinä. Vedestä saadaan myös happea hengitettäväksi ja vetyä avaruusalusten polttoaineeksi.Nasa kehitteli useita puhallettavien tukikohtien prototyyppejä. Puhallettava asuinmoduuli olisi helppo kuljettaa paikalle, ja sen saisi pystyyn minuuteissa – ratkaisevan tärkeä ominaisuus säteilyltä suojautumista ajatellen. Modernit materiaalit mahdollistavat myös äärimmäisen lujat mutta samalla kevyet rakenteet, jotka kestävät myös mikrometeoriittien törmäykset. Säteilysuojaa voisi parantaa keräämällä rakennelmien päälle kuuperää.Alkuvuodesta presidentti Barack Obama näytti kuitenkin suunnitelmalle punaista valoa. Hänen hallintonsa mielestä Kuu voidaan ohittaa, koska ”siellä on jo käyty”.Moni muu maa, kuten Kiina, Japani, Intia ja Venäjä, on sisällyttänyt miehitetyt kuulennot avaruusohjelmaansa. Japani ja Venäjä suunnittelevat tukikohtia Kuuhun vuoden 2030 tienoille. Myös Euroopan avaruusjärjestöllä on oma hiljalleen etenevä Aurora-ohjelmansa. Parhaillaan Esa ottaa vastaan avaruusteollisuuden hakemuksia kuulaskeutujan suunnittelusta.

Perunamaa Punaiselle planeetalleMarsiin asettumisesta on sepitetty lukemattomia tieteistarinoita. Jean de La Hiren kirjassa Le Mystère des XV vuodelta 1911 joukko tiedemiehiä perustaa pysyvän siirtokunnan Marsiin. Punaisen planeetan asuttamista on kuitenkin tutkittu pitkään myös aivan vakavissaan. Marsia pidetään ehkä lupaavimpana aurinkokunnan kappaleista pysyvää ihmisasutusta silmällä pitäen. Mars on verrattain lähellä. Nykyisillä tarkkaan lasketuilla lentoradoilla matka sinne kestää noin seitsemän kuukautta. Toisin kuin Kuulla Marsilla on myös kaasukehä. Se on hyvin ohut verrattuna Maan ilmakehään, mutta riittävän paksu suojaamaan mukavasti kosmisilta säteiltä. Myös marsperän koostumus on otollinen. Periaatteessa se tarjoaa kaikki kemialliset elementit, joita Maasta kotoisin oleva elämä tarvitsee.Marsista on löydetty myös merkkejä vedestä. Muinaisella Marsilla uskotaan olleen magneettikenttä, nykyistä paksumpi kaasukehä ja valtameriä, mutta kun magneettikenttä katosi, aurinkotuuli puhalsi kaasukehän pois ja haihdutti vedet. Ilmeisesti osa vedestä kuitenkin jäi planeetan uumeniin, sillä sen pinnalta löytyy edelleen toisinaan tuoreen veden jälkiä. Miehitettyä matkaa Marsiin suunnittelee tätä nykyä useampikin taho. Se sisältyy Esan Aurora-ohjelmaan, ja Esalla on myös yhteistyösuunnitelmia Venäjän avaruushallinnon kanssa. Kiinan tiedetään tutkineen Marsin-matkailua 1990-luvulta lähtien. Rohkeimmat suunnitelmat lupailevat lähtöä 2020-luvulla, varovaisemmat puhuvat 2030-luvusta.

