Vaikkei sitä ihmisaistein huomaa, planeettamme venyy ja vääntelehtii kuin valtava hyytelöpallo. Samalla sen painovoimakenttä muuttuu. Näitä vaihteluita seurataan suprajohtavalla gravimetrillä parillakymmenellä mittausasemalla, joista yksi on Suomessa.


ja vääntelehtii kuin valtava hyytelöpallo. Samalla sen
painovoimakenttä muuttuu. Näitä vaihteluita seurataan
suprajohtavalla gravimetrillä parillakymmenellä mittausasemalla,
joista yksi on Suomessa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Olen menossa punnitukseen Geodeettisen laitoksen painovoimalaboratorioon, joka sijaitsee Kirkkonummen lähellä Metsähovissa. Laboratorion suprajohtava gravimetri kuuluu olevan niin tarkka, että se havaitsee muutoksen, jonka tiedetoimittajan vierailu aiheuttaa Maan painovoimakentässä. Saas nähdä; painan näet vaivaiset 47 kiloa.

Sen tiedän, että gravimetri rekisteröi muun muassa täkäläisen ilmanpaineen muutoksen ja myös Englannin kanaalissa riehuvan myrskyn. Laitteella ei kuitenkaan tutkita tällaisia ilmiöitä, vaan niiden vaikutukset poistetaan mit-taushäiriöinä.

Isäntinä toimivat Geodeettisen laitoksen erikoistutkija Heikki Virtanen ja professori Markku Poutanen kertovat varmasti senkin, mitä mittauksista siivoamisen jälkeen jää tiedostoihin. Miksi painovoiman vaihteluita seurataan?


Toiminut 11 vuotta tauotta

Hups. Näen lumen peittämän tienviitan liian myöhään. Ajamme ohi, mutta kääntymispaikka löytyy pian. Vielä pätkä kiemurtelevaa metsätietä. Oikealle jää naapurille kuuluva radiokaukoputki jättiläismäisine kupuineen. Mäki ylös, ja olemme perillä.

1970-luvun tyylisen toimistorakennuksen takana on painovoimalaboratorio, jossa Maan painovoiman muutoksia mittaava suprajohtava gravimetri sijaitsee.

- Laite käynnistettiin 11 vuotta sitten, esittelee Heikki Virtanen. Siitä lähtien se on rekisteröinyt signaalin sekunnin välein.

Gravimetri, jonka alusta on valettu peruskallioon, on 140 senttiä korkea termospullo. Siinä on nelinkertaiset seinät, ja se on täytetty nestemäisellä heliumilla, joka pitää lämpötilan -269 asteessa. Kylmää pitää olla, sillä painovoimaa kartoitetaan pallolla, joka leijuu suprajohtavien magneettien tuottamassa magneettikentässä, eivätkä niobiumista tehdyt magneetit suostu suprajohtaviksi lämpimässä.


Käy vanhalla sähköllä

Suprajohtavuus tarkoittaa, ettei käämien johdoissa häviä virtaa.

- Koska ulkoista virtaa ei tarvita, syntynyt magneettikenttä on äärimmäisen vakaa, Virtanen kertoo. - Magneetit toimivat vieläkin virralla, joka niihin pantiin vuonna 1994.

Ikiliikkujasta ei kuitenkaan ole kyse, sillä heliumia on lisättävä joka kymmenes kuukausi.

- Koska testipallokin on suprajohtavaa ainetta, se leijuu magneettikentässä. Ulkoisilta magneettikentiltä suojatussa pullossa siihen ei vaikuta mikään muu kuin vetovoima, jonka muutokset pyrkivät liikuttamaan sitä. Pallon liike estetään sähkövirralla. Se, paljonko sähköä kuluu, kertoo vetovoiman muutoksen, Virtanen selittää.

- Periaatteessa tässä siis mitataan jännitteitä.


Vuoksi ja ilmanpaine näkyvät

Suurimmat jännitteet rekisteröityvät Kuun ja Auringon aiheuttaman vuorovesi-ilmiön takia.

- Kiinteän maan vuoksi-ilmiö aiheuttaa Suomessa enintään noin 250 millin muutoksen Maan säteeseen, Virtanen kertoo. Säteen muutos puolestaan vaikuttaa painovoimaan: se heikkenee, kun siirrytään poispäin planeetan keskustasta.

Toiseksi suurimmat muutokset aiheutuvat ilmanpaineen vaihteluista.

- Ilmanpaine vaikuttaa painovoimaan kahdella tavalla, Virtanen selittää. - Ensiksikin ilmamassan vetovoima vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan kuin Maan vetovoima. Toiseksi ilmanpaine myös muuttaa maanpinnan muotoa, ja tämä siirtää gravimetrin paikkaa maapallon keskipisteeseen nähden.

Myös veden kierto, sade ja lumi, näkyvät gravimetrillä. Jotta pohjaveden vaikutus osattaisiin analysoida, painovoimalaboratorion viereen on porattu reikä, josta veden tasoa voi seurata.

Itämerikin näkyy. - Jos Itämeren pinta nousee Helsingin edustalla metrin verran, maanpinta painuu Metsähovissa 11 milliä alas, Virtanen jatkaa. - Maa on hötkyvä hyytelöpallo.




Massani eli minussa tiettynä hetkenä olevan aineen määrä on sama ympäristöstäni riippumatta, mutta painoni riippuu minun ja ympäristöni välisestä vetovoimasta. Sekä taivaankappaleen säde että sen massa vaikuttavat.

Vertaa omaa painoasi: www.exploratorium.edu/ronh/weight/


Paikka / Painoni kiloina
Aurinko
 1272,3
Merkurius 17,7
Venus 42,6
Maa 47
Kuu 7,8
Mars 17,7
Jupiter 119
Saturnus 50
Uranus 41,7
Neptunus 52,8
Pluto 3,1


Kahvipaussikin jää muistiin

Kaikki gravimetrin mittaukset tallentuvat tietokoneeseen. Kontrollihuoneessa on kuitenkin myös piirturi.

- Paperia on mukava näyttää vieraille, toteaa Markku Poutanen. Seinälle on kiinnitetty pätkä. Siinä näkyy, miten miehet aloittivat vuoden 1999 talvella katon puhdistamisen raskaasta lumesta: kun lumi väheni, paikallinen painovoima kasvoi. Kasvu pysähtyi, kun lumenluojat lähtivät lounaalle. Kahvitaukokin näkyy tasona. Gravimetri toimii siis kellokorttinakin.

- Tuossa näkyy eilen Iranissa tapahtunut maanjäristys, jonka voimakkuus oli Richterin asteikolla 6,2, Poutanen huomauttaa.

Sekin erottuu, kun Atlantin valtamerellä myrskyää. Piikkien muodot kertovat, purkavatko aallot voimansa esimerkiksi Englannin kanaalissa vai Norjanmerellä.

Poutanen alkaa etsiä Pakistanin suurta järistystä paperirullasta… siinä se on. - Ei gravimetriä varsinaisesti seismografina käytetä, Virtanen muistuttaa. - Se sopii kuitenkin erinomaisesti hyvin suurten maanjäristysten synnyttämien ominaisvärähtelyjen tutkimiseen.


Tulokset suorasta viivasta

Kaikki yllä luetellut ilmiöt ovat häiriötekijöitä.

-Raakadata on hyvin sotkuista. Sille on tehtävä kaikenlaisia temppuja, jotta päästään tutkimaan heikoimpia painovoimanmuutoksia, Virtanen kertoo. - Ensin siis poistetaan kaikki tunnetut tekijät.

Tulos on lähes suoralta näyttävä viiva.

- Koska painovoiman muutokset johtuvat maapallon elastisuuden vaihteluista ja eri kerrosten vuorovaikutuksista, muutoksista saa tietoa maapallon sisustan rakenteesta, Virtanen jatkaa. - Käytännössä käy usein niin, että teoreetikot ennustavat laskuillaan erilaisia ilmiöitä ja me mittamiehet yritämme löytää ne.


Auttaa GPS-paikannusta

Mittauksista on myös käytännön hyötyä.

- Yhdistämällä painovoimahavainnot sekä tiedot ilmanpaineesta ja hiukan teoriaa voidaan selvittää maanpinnan pystysuoraa liikettä, Virtanen kuvailee. - Tietoja sovelletaan muun muassa GPS-paikannukseen. Gravimetri näyttää olevan tulossa myös vesitalouden tutkimusvälineeksi.

Käymme vielä rakennuksen toisessa päässä, jossa on painovoimakentän numeroarvoja mittaava absoluuttinen gravimetri. Sen tarkkuus on vain tuhannesosa kentän muutoksia mittaavan suprajohtavan gravimetrin tarkkuudesta, mutta kojeita käytetäänkin hieman eri tarkoituksiin.

Seuraavana päivänä saan Heikki Virtaselta sähköpostia: "Aiheutit 1,603 suuruisen anomalian painovoiman kiihtyvyyden yhdeksänteen desimaaliin, joten painosi on alustavan tutkimuksen mukaan 54,5 kg." Mittauksen epätarkkuus on viisi kiloa, ja talvivaatteetkin painavat, joten kyllä se minä olen!


Palstan pitäjä Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.




 

Sisältö jatkuu mainoksen alla