Avaruudessa voi tehdä matkaa ilmaiseksi, kun käyttää kulkuvälineenä painovoimaa. Reittien kartoitus on alkanut.

Perinteistä avaruusmatkaa suunnitellaan näin: Tehdään tarkat laskelmat siitä, miten ja millä polttoaineen kulutuksella päästään irti Maan vetovoimasta. Lasketaan, kuinka ja miten paljon jarruttaen kannattaa lähestyä kohteen painovoimakenttää. Koko ajan otetaan huomioon vain yhden taivaankappaleen ja aluksen välinen suhde - kuin ne olisivat kaksin avaruudessa. Menetelmä toimii, mutta energiaa ja polttoainetta törsääntyy.

Edullisempikin vaihtoehto on. Avaruudessa voi ottaa ilmaisia kyytejä matkojen päähän. Täytyy vain tuntea reitit. Avaruustutkijat ja matemaatikot ovat nyt alkaneet kartoittaa tätä planeettojen välistä kuljetusverkkoa, kertoi Virginian teknisen yliopiston apulaisprofessori Shane Ross Britannian tiedepäivillä viime syksynä.

Taivaankappaleiden painovoimakentät kilpailevat keskenään. Niiden vaikutuksesta syntyy sinne tänne ikään kuin avaruuden metrotunneleita. Niissä painovoima kiidättää aluksen Auringon ympäri tai kuljettaa sen planeetan tai kuun kiertoradalle. Pysäkkeinä ja risteysasemina tunneleiden päissä toimivat niin sanonut Lagrangen pisteet. Näissä pisteissä kahden taivaankappaleen vetovoima on täsmälleen yhtä suuri.

- Ajattelen mielelläni, että nämä käytävät ovat kuin merivirtoja. Paitsi että ne ovat gravitaatiovirtoja, Ross sanoo. Niiden viemänä pystyy matkustamaan melkein mihin tahansa aurinkokunnassa tai jopa sen ulkopuolelle.

Kuun ja Maan välille saisi lähtöportin

Ilmiötä on jo käytetty hyväksi. Aurinkotuulta tutkinut Nasan Genesis-luotain teki matkaa painovoimavirroissa surffaamalla ja kulutti siksi hyvin vähän polttoainetta. Sitä oli pienen luotaimen painosta vain neljä prosenttia. Perinteisellä propulsiotekniikalla liikkuvassa aluksessa polttoainetta on alkumatkasta usein lähes puolet painosta.

Säästäminen ei ole pelkkää nuukuutta tai ekologista ajattelua. Se on välttämätöntä, jos haluamme päästä ulommas avaruuteen. Mukaan mahtuvan polttoaineen määrä rajoittaa sitä, kuinka pitkälle pelkällä moottorivoimalla voi pyrkiä. Aurinkokunnan laidalle täytyy mennä muulla konstilla.

Maan lähiavaruuden painovoimaväylät tunnetaan nyt hyvin, esimerkiksi reitti Maasta Kuun kiertoradalle. Kuun ja Maan välisiltä Lagrangen pisteiltä pääsee vaikkapa Maan ja Auringon väliselle pisteelle. Ross haaveilee, että tällaiseen Maan ja Kuun voimien tasapainokohtaan voitaisiin perustaa avaruusasema lähtöportiksi kauemmas suuntautuville painovoimamatkoille.

Liian hidasta miehitetyille lennoille

Kokonaan ilman moottoria tai muuta aluksen omaa voimanlähdettä avaruusmatkailu ei käytännössä onnistu, koska siitä tulee äärimmäisen hidasta. Painovoimakyydillä matkat eivät nimittäin taitu suorinta tietä. Kuun kiertoradalle tähdätty satelliitti joutuu ottamaan vauhtia monta kertaa Maan ympäri, ennen kuin sopivalle kohdalle sattuva Kuu kiskaisee sen omalle kiertoradalleen. Kuviksi mallinnettuina painovoimametron väylät ovat kuin spagettia, joka kietoutuu planeettojen ympärille ja kiemurtelee niiden välissä.

Moottorilla voi loikata väylältä toiselle, korjata kurssia tai antaa alukselle oikealla hetkellä ratkaisevaa lisävauhtia. Jos vain passiivisesti odottaa kuljetuksen tuloa kohdalle, matka Maasta Marsiin kestää tuhansia vuosia.
Joka tapauksessa painovoimamatkailu on verkkaista. Siksi se soveltuu huonosti miehitettyihin avaruuslentoihin, joissa matka-aika pyritään saamaan mahdollisimman lyhyeksi. Havaintoluotaimien kuljetteluun menetelmä on kuitenkin omiaan. Se sopisi Rossin mielestä ihanteellisesti esimerkiksi Jupiterin tai Saturnuksen ja niiden lukuisien kuiden tutkimiseen. Painovoimatunneleita pitkin luotainten on helppo hypätä yhden kuun kiertoradalta toiselle.

Asteroidi voi saapua tunnelia pitkin

Meteoriitit ja asteroidit voivat nekin matkustaa painovoimatunneleissa. Ross tutkii parhaillaan sitä mahdollisuutta, että planeettojen välinen kuljetusjärjestelmä voisi paiskata meteoriitin päin maapalloa. Jupiterissa on käynyt näin, ja on joitakin todisteita siitä, että Maahan 65 miljoonaa vuotta sitten törmännyt meteoriitti saattoi tulla painovoimatunnelia pitkin. Tämän törmäyksen seuraus ilmeisesti oli, että dinosaurukset hävisivät maapallolta.

Ross arveleekin, että olisi järkevää sijoittaa Maahan johtaville reiteille vartioon teleskooppeja. Jos lähestyvät asteroidit havaitaan ajoissa, ne voidaan käydä tönäisemässä toiselle reitille tai ohjata vaikka Maata kiertävälle radalle. - Saisimme toisen kuun, Ross ehdottaa.

Kartoitus vaatii nykyaikaista laskentavoimaa

Painovoimamatkailun voimanlähde, gravitaatio, on tunnettu Isaac Newtonin ajoista saakka. Vaativaksi väylien kartoittamisen tekee se, että painovoiman lähteitä on useita eivätkä ne pysy paikoillaan. Taivaankappaleet ja niiden painovoimakentät liikkuvat - ennustettavasti mutta monimutkaisesti suhteessa toisiinsa. Ross vertaa painovoimaväyliä nurmikonkastelulaitteiden vesisuihkuihin, jotka pyöriessään ajoittain risteävät toistensa kanssa.

Avaruuden metrokartan laatiminen on tullut mahdolliseksi, kun käyttöön on saatu lisää matemaattisia menetelmiä ja tietokoneiden laskentavoimaa.

Julkaistu Tiede -lehdessä 1/2010

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5205
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti
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.