Mars löytyy jo Maan päältäMarsiin ei tarvitse mennä kylmiltään. Vaikka vielä ei tiedetä, kuka naapuriimme ensimmäisenä lähtee, miten ja milloin, matkaan voidaan varautua etukäteen Maan oloissa.Mars Society on voittoa tavoittelematon kansainvälinen avaruusyhdistys, joka tutkii niin miehitettyä lentoa Marsiin kuin planeetan asuttamista. Vuodesta 1998 toimineen yhdistyksen tavoitteena on osoittaa, että matka on toteuttamiskelpoinen. Yhdistyksellä on jo tutkimusasemat Yhdysvalloissa ja Kanadassa, ja kolmatta rakennetaan Islantiin. Asemat sijaitsevat marsmaisessa maastossa, ja kuusihenkiset miehistöt simuloivat oloja Punaisella planeetalla viettämällä eristyksessä kerrallaan kahdesta viikosta kuukauteen. Asumismoduulin ja observatorion lisäksi varustukseen kuuluu kasvihuone, jossa toimii myös vedenpuhdistamo. Ulkona liikutaan avaruusasuissa (ks. Terveisiä Marsista, Tiede 3/2003, s. 18–22, tai tiede.fi/arkisto).Mars Society uskoo, että Marsiin päästään helposti nykyisellä tekniikalla ja vain murto-osalla hinnasta, jonka valtiolliset avaruushallinnot suunnittelevat matkaan menevän.Venäjän tiedeakatemian biolääketieteen instituutissa käynnistyi puolestaan kesäkuun alussa Venäjän ja Euroopan avaruusjärjestön koe, jossa kuusihenkinen miehistö viettää 520 vuorokautta suljetussa moduulissa. 520 vuorokautta olisi kokonaiskesto matkalle, jolla perillä Marsissa vietettäisiin kuukausi. Samassa instituutissa on aiemmin järjestetty jo kaksi samantapaista koetta, joista ensimmäinen kesti kaksi viikkoa ja toinen 105 vuorokautta. Kokeet ovat erinomainen tapa valmistautua pitkän avaruusmatkan teknisiin ja sosiaalisiin haasteisiin.

Kohti kalseaa KallistoaAurinkokunnan ulko-osat näyttävät liki mahdottomilta matkakohteilta maailmalle, joka ei ole päässyt Kuuta kauemmas. Retkikuntien lähettämistä Jupiterin tienoille on kuitenkin tutkittu.Vuonna 2003 Nasa pani pystyyn Hope-ryhmän (Human Outer Planets Exploration) ja teetti ajatuskokeen tukikohdan perustamisesta Jupiterin kuuhun Kallistoon. Merkuriuksen kokoinen Kallisto on aurinkokunnan kolmanneksi suurin kuu ja sijaitsee riittävän kaukana Jupiterin voimakkaasta säteilystä. Siksi sieltä voitaisiin tutkia paitsi ulompaa aurinkokuntaa myös Jupiterin muita kuita, esimerkiksi Europaa, jonka jäisen pinnan alla lainehtinee valtameri. Europa on kuitenkin niin lähellä emoansa, että siellä saa tappavan annoksen säteilyä hyvin nopeasti.Hope-tutkijat laativat suunnitelman kuuden astronautin lennättämisestä Kallistoon. Edestakainen matka kestäisi noin viisi vuotta, ja perillä pitäisi viipyä vähintään kuukausi. Nasa arvioi selonteon perusteella, että miehitettyä lentoa voisi yrittää vuonna 2040.

Huone Maa-näkymällä, kiitosKaupalliset avaruusyritykset ovat huomisen arkipäivää. Jopa Nasa aikoo tulevaisuudessa lennättää astronauttinsa ISS:lle yksityisillä raketeilla, kun avaruussukkulat jäävät eläkkeelle tämän vuoden lopussa. Bigelow Aerospace on yksityinen avaruusyritys, joka tähtää kaupallisen avaruusaseman perustamiseen. Se on lähettänyt Maan kiertoradalle jo kaksi miehittämätöntä testiasemaa ja rakentaa parhaillaan miehitettävää Sundancer-asemaa.Pitkäaikaiseen oleskeluun sopivien avaruusasemien haasteena on painovoima. Kuu, Mars tai nykyiset ISS:n kaltaiset avaruusasemat eivät ole painottomuutensa vuoksi ihanteellisia ihmiselle. Keinotekoinen painovoima taas vaatii joko vaarallisen tehokkaita magneetteja tai kiihtyvää liikettä. Kätevin tapa luoda keinogravitaatio on pyörimisliike.Nasa rahoitti jo vuonna 1975 ja 1977 kokeelliset työpajat, joissa fyysikko Gerard O’Neillin johdolla suunniteltiin avaruusasemia, joille luotiin painovoima pyörittämällä. Muodoltaan asemat olivat renkaita, palloja ja sylintereitä, ja niihin mahtui tuhannesta kymmeneen miljoonaan asukasta. Suunnitelmien toteuttaminen käytännössä on tietenkin toinen juttu. Jotta koriolis- ja vuorovesivoimat eivät kävisi tukaliksi asukkaille, aseman pyörimissäteen pitäisi olla ainakin muutamia satoja metrejä.Halkaisijaltaan puolitoistakilometrisen avaruusaseman rakentaminen vaatii myös huomattavia taloudellisia panostuksia. Yksikään julkinen tai kaupallinen taho ei ole vielä investointeihin ryhtynyt. Mutta kun suurten avaruusasemien aika lopulta koittaa, suunnitelmia on ehditty hioa jo hyvän aikaa.

Anne Liljeström on vapaa tiedetoimittaja.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Hirmun anatomia on selvinnyt sääsatelliittien mikroaaltoluotaimilla. Ne näkevät pilvien läpi myrskyn ytimeen ja paljastavat ukkospatsaat, joista myrsky saa vauhtinsa. Kuva: Nasa/Trimm

Pyörivät tuulet imevät energiansa veden lämmöstä.

Trooppiset rajuilmat tappoivat vuosina 1995–2016 lähes 244 000 ihmistä, koettelivat muuten 750 miljoonaa ihmistä ja tuhosivat omaisuutta runsaan 1 000 miljardin dollarin arvosta, enemmän kuin mitkään muut mullistukset, esimerkiksi tulvat tai maanjäristykset.

Näin arvioi maailman luonnonkatastrofeja tilastoiva belgialainen Cred-tutkimuslaitos raporteissaan, joissa se laskee katastrofien pitkän aikavälin inhimillistä hintaa.

Myrskytuhot ovat panneet myrskytutkijat ahtaalle. Kaikki tahtovat tietää, mistä näitä rajuilmoja tulee. Lietsooko niitä ilmastonmuutos?

Lämpö alkaa tuntua

Näihin asti tutkijapiireissä on ollut vallalla käsitys, jonka mukaan hirmuista ei voi syyttää ilmastonmuutosta vielä kotvaan. Se alkaa voimistaa myrskyjä vasta pitkällä aikajänteellä.

Nyt hurjimpia myrskyjä on kuitenkin alettu kytkeä ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi alkusyksystä 2017 Maailman ilmatieteen järjestö WMO arvioi, että lämpeneminen todennäköisesti rankensi elokuussa Houstonin hukuttaneen Harvey-myrskyn sateita.

Jotkut tutkijat ovat puhuneet kytköksistä jo vuosia.

Esimerkiksi Kerry Emanuel, Massachusettsin teknisen yliopiston myrskyspesialisti, laski 2005, Katrinan runnottua New Orleansia, että Atlantin ja Tyynenmeren myrskyt ovat nykyään 60 prosenttia voimakkaampia kuin 1970-luvulla.

Keväällä 2013 Nils Bohr -instituutin Aslak Grinsted raportoi, että lämpenemiskehitys vaikuttaa myrskyissä syntyviin tulva-aaltoihin.

Kun maapallon keskilämpötila nousee 0,4 astetta, myrskytulvien määrä tuplaantuu. Tämä rajapyykki on jo ohitettu. Kun lämpötila nousee kaksi astetta, tulvat kymmenkertaistuvat. Silloin superrajuja myrskyjä hyökyy Atlantilta joka toinen vuosi. Tähän asti niitä on nähty kerran 20 vuodessa.

Meri lämpenee otollisesti

Tärkein myrskyjä ruokkiva muutosvoima löytyy sieltä, mistä myrskyt ammentavat energiansa ja mihin ilmastonmuutoksen nähdään vaikuttavan: meriveden lämpötilasta. Se kehittyy myrskyille otolliseen suuntaan.

Esimerkiksi Meksikonlahdella, hurrikaanien voimanpesässä, on mitattu jopa pari astetta tavallista korkeampia meriveden lämpötiloja.

Kun Haiyan, yksi kaikkien aikojen kovimmista taifuuneista, marraskuussa 2013 jätti kaksi miljoonaa filippiiniläistä kodittomiksi, meri oli myrskyn syntyalueella vielä sadan metrin syvyydessä kolme astetta normaalia lämpimämpi.

Meressä tapahtuu muutakin epäedullista: pinta nousee. Se kasvattaa myrskyjen nostattamia tulva-aaltoja, jotka usein saavat aikaan pahinta tuhoa.

 

Näin hirmumyrsky kehittyy

Hirmun syntymekanismi on sama kaikkialla, vaikka nimitykset vaihtelevat. Atlantilla ja Amerikan puoleisella Tyynellämerellä puhutaan hurrikaaneista, Aasian puolella taifuuneista ja Intian valtamerellä ja Oseaniassa sykloneista. Grafiikka: Mikko Väyrynen

 

Trooppisia hirmumyrskyjä syntyy päiväntasaajan molemmin puolin 5. ja 25. leveyspiirin välillä. Päiväntasaajalla niitä ei muodostu, sillä sieltä puuttuu coriolisvoima, jota myrsky tarvitsee pyörimiseensä

Kehittyäkseen myrsky vaatii tietynlaiset olot. Suursäätilan pitää olla laajalla alueella epävakaa ja ukkossateinen ja meriveden vähintään 26 asteista 50 metrin syvyydeltä. Lisäksi tuulien pitää puhaltaa heikosti 12 kilometrin korkeuteen asti. Voimakkaissa virtauksissa myrskynpoikanen hajoaa.

1. Merestä nousee lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kohoaa nopeas­ti ja tiivistyy ukkospilviksi, jotka kohoavat 10–15 kilometrin korkeuteen. Samalla vapautuu lämpöä, mikä ruokkii matalapainetta.

2. Fysiikan säilymislakien mukaan ylös kohoavan ilman tilalle virtaa ympäriltä korvausilmaa, jolloin ilmanpaine alueella laskee.

3. Lämpöä kohoaa ylös yhä laajemmalti, ukkospilvien jono venyy, ja ilman virtausliikkeet voimistuvat. Ilmanpaine laskee lisää, ja alueelle syntyy liikkuva matalapaineen keskus.

4. Paine-ero tuottaa voiman, joka alkaa pyörittää tuulia kiihtyvää vauhtia. Maan pyörimisliikkeestä aiheutuva coriolisvoima kiertää niitä spiraalin lailla vastapäivään kohti matalan keskusta. Kun tuulen sekuntinopeus nousee yli 33 metrin, on syntynyt trooppinen hirmumyrsky.

Hurjimmissa myrskyissä tuulen nopeus nousee 70–90 metriin sekunnissa. Pyörteen halkaisija vaihtelee puolestaan 400 kilometristä 1 000 kilometriin.

5. Myrskyn voimistuessa sen ylle muodostuu korkeapaine, joka pyörii tuulia vastaan. Laskeva ilmavirtaus kuivattaa ja lämmittää keskusta, ja se seestyy myrskynsilmäksi.

6. Silmää kiertävät tuulet sekoittavat tehokkaasti meren pintaa 50–100 metrin syvyydeltä. Kun lämmintä vettä painuu syvyyksiin ja viileää kohoaa pintaan, ”lämpövoimala” jäähtyy ja hitaasti liikkuva myrsky voi heikentyä. Nopeaan myrskyyn jarru ei ehdi vaikuttaa, ja silloin kumpuava vesi voi loppumatkasta muuttua vaaralliseksi.

7. Kun ranta lähestyy ja meri madaltuu, tuulet pakkaavat vettä myrskyn tielle tulva-aalloksi, joka syöksyy myrskyn mukana maalle tuhoisin seurauksin.

Maalle saavuttuaan myrsky laantuu, kun se ei enää saa käyttövoimaa meren lämmöstä.

 

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2014. Päivitetty 12.9.2018.