Voita matka painottomuuslennolle

Zero-G -Airbusin sisällä
Zero-G -Airbusin sisällä

Jos haluat mukaan painottomuuslennolle, niin nyt se on mahdollista: ota osaa kilpailuun ja voita paikka painottomuus-Airbusissa!

Euroopan avaruusjärjestö tekee painottomuuteen liittyvää tutkimusta ja kouluttaa avaruuslentäjiään erikoisvarustetulla Airbus-lentokoneella, joka tekee lentojaan Ranskan Bordeaux'sta. Normaalisti ulkopuoliset eivät pääse lentämään koneella, mutta nyt ESA tarjoaa mahdollisuuden voittaa paikka tällaisella lennolla. Tätä lähemmäksi avaruuslentoa ei pääse ilman nousua avaruuteen!

Kilpailussa voittona on kaksi paikkaa painottomuuslennolla lokakuussa 2013 ja palkintoon kuuluu matka Bordeaux'iin, ylläpito siellä ja osallistuminen lennolle. Lennolle, ja siten myös kilpailuun, voivat ottaa osaa vain 18 vuotta täyttäneet ESAn jäsenmaiden kansalaiset, jotka täyttävät erikoislennolle vaadittavat terveysvaatimukset.

Osallistu mukaan täällä: ESAn painottomuuslentokilpailu.

Kilpailu päättyy 21. heinäkuuta klo 12 Keski-Euroopan aikaa. Voittajille ilmoitetaan elokuun lopussa ja lento tapahtuu 25. lokakuuta. Vain yksi osallistuminen per henkilö on sallittu!

Kilpailun säännöt (englanniksi) ovat ESAn nettisivuilla. T-Tuubi ei ole mukana toteuttamassa kilpailua, vaan osallistuu ainoastaan siitä tiedottamiseen.

Kilpailu liittyy ESAn ja Sony Pictures International -yhtiön kampanjaan kesällä elokuvateattereihin tulevasta, mm. Will Smithin tähdittämästä After Earth -tieteiselokuvasta, missä kyse on maapallon tulevaisuudesta. Elokuvassa päähenkilö on jumissa tulevaisuudessa, jolloin Maa on (ainakin elokuvan tarinassa) saastunut ja sen ekosysteemi on pahasti vaurioitunut.

ESA (kuten T-Tuubikin) on huolissaan maapallon tilasta ja haluaa osaltaan vaikuttaa siihen, ettei tämä tulevaisuuskuva toteudu. Siksi elokuvan markkinoinnin yhteydessä kerrotaan maapallon tutkimuksesta ja siitä, miten avaruustekniikka ja -tutkimus voivat auttaa Maan tilan tuntemusta ja ohjata päätöksentekoa sellaiseksi, että toimiemme vaikutukset ovat vähemmän tuhoisia. Kilpailun avulla pyritään saamaan asialle lisää huomiota – aiheesta.

KAIRA vihittiin käyttöön Kilpisjärvellä

KAIRA, ilmakuva
KAIRA, ilmakuva
1. kesäkuuta 190 MHz:n taajuudella tehty havainto.

Suomen suurin radioteleskooppi otettiin käyttöön Kilpisjärvellä eilen torstaina 6.6.2013. Kyseessä on uudenlainen ns. LOFAR-teleskooppi, joka yhden ison antennin sijaan koostuu monista pienistä, sähköisesti suunnattavista antenneista.

Ilmasta katsottuna Kilpisjärvelle rakennettu KAIRA-radiovastaanotinasema ei siksi näytä yhtä upealta kuin esimerkiksi Sodankylässä oleva EISCAT-tutkan kumisten kääntyvä lautasantenni, mutta se on parempi, tehokkaampi ja edullisempi. KAIRA:ssa käytetään lukuisten yksittäisten lanka- ja paneeliantennien yhdistelmää ja radioastronomian tarpeisiin kehitettyä digitaalista signaalinkäsittelyä.

