ihmejakumma

By Jari Mäkinen, 9 tammikuu, 2017

Ihme ja kumma: Taidemuseo Louvren kellarissa on hiukkaskiihdytin.

Hiukkaskiihdyttimistä tulee yleensä mieleen hiukkasfysiikka ja luonnon pienimpien mysteerien tutkiminen. Todellisuudessa hiukkaskiihdyttimillä tehdään paljon muutakin: niillä voi valmistaa esimerkiksi lääketieteessä tarvittavia radioaktiivisia aineita, niitä voi käyttää ikään kuin mikroskooppeina sekä aineanalysaattoreina. Tutkittavat kohteet voivat olla niin korvaamattomia taide-esineitä kuin biopolttoainettakin.

Otsikkokuvassa tutkitaan vanhaa taulua Firenzessä, Italissa olevalla LABEC-kiihdyttimellä.

LABEC tulee sanoista Laboratorio di Tecniche Nucleari per i Beni Culturali, eli jotakuinkin "Ydintekninen laboratorio kulttuuriperintöä varten", ja tämä kertoo mitä laitos tekee: käyttää ydintekniikkaa vanhan taiteen sekä muun sellaisen tutkimiseen.

Järeimmillään tämä tarkoittaa sitä, että esimerkiksi taulua pommitetaan hiukkaskiihdyttimellä synnytetyllä hiukkassuihkulla, ja kun hiukkaset reagoivat taulussa olevan aineen kanssa, syntyy uusia hiukkasia, ja näitä analysoimalla voidaan saada selville monenlaisia asioita käytetyistä materiaaleista aina eri kerroksiin näkyvän pinnan alla.

Kopiot ja väärennökset paljastuvat yleensä helposti materiaalitutkimuksen keinoin.

Taulujen lisäksi samaa menetelmää voidaan käyttää patsaisiin, veistoksiin ja vaikkapa rakennusten osiin. Esimerkiksi arkeologisia löytöjä tutkittaessa voidaan myös määrittää varsin tarkasti niiden ikä.

Toinen kuuluisa taidekäytössä oleva hiukkaskiihdytin on hieman yllättävässä paikassa: Pariisissa Louvre-museon kellarissa. Museon kävijät eivät varmastikaan tule ajatelleeksi sitä, että legendaarinen taidemuseo on myös ydinlaboratorio.

Louvren hiukkaskiihdytin tunnetaan nimelllä AGLAE, eli  Accélérateur Grand Louvre d'analyse élémentaire, "Suuri Louvren alkeishiukkasanalyysikiihdytin".

Vaikka keskisen Euroopan maissa on runsaasti kulttuuriperintöä, riittää laitteilta tutkimusaikaa myös tieteelle. Niillä voidaan tutkia mm. biologisia ja fysikaalisia näytteitä, analysoida melkein mitä tahansa ja myös esimerkiksi tuottaa avaruussäteilyä vastaavaa säteilyä, jonka avulla voidaan testata elektronisten laitteiden säteilynsietokykyä.

Pariisin AGLAE on teholtaan 2 MeV ja Firenzen LABEC 3 MeV, eli kiihdyttiminä ne eivät ole huiman voimakkaita, mutta käyttötarkoitukseensa täysin sopivia.

Samankaltaista työtä tehdään myös Suomessa

Helsingin yliopiston Luonnontieteellisellä keskusmuseolla Luomuksella ja matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan fysiikan laitoksella on näiden yhteisesti pyörittämä Ajoituslaboratorio, joka tekee tutkimusta muun muassa Fysiikan laitoksen TAMIA hiukkaskiihdyttimellä, jota käytetään massaspektrometrinä samaan tapaan kuin taidetutkimuksessa.

Olennaisin käyttömuoto on radiohiilimääritys: radiohiilen (¹⁴C) määrän tarkka selvitys auttaa selvittämään näytteen ikää ja alkuperää.

Hyvän erimerkin tämän menetelmän monikäyttöisyydestä tarjoaa tapaus, missä Ajoituslaboratorioon saapui ulkomaiselta asiakkaalta polttoainenäyte, jonka bio-osuudeksi mitattiin matala 2,7 % arvo.

Asiakkaan kanssa keskusteltaessa kävi ilmi, että näytteen toimittanut yritys oli väittänyt polttoaineen sisältävän biopolttoainetta 80 %.

Polttoaineen bio-osuus voisaan sekin määrittää radiohiilen avulla, koska se kulkeutuuu ravintoketjun kautta ilmakehästä eliöihin.

Kaikkeen biomassaan – eli kaikkeen elolliseen – kertyy ilmakehän radiohiiltä fotosynteesin ja ravintoketjun kautta. Eliön kuoltua radiohiiltä ei enää kerry, vaan sen määrä alkaa laskea siten, että fossiilisesta materiaalista radiohiiltä enää löydetä. Biopolttoaine on valmistettu eloperäisestä aineesta, jolloin siitä löytyy aina myös radiohiiltä.

Bio-osuus selviää, kun määritetään missä osuudessa näytettä radiohiiltä on jäljellä. Voidaan esimerkiksi määrittää, kuinka paljon fossiiliseen dieseliin on sekoitettu bioperäistä uusiutuvaa dieseliä tai voidaan varmistaa, onko bioetanoli-bensiinisekoituksen etanoli todellisuudessa bioperäistä.

Bio-osuuksien määritysmenetelmää voidaan hyödyntää myös esimerkiksi voimalaitosten savukaasujen analysointiin. Piipusta ulos puskevasta savusta otetusta hiilidioksidinäytteestä voidaan mitata, kuinka paljon biopolttoainetta voimalaitos on polttanut tietyllä aikavälillä tai selvittää biomuovien bio-osuuksia. Käytännössä menetelmällä voidaan mitata mitä tahansa materiaalia, joka sisältää hiiltä.

Järein Suomessa oleva hiukkaskiihdytin on Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorion K-130, jonka teho on nimen mukaisesti 130 MeV. Jyväskylässä on myös Louvren ja Firenzen kiihdyttimien tyyppinen, materiaalifysiikan tutkimuksessa käytettävä laitteisto, jonka teho on 1,7 MeV.

Samankaltaisia kiihdyttimiä on monissa paikoissa ympäri maailman – ne eivät ole harvinaisuuksia, vaikka taiteelle pyhitetyt laitokset ovatkin.

Kuvat: LABEC, Wikipedia, CNRS / A. Cheziere ja Helsingin yliopisto / Marika Turtiainen

Tagit

By Jari Mäkinen, 6 tammikuu, 2017

Ihme ja kumma: Maa sekä Kuu Marsista katsottuna

Päivän kummallinen kuva tulee Marsista, ja on otettu itse asiassa jo marraskuun 20. päivänä viime vuonna.

Kyseessä on itse asiassa kaksi Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimen HiRISE-kameran ottamaa kuvaa, jotka on yhdistetty yhdeksi kuvaksi; näin Maa ja Kuu saatiin kuvaan oikealla tavalla valotettua.

Kummakin taivaankappaleen suhteellinen koko ja etäisyys toisistaan – Marsista tuolloin katsottuna – ovat luonnolliset.

Mikäli Maata lähestyvät alienit siis kuvaisivat meitä tänne lentäessään, ne näkisivät kotiplaneettamme ja sen kiertolaisen juuri näin.

Tai ei ihan, sillä todellisuudessa Kuu on paljon maapalloa tummempi. Jopa niin tumma, että Maan mukaan kuvaa valotettaessa ei Kuuta juuri näkisi. Siksi tässä kuvassa on kaksi eri tavalla valotettua kuvaa. Lisäksi kuva on otettu teleobjektiivilla – paljain silmin katsottaessa Maa on vain piste taivaalla.

Kuu ja Maa näyttävät olevan kuvassa myös suhteettoman lähellä toisiaan, mutta näin oli tuolloin Marsista katsottaessa – kaksikko ei ollut näkyvissä suoraan "sivulta" 20. marraskuuta sieltä suunnalta katsottaessa. Maan ja Kuun välinen etäisyys on noin 30 kertaa Maan halkaisijan verran.

Vaikka Maan kuvaaminen sinällään on kiinnostavaa, oli tärkein syy kuvien ottamiseen kuitenkin HiRISE-kameralaitteiston kalibrointi. Koska Maan ja Kuun värit sekä heijastusominaisuudet tunnetaan hyvin, voidaan niitä käyttää hyvin laitteiston säätämiseen.

Matkaa Maahan oli kuvan ottohetkellä Marista 205 miljoonaa kilometriä. Ja jos ihmettelette mikä on Maan pinnalla oleva punertava alue, niin se on Australia.

Tagit

By Jari Mäkinen, 5 tammikuu, 2017

Ihme ja kumma: Tämä oli kaikista pienin dinosaurus

Tiedetuubi tuo esille joka päivä kummallisuuden, ja tänään on vuorossa kaikista pienin löydetty dinosaurus, Compsognathus. Se oli kooltaan vain ison kanan kokoinen, mutta ulkonäöltään kuin isommat dinosaurukset.

Compsognathuksen fossiileja on löytynyt vain kaksi kappaletta, yksi Saksasta 1850-luvulla ja toinen Ranskasta vuonna 1971. Näistä on pystytty päättelemään millaisesta eläimestä oikein oli kyse: nämä dinot olivat vain noin 60–70 cm pitkiä ja niiden massa oli ainoastaan pari kolme kiloa.

_{Juttu jatkuu mainoksen jälkeen}

Pikkudino eli jurakaudella 155–145 miljoonaa vuotta sitten ja pienestä koostaan huolimatta se oli oikea hirmulisko, joskin se saalisti ravinnokseen vain kokoaan pienempiä liskoja ja suurikokoisia hyönteisiä.

Todennäköisesti Compsognathus oli nopea ja ketterä juoksija, joten se pystyi spurttaamaan nopeasti saaliinsa perään – ja myös pinkomaan karkuun saalistajiaan.

Laji oli siitä erikoinen, että vain sillä oli eturaajoissaan vain kaksi kynnellistä sormea.

Compsognathus on ollut mukana luonnollisesti myös Jurassic Park -elokuvissa. Näistä esiintymisistä ja Compsognathuksista enemmänkin kerrotaan enemmän täällä: jurassicpark.wikia.com/wiki/Compsognathus.

Tagit

By Jari Mäkinen, 3 tammikuu, 2017

Ihme ja kumma: Tällainen on lumihiutale mikroskoopissa

Myös Suomen eteläiseen ja lounaiseen kolkkaan saatiin jälleen lunta. Millaista on oikeasti se valkoinen aine, mitä saatiin taas lapioida sivuun teiltä ja tantereilta?

Se, että lumihiutaleet ovat kuusisakaraisia, ei liene yllätys kenellekään. Mutta tämän näkeminen mikroskoopilla on silti yllättävää: vesi on oikeasti jäätynyt tähän omalaatuiseen muotoon ja sakaroissa on kiinni pieniä jäälevyjä.

Itse asiassa kuvan kaltaiset kauniit kuusisakaraiset lumihiutaleet ovat varsin harvinaisia, sillä varsin usein ne ovat levymäisiä tai naulasia, tai enemmän tai vähemmän epätäydellisiä tähtiä. Kiteiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta, sekä tietysti siitä, kuinka pitkän matkan ilmassa ne ovat leijailleet alas ja millaiset olosuhteet olivat matkan varrella.

Kuusisakarainen tai -kulmainen muoto on kuitenkin aina näkyvissä, koska veden molekyylirakenteessa on jokaista happiatomia kohti kaksi vetyatomia ja niiden välisistä sidoksista johtuen jääkiteissä toistuu aina 120°:n kulmia tuottava kiderakenne.

Olennaisin vaikuttava tekijä lumihiutaleen muodolle on lämpötila: lähellä nollaa syntyy tyypillisesti levyjä ja pikkupakkasessa pilareita. Noin 10 – 20°C:n välillä syntyy jälleen levyjä ja sen kylmemmällä puolella jälleen pilareita.

Monihaaraiset, tähtimäiset kuviot syntyvät yleensä ilman kosteuden ollessa suuri, ja kuivassa syntyy yksinkertaisempia kiteitä.

Maan pinnalla lumihiutaleita katsellessa kannattaa myös muistaa, että ne tarttuvat helposti toisiinsa ja saattavat jopa sulaa sekä jäätyä kiinni naapureihinsa, jolloin tuloksena saattaa olla isojakin klönttejä, jotka eivät enää ole sinällään kuusikulmaisia.

Yleensä sade alkaa kaikkialla aina jääkiteinä. Tyypillisesti sadepilven yläosassa on pakkasta, joten siellä kasvaa pieniä jääkiteitä ja alijäähtyneitä vesipisaroita. Kun pilvessä oleva ilman noste enää kannattele niitä paikallaan, alkavat ne pudota alaspäin. Sateessa nämä sulavat nopeasti, mutta kun ilma on kylmää, ne kestävät alas pinnalle saakka – sekä kehittyvät vielä siinä matkalla edelleen.

Lumi on ihana asia – erittäin konkreettinen osoitus luonnon toiminnasta sekä luonnonlaeista!

Kuva: Wikimedia / Jacopo Werther

Tagit

By Jari Mäkinen, 2 tammikuu, 2017

Ihme ja kumma: Akaatti katsoo suoraan silmiin

Uusi viikko ja samalla Tiedetuubin uusi vuosi alkaa akaatin katseella.

Akaatti on varsin omalaatuinen, niin sanottu piilokiteinen kvartsimineraali. Sen kiteet ovat mikroskooppisen pieniä, ja niihin värit tarttuvat hyvin heposti, jolloin tuloksena on usein kuoria ja kerroksia, jotka ovat eri värisiä, läpikuultavia ja lasikiiltoisia.

Tyyillisin akaatin väri on maitomaisen vaalea, mutta lisäksi yleisiä ovat vihreän ja sinisen sävyt, ja toisinaan mukana on – kuten kuvassa – punertavia ja ruskeahkojakin värejä.

Akaatti on tuliperäinen kivilaji ja sen raitakuviot syntyvät rytmisen kiteytymisen myötä.

Kun emäkivi kiteytyy samanaikaisesti kivessä olevassa kuopassa tai ontelossa olevien kaasukuplien kanssa, muodostuu tähän kivessä olevaan onteloon kerroksellinen, toisinaan hyvinkin jännältä näyttävä akaatti vulkaanisen laavan piitä sisältävien happojen kyllästämien vesitippojen jäähtyessä.

Akaatti siis kasvaa ontelon seinämistä sisäänpäin, jolloin sen ulko-osat saattavat olla rumia ja rapautuneita, mutta sisältä ne ovat kauniita ja sileitä.

Sisustaan saattaa muodostua myös kiteitä, kuten esimerkiksi ametistia ja savukvartsia.

Nimensä akaatti on saanut Sisiliassa olevasta Achates-joesta, mistä antiikin aikaan tuotiin koristeiksi runsaasti mineraaleja.

Akaattia löydetään ympäri maailman, lähimmillään Euroopassa muun muassa Saksassa ja Tšekissä.

Myös Suomessa on merkittävä akaattipesä: Huittisten Karhiniemessä esiintyy syntyperältään maailmassa harvinaisia akaatteja, jotka ovat syntyneet noin 560 miljoonaa vuotta sitten törmänneen meteorin iskun sulattaessa alleen osuneita kiviä. Huittisten ja Kokemäen seudun erikoiset laavamaiset, akaattipitoiset lohkareet löydettiin 1960-luvun lopulla.

Lue lisää akaatista täältä Mindat.org -sivustolta.

Tagit

By Jari Mäkinen, 20 lokakuu, 2016

#ihmejakumma - Tämä oli ensimmäinen Mars-kulkija

2. joulukuuta vuonna 1971 Marsiin laskeutunut neuvostoliittolainen Prop-M on ensimmäinen punaiselle planeetalle lähetetty kulkija. Se lensi Marsiin Mars 3 -luotaimen mukana ja matkasi planeetan pinnalle laskeutujan kyydissä.

Toimintaan 15-metrisen kaapelin päässä ollut, kelkkamainen kulkija ei koskaan päässyt, koska laskeutuja lakkasi toimimasta vain noin 14 sekuntia laskeutumisensa jälkeen. Marsissa oli tuolloin käynnissä juuri tuolla alueella harvinaisen voimakas pölymyrsky, joka on saattanut vaikuttaa laskeutujan rikkoontumiseen.

Kuvassa oleva koekappale on näytteillä Pietarissa olevassa avaruusmuseossa. Kulkija rakennettiin alun perin Pietarissa, joka tosin tuolloin oli Leningrad.