Kaikkiaan KAIRA-asemalla on yli 1500 yksittäistä radioantennia. Ilman liikkuvia osia, käyttämällä sähköistä signaalien vaiheistukseen perustuvaa ohjausta ryhmäantenni pystyy muuttamaan katselusuuntaansa sekunnin murto-osassa. Lisäksi digitaalinen signaalinkäsittely mahdollistaa samanaikaisesti useita katselusuuntia. Itse asiassa on mahdollista kuvata koko taivas suurella tarkkuudella millä tahansa hetkellä.

KAIRA voi toimia joko itsenäisesti passiivisena radiovastaanottimena tähtitieteellisissä mittauksissa tai tutkavastaanottimena sekä Tromssan EISCAT VHF -suurtehotutkalähettimelle että muille Fennoskandian VHF-lähettimille.

Vastaavia laitteistoja maailmassa on Keski-Euroopassa toimiva LOFAR-verkosto, johon kuuluu 44 asemaa eri maissa, sekä Yhdysvalloissa ja Australiassa. Useista radioteleskoopeista LOFARin ja KAIRAn erottaa se, että mittauksissa käytetään melko pitkäaaltoisia ns. HF- ja VHF-radioaaltoja, joiden aallonpituus on metreistä kymmeniin metreihin. Yleisempää radioteleskoopeissa on käyttää lyhytaaltoisempia radioaaltoja. Esimerkiksi Metsähovin radioteleskoopilla havaitaan senttimetri- ja millimetriluokan aallonpituuksia.

Myös maailman suurin radioteleskooppi, Etelä-Afrikkaan ja Australiaan tekeillä oleva SKA, Square Kilometre Array, perustuu LOFAR-tekniikkaan.

Merkittävä teknologiapanostus Lappiin

Nimi KAIRA tulee sanoista Kilpisjärvi Atmospheric Imaging Receiver Array ja se kertoo havaintolaitteen tärkeimmästä tehdävästä: sillä voidaan tutkia ja eräällä tapaa jopa kuvantaa ilmakehän eri kerroksia ja avaruutta lähiavaruudesta aina syvään avaruuteen saakka. Tärkeä tutkimuskohde tulevat olemaan Auringon toiminnan vaikutukset ilmakehässä.

KAIRAlla voidaan selvittää esimerkiksi revontulina näkyvien, Auringosta saapuvien sähköisten hiukkasten aiheuttamia kemiallisia muutoksia yläilmakehässä. KAIRAlla voidaan saada myös uutta tietoa avaruussäästä, johon Auringon toiminta vaikuttaa. ”Lähiavaruuden ja avaruussään merkitys ihmiskunnalle on kasvamassa. Uuden tiedon avulla voimme ymmärtää niitä paremmin ja esimerkiksi ennustaa avaruussäätä”, kertoo johtaja Esa Turunen Sodankylän geofysiikan observatoriosta.

Auringon avaruussäähän aiheuttamat vaihtelut voivat vioittaa ja tuhota lähiavaruudessa maata kiertäviä satelliitteja. ”Esimerkiksi GPS-paikantaminen lisääntyy jatkuvasti ja epäonnistuu, jos avaruussää aiheuttaa GPS-satelliittien signaaleihin odottamattomia häiriöitä. Avaruussäällä on muitakin haitallisia vaikutuksia ihmisen käyttämään teknologiaan”, jatkaa Turunen.

Tutkalla voidaan myös havaita mm. Maan ohi kulkevia asteroideja ja kartoittaa avaruusromua. Sodankylän geofysiikan observatoriossa (SGO) on 1900-luvun alusta lähtien tutkittu Maan ilmakehää ja lähiavaruutta. Suomella on kansainvälisesti johtava asema tietyillä radiotieteen aloilla. Observatoriossa on muun muassa kehitetty uraa uurtavia menetelmiä tutkia lähiavaruutta tutkamittauksilla.

Oulun yliopistoon kuuluva Sodankylän geofysiikan observatorio onkin KAIRAn perustaja. KAIRA liittyy myös Pohjois-Skandinaviassa toimivaan EISCAT-tutkajärjestelmään. Sen päälähetin on 80 kilometrin päässä Tromssassa Norjassa ja KAIRA toimii sen signaalien vastaanotinasemana. KAIRAn avulla kehitetään osaltaan suunnitteilla olevaa EISCAT_3D-järjestelmää. Se on toteutuessaan maailman edistyksellisin suurtehotutka yläilmakehän ja Maan lähiavaruuden tutkimukseen.

1. kesäkuuta 190 MHz:n taajuudella tehty havainto.

KAIRA on toistaiseksi suurin yksittäinen mittalaiteinvestointi SGO:n satavuotisessa historiassa. Oulun yliopisto on rahoittanut sitä 475 875 euron infrastruktuurirahoituksella ja SGO sijoittanut 418 625 euroa.

EU-tukena Lapin liiton koordinoima EAKR-rahoitus on ollut 320 000 euroa ja Sodankylän kunnan tuki on 50 000 euroa. Kaikkiaan kustannukset ovat olleet 1,263 miljoonaa euroa. ”Oulun yliopiston tavoitteena on olla vahva kansainvälinen tutkimuspainotteinen yliopisto. Sodankylän geofysiikan observatorio edustaa tutkimuksen kärkeä parhaimmillaan. Se tekee kansainvälisesti korkeatasoista perustutkimusta, jolle on nähtävissä suorat käytännön sovellukset”, sanoo Oulun yliopiston rehtori Lauri Lajunen.

Rehtori Lajunen vihki KAIRAn käyttöön eilen, 6. kesäkuuta 2013 Kilpisjärvellä. KAIRAN tapahtumia voi seurata mm. KAIRA-blogissa.

Tämän tekstin pohjana on Oulun yliopiston tiedote.

Päivän kuva 28.5.2013: Peltipurjeveneellä pohjoiseen

Ranskalainen Tara Expedition on omalaatuinen tutkimusmatka Jäämerelle. 36-metrinen, metallinen, varta vasten vaikeita jääolosuhteita varten tehty alus lähti 19. toukokuuta kolmannelle matkalleen kohti pohjoista.

Ensimmäisen kerran Tara seilasi arktisia meriä vuonna 2006; se lähti neitsytmatkalleen elokuussa 2006 ja vietti tutkijaryhmä mukanaan kaksi vuotta Jäämeren jäämassojen mukana ajautuen tällä Tara Arctic -purjehduksellaan, kunnes palasi takaisin Ranskaan helmikuussa 2008.

Matka oli osa kansainvälistä polaarivuotta ja sen tutkimusohjelmaa, sekä kuului myös DAMOCLES (Developing Arctic Modelling and Observing Capabilities for Long-term Environmental Studies) -tutkimukseen.

Matka oli samankaltainen kuin norjalaistutkijoiden Fridtjof Nansenin, Otto Sverdrupin, Oscar Wistingingin ja Roald Amundsenin 1800-luvun lopussa mm. Fram-aluksella tekemät matkat pohjoiseen; jään mukana liikkuminen on hyvä tapa tehdä pitkäkestoisia tutkimuksia ja selvittää miten jää liikkuu pohjoisella merellä. Lisäksi se on käytännössä ainoa tapa liikkua vaikeissa jääolosuhteissa, missä nykyisilläkin jäänmurtajilla olisi vaikeuksia tehdä matkaa omin moottorein.

Taran toinen matka, Tara Oceans, alkoi vuonna 2009 ja päättyi viime vuonna. Nyt pohjoisessa ajelehtimisen sijaan se teki maailmanympärimatkan hiilidioksidimittauksia tehden ja merian mikro-organismeista näytteitä keräten.

Tämän nyt alkaneen matkan tarkoituksena on purjehtia pohjoisen jäämeren ympäri kesäkauden aikana jääolosuhteita tutkien. Suunnitelman mukaan Tara kulkee kuuden kuukauden aikana 25 000 km pohjoisnapaa ympöröivää jääpeitettä seuraten ja välillä maihin poiketen. Nyt pelkän tutkimisen lisäksi Taran matkalla halutaan kiinnittää huomiuota ilmastonmuutokseen ja siihen, millä nopeudella pohjoisen jäätilanne on muuttumassa.

Aluksen ylläpito maksaa noin kolme miljardia euroa vuodessa ja summa saadaan kokonaan lahjoituksista ja yksityisistä varoista. Voit tukea Taraa helpoiten ostamalla tuotteita sen nettisivujen verkkokaupasta.

Sota hyttysiä vastaan

Malariahyttynen
Malariahyttynen

Hyttyskausi on alkamassa Suomessa, ja ennusteet hyttysten määrästä vaihtelevat. Tropiikissa ennustaminen on helpompaa: hyttysiä on, ja paljon.

Valitettavasti mukana on myös malariahyttysiä, jotka kantavat maailman tappavinta sairautta. Siihen sairastuu yli 500 miljoonaa ihmistä vuodessa ja kuolee yli miljoona, etenkin Saharan eteläpuolisessa Afrikassa.

Yllättäen apua malarian, eli horkan, torjuntaan tulee Suomesta, Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun matematiikan ja fysiikan laitokselta, missä mallinnetaan malarian etenemistä ja tutkitaan taudin leviämisen dynamiikkaa matemaattisen epidemiologian keinoin. Tavoitteena on kehittää olemassa olevia karkotusmenetelmiä paremmiksi ja parantaa suojautumiskeinoja.

Professori Heikki Haarion ja tutkijaopettaja Matti Heiliön johdolla etenevä hanke etsii muun muassa vastauksia siihen, miten ja millainen hyttysverkkoihin lisätty myrkky toimii malariaa levittävien hyttysten karkottimena ja miten toimivat erilaiset hajuun perustuvat karkotteet, kuten hajusteet ja hyttyskierukat. Vaikka pääkohteena ovat malarialoista levittävät Anopheles-suvun hyttyset, voidaan tuloksia luonnollisesti käyttää soveltaen myös kotoisia hyttysiä vastaan.

Sotaa hyttyiä vastaan käydään pääasiassa matematiikan avulla: tilastollinen problematiikka auttaa selvittämään kuinka paljon ja kuinka tiheässä eri karkoteyksikköjä pitäisi olla, jotta teho alkaa näkyä ja hyttysten todennäköisyys lisääntyä pienenee. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää muun muassa karkotekemikaalien valmistuksessa sekä niillä lääketieteen aloilla, joilla karkotteita tuotetaan.

"Tuloksilla on suora vaikutus hyvinvointiin malariasta kärsivillä alueilla. Hyttyskarkotteilla voidaan vähentää malariakuolleisuuden ja malariaan sairastuneiden lukumäärää sekä vähentää malaria-taudin esiintyvyyttä", Heiliö toteaa.

Toisessa tutkimuksessa selvitetään ja mallinnetaan matemaattisesti prosessia, mitä ihmiskehossa tapahtuu malariaan sairastumisen
ja sairastamisen aikana.

Yleistäen malariaan sairastuminen tapahtuu siten, että hyttynen tuo ihmisen verenkiertoon Plasmodium-suvun itiöeläimen, loisen, joka kulkeutuu ihmisen maksaan. Maksassa loinen lisääntyy ja leviää veren punasoluihin. Pahin viidestä eri tunnetusta loisalalajista on Plasmodium falciparum, joka kykenee tartuttamaan kaikkia veren punasoluja. Valitettavasti se on tropiikin yleisin malarialoinen.

Lappeenrantalaismatemaatikot mallintavat ugandalaisen Makerere-yliopiston tutkijoiden kanssa sairastumista, taudin etenemistä ja etenkin sitä, mitä ihmisen aineenvaihdunnassa tapahtuuu sairauden aikana: ugandalaiset lääketieteen ja mikrobiologian tutkijat vastaavat tutkimustensa perusteella malariataudin kulun mallintamisesta ja Lappeenrannassa analysoidaan mallia ja tutkitaan, miten luotettava malli on, mitkä ovat sen kriittisiä kohtia ja miten sitä voidaan parantaa.

Malarian vaikutuksista kertovan mallin tutkimus liittyy inversio-ongelmiin ja erityisesti mallien luotettavuuden selvittämiseen, jotka ovat Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun eräs vahvuuksista. Mallien epävarmuuteen liittyvää tutkimusta hyödynnetään muun muassa ilmastoa ja säätä kuvaavien mallien, kemiallisten prosessien ja mittausmenetelmien tutkimuksessa.

Malariaan liittyvät tutkimukset saivat alkunsa osana kansainvälistä East-Africa Technomathematics -hanketta, joka yhdistää opiskelijoita ja tutkijoita Tansanian, Rwandan, Ugandan ja Suomen välillä. Hanke edistää matemaattisten välineiden kehitystä ja käyttöä kehitysmaissa sekä kasvattaa alueella tietoisuutta matemaattisten tieteiden opiskelusta ja soveltamismahdollisuuksista. Lappeenrannassa työskentelee kevään 2013 ajan kaksi tansanialaista opiskelijaa, jotka valmistelevat malariatutkimukseen liittyviä opinnäytetöitä. Laitoksella on tutkijana myös saman aihepiirin tohtoriopiskelija Tansaniasta.

"Matemaattisten taitojen tarve on Itä-Afrikassa suuri, sillä yhteiskunnan kehityksen ja eri tieteenalojen tutkimuksen tukena tarvitaan tietoa laskennasta, tietotekniikasta ja matemaattisten mallien soveltamisesta", kertoo Matti Heiliö. Hän on tehnyt jo vuodesta 2002 yhteistyötä afrikkalaisten tutkijoitten kanssa, ensin Dar es Salaamin yliopiston kanssa ja sittemmin useamman Itä-Afrikassa sijaitsevan
yliopiston kanssa.

"Matematiikkaa tarvitaan teknologian, lääketieteen, liikennejärjestelmien ja yhteiskunnan infrastruktuurin rakentamiseen. Tämä on sellaista kehitysaputoimintaa, jonka vaikutus ulottuu pitkälle", Heiliö toteaa.

Juttu perustuu Lappeenrannan teknillisen yliopiston tiedotteeseen

Musiikki on geeneissä

Osaatko soittaa? En minäkään, vaikka yritystä on ollut. Vika ei välttämättä ole harjoittelun vähäisyydessä tai laiskassa suhtautumisessa treenaamiseen. Perimällä on merkittävä osa ihmisen musikaalisuudessa.

Musikaalisuus, halu kuunnella musiikkia ja musiikillinen luovuus juontavat geenitasolla samoille alueille kuin oppiminen, muisti, sosiaalinen vuorovaikutus ja kiintymyksen syntyminen, osoittaa Helsingin yliopistossa 10.5. tarkastettu väitöstutkimus.

FM Liisa Ukkola-Vuoti on tutkimuksessaan selvittänyt musikaalisuuden, musiikin kuuntelemisen ja musiikillisen luovuuden biologista taustaa. Tutkimus on tuottanut kiinnostavaa tietoa musiikkiin ja luovuuteen liittyvistä aivojen alueista ja löytänyt uusia ehdokasgeenejä.

Musiikin neurofysiologisista vaikutuksista ihmisen aivoihin on olemassa runsaasti tutkimusta, mutta molekyylitason tutkimusta musikaalisuuden ja siihen liittyvien ominaisuuksien periytyvyydestä ja biologisesta taustasta on ollut vain vähän.

Geneettisten tutkimusmenetelmien kehittyminen on luonut uusia työkaluja ja mahdollistanut musikaalisuuden taustalla vaikuttavien geneettisten muutosten etsimisen.

Ukkola-Vuotin tutkimuksessa hyödynnettiin suomalaista tutkimusaineistoa, ja tutkimuksessa käytettiin myös koko perimän kattavia analyyseja. Tutkimus vahvisti käsityksen, jonka mukaan musikaalisuus on vahvasti perinnöllinen ominaisuus. Silti myös ympäristötekijät, kuten musiikille ”altistuminen”, vaikuttavat musikaalisuuden kehittymiseen.

Musikaalisuudessa perinnöllinen osuus oli 44 prosenttia ja musiikillisessa luovuudessa 84 prosenttia. Korkeat musikaalisuustestipisteet korreloivat musiikillisen luovuuden kanssa ja aktiivinen musiikin kuunteleminen musiikkikoulutuksen kanssa.

Tutkimuksessa tarkasteltiin viiden ehdokasgeenin, AVPR1A, SLC6A4, COMT, DRD2 ja TPH1, vaikutusta musikaalisuuteen, musiikilliseen luovuuteen ja musiikin kuuntelemiseen. Kaikki tutkitut ominaisuudet liittyivät AVPR1A geeniin, joka on aikaisemmissa tutkimuksissa liitetty sosiaaliseen kommunikaatioon ja kiintymykseen.

Koko perimän kattavassa kopiolukumuutoksia käsittelevässä tutkimuksessa havaittiin, että musikaalisuuteen liittyvät geenialueet sisälsivät hermosolujen kehittymiseen, oppimiseen ja muistiin liittyviä geenejä, kuten PCDHA geeniperheen.

Ukkola-Vuotin mukaan musiikilliseen luovuuteen liittyviä geenejä etsiessä päädyttiin usein geeneihin, jotka oli aikaisemmin yhdistetty muistiin, hermosoluliitosten muovautumiseen ja neuropsykiatrisiin sairauksiin.

Voimakkaimmin musiikilliseen luovuuteen liittyi mantelitumakkeen toimintaan vaikuttava PRKG1 -geeni. Tulos tukee hypoteesia, jonka mukaan neuropsykiatrisille sairauksille altistavat geneettiset tekijät saattavat vaikuttaa positiivisesti luovuuteen, älykkyyteen tai muistiin.

Liisa Ukkola-Vuotin väitöskirja Search for Genetic Variants Underlying Musical Aptitude and Related Traits on myös elektroninen julkaisu ja luettavissa E-thesis -palvelussa.

Päivän kuva 19.5.2013: Veneilyä mittalaitteessa

Super-Kamiokande eli Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment on Japanissa, lähellä Hidan kaupunkia sijaitseva neutrino-observatorio. Kilometrin syvyydessä maan alla oleva instrumentti muodostuu 41 metriä korkeasta ja 39 metrin läpimittaisesta sylinterimäisestä terässäiliöstä, jossa on 50 000 tonnia vettä. Yli 13 000 ilmaisinta tarkkailee Tšerenkovin säteilyä, jota syntyy neutriinoiden irrottamien vesimolekyylien elektronien liikkuessa vedessä valoa nopeammin. Elektronit eivät kuitenkaan ylitä valon nopeutta tyhjiössä, mikä on maailmankaikkeuden ylittämätön nopeusrajoitus.
© Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo

Havaintokohteena harvinaisin alkuaine

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa CERNissä on saatu ensimmäisen kerran mitattua harvinaisen, halogeeneihin lukeutuvan radioaktiivisen alkuaineen astatiinin eli astaatin ionisaatiopotentiaali. Alkuaineen ionisaatiopotentiaali kertoo energiamäärän, joka tarvitaan yhden elektronin irrottamiseen atomista eli sen muuttamiseen positiivisesti varatuksi ioniksi. Ionisaatiopotentiaalin suuruus liittyy myös alkuaineen kemialliseen reaktiivisuuteen ja sen muodostamien yhdisteiden pysyvyyteen. Astatiinia arvioidaan olevan luonnossa ainoastaan joitakin kymmeniä grammoja, mutta CERNissä alkuainetta pystytään valmistamaan keinotekoisesti suuntaamalla energinen protonisuihku uraanikohtioon. Hiukkastörmäyksen tuloksena syntyy erilaisia alkuaineita. Ionisaatiopotentiaalin mittaukseen käytettiin tekniikkaa, joka tunnetaan yksinkertaisesti laserresonanssi-ionisaatiospektroskopiana. 2000 celsiusasteen lämpötilassa olevaan eri alkuaineista koostuvaan kaasuun kohdistetaan lasersäteitä, jotka ionisoivat osan atomeista. Positiivisesti varautuneet ionit erotellaan sähkö- ja magneettikenttien avulla, jolloin saadaan aikaan yhden ainoan alkuaineen yhdestä ainoasta isotoopista koostuva ionisuihku. Tällä menetelmällä CERNin tutkijat saivat mitattua ISOLDE-koelaitteistolla astatiinin ionisaatiopotentiaaliksi 9,31751 elektronivolttia.

Saavutus oli merkittävä, sillä astatiini oli viimeinen luonnossa esiintyvä alkuaine, jolle kyseistä mittausta ei ollut aiemmin onnistuttu tekemään. Harvinaisuudestaan huolimatta astatiinia voidaan mahdollisesti käyttää syövän säteilyhoidoissa. Nyt tehtyjen havaintojen toivotaan olevan myös avuksi, kun tutkijat tarkentavat superraskaiden alkuaineiden rakennetta ennustavia teorioita. Tällä hetkellä raskaimman tunnetun alkuaineen järjestysluku on 117. Astatiini, järjestysluvultaan 85, löydettiin vuonna 1931 ja sitä valmistettiin keinotekoisesti ensimmäisen kerran vuonna 1940, kun vismuttikohtiota pommitettiin alfahiukkasilla eli heliumytimillä. Edelliset astatiinista tehdyt spektrimittaukset ovat vuodelta 1964, jolloin havaittiin 70 nanogramman suuruisesta näytteestä lähtevää ultraviolettisäteilyä. Astatiini on hyvin epävakaa alkuaine ja sen pitkäikäisimmänkin isotoopin puoliintumisaika on 8,1 tuntia. Tutkimus on julkaistu Nature Communications -verkkolehdessä.

Darwinin muurahaiset

Filosofian maisteri Jonna Kulmunin väitöstyössä selvitettiin lajien syntymiseen liittyviä mekanismeja muurahaisella. Työssä havaittiin erikoinen ilmiö kahden muurahaislajin risteymän välillä: koiraiden ja naaraiden perimät eroavat toisistaan huomattavasti. Tämä rikkoo periytymisen perussääntöjä ja on hyvin harvinaista suvullisesti lisääntyvien lajien joukossa.

Eri-ikäisten koiraiden ja naaraiden vertailu osoitti sukupuolten välisten erojen syyksi sen, että luonnonvalinta toimii eri tavoin eri sukupuolissa. Naaraissa edulliset geenimuodot ovat haitallisia koiraissa. Tämä ainutlaatuinen ilmiö saa alkunsa kahden kekomuurahaislajin risteytymisestä.

Tällaiset muurahaiset ovat muutakin kuin luonnon kummallisuus. Ne kertovat myös geneettisistä eroista, jotka pitävät lajit erillään. Tutkimuksessa havaittiin, että lisääntymisesteenä toimivia perimän alueita on paljon niinkin läheisten lajien kuin tupsukekomuurahaisen ja kaljukekomuurahaisen välillä: ne ovat lajeina eronneet toisistaan noin 500 000 vuotta sitten.

Lajit pystyvät yhä risteytymään ja joissakin tapauksissa se voi jopa pysäyttää alkavan lajiutumisen. Toinen vaihtoehto on, että lajien välinen risteytyminen johtaa uuden lajin syntymiseen. Tämän ilmiön on viime aikoina huomattu synnyttäneen suuren osan nykyisistä lajeista.

Väitöstyössä tutkittiin myös geeniperheitä ja uusien geenien syntymistä. Geeniperheet ovat joukko samankaltaisia geenejä, joilla on yhteinen alkumuoto. Tutkimuksessa etsittiin hajuviestintään liittyviä geenejä seitsemän eri muurahaislajin perimästä.

Geenien havaittiin kahdentuneen ja niiden määrän kasvaneen useissa muurahaislajeissa. Luonnonvalinta on todennäköisesti suosinut hajuviestintään liittyvien geenien määrän kasvua muurahaisella. Geenimäärä kasvaa keskimäärin 45 prosenttia 100 miljoonassa vuodessa.

Proteiinimallien avulla havaittiin, että luonnonvalinta on erityisesti suosinut hajuaineita sitovien proteiinien varausvaihtelua. Pinnan varausvaihtelulla on todennäköisesti suora yhteys proteiinien toimintaan. Proteiinimallien käyttäminen evolutiivisissa tutkimuksissa on vielä vähäistä, mutta ilmeisen hyödyllistä, sillä sen avulla voidaan tunnistaa luonnonvalinnan kohteena olleet proteiinin ominaisuudet.

Filosofian maisteri Jonna Kulmunin väitöskirja Lajien väliset geneettiset erot ja näiden merkitys adaptaatiossa ja lajiutumisessa muurahaisella tarkastettiin Oulun yliopiston luonnontieteellisessä tiedekunnassa 10.5.2013.

Päivän kuva 14.5.2013: Peltojen palapeli

Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinnon NASAn Terra-satelliitin kuvassa näkyy Sudanissa, Khartumin eteläpuolella levittäytyvien keinokasteltujen peltojen muodostama tilkkutäkki. Vaaleat alueet ovat kyliä, jotka sijaitsevat Valkoisen ja Sinisen Niilin välissä. Alue kuuluu Al Jazirahin osavaltioon, joka on Sudanin toiseksi suurin.
(© NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS, U.S./Japan ASTER Science Team)

Atomin ydin on päärynä!

”Peruna on pyöreä, peruna on soikea…” lauletaan vanhassa lastenlaulussa. Atomien ytimet sen sijaan eivät ole likikään aina pyöreitä eivätkä soikeita vaan muistuttavat muodoltaan päärynää. Tai ainakin osa niistä.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on tehnyt Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa CERNissä kokeita, joiden perusteella jotkut atomin ytimet voivat olla hyvin epätavallisen muotoisia. Useimmat luonnossa esiintyvät atomin ytimet eivät ole muodoltaan pallomaisia, vaan voivat olla esimerkiksi soikeita kuten amerikkalainen jalkapallo. Parhaat teoreettiset ydinrakennemallit ennustavat tämän ilmiön.

Samat teoreettiset mallit ennustavat tietyille atomin ytimille ja tietyille protonien ja neutronien yhdistelmille hyvin epäsymmetrisen, päärynää muistuttavan muodon. Tällaisessa tapauksessa ytimen massa on jakautunut epätasaisesti siten, että painopiste on lähempänä ytimen ”paksua” päätä.

Ytimien päärynämäisen muodon kokeellinen mittaaminen ei ole tärkeää pelkästään ytimen rakenteen ymmärtämiseksi, vaan sillä on merkitystä fysiikan perusvuorovaikutusten ymmärtämisessä. Hiukkasfysiikan standardimalli ennustaa atomien sähköiselle dipolimomentille (EDM eli ”electric dipole moment”) niin pienen arvon, että sitä ei pystytä nykytekniikalla mittaamaan.

Monet teoreettiset, standardimallia parantamaan pyrkivät mallit ennustavat, että dipolimomentin arvo olisi silti mitattavissa. Tarkin menetelmä perustuu eksoottisten atomien tutkimukseen, joiden ytimet ovat päärynänmuotoisia. Suurin osa ennustetuista päärynänmuotoisista atomien ytimistä on kuitenkin ollut pitkään kokeellisten menetelmien ulottumattomissa.

CERNin ISOLDE-laboratoriossa on onnistuttu tuottamaan hyvin raskaita radioaktiivisia ytimiä törmäyttämällä korkeaenergisiä protoneja uraanikarbidikohtioon. Tuotetut ytimet erotellaan kemiallisesti ja kiihdytetään nopeuteen, joka on kahdeksan prosenttia valon nopeudesta, siis noin 24 000 kilometriä sekunnissa. Sen jälkeen ne törmäytetään ohueen nikkeli-, kadmium- tai tinakohtioon. Törmäysprosessissa syntyvä sähkömagneettinen impulssi virittää ytimen ja tutkimalla tähän virittymiseen liittyviä yksityiskohtia saadaan tietoa ytimen muodosta.

Menetelmää on käytetty radonin ja radiumin lyhytikäisten 220Rn ja 224Ra-isotooppien muodon tutkimiseen. Tulokset osoittavat, että 224Ra on päärynänmuotoinen, kun taas 220Rn värähtelee tämän muodon ympärillä. Tulokset ovat äärimmäisen tärkeitä ytimen rakenteen ymmärtämiseksi, sillä niiden avulla pystytään ratkaisemaan erilaisten mallien toimivuus. Päärynäinen muoto on ristiriidassa joidenkin teorioiden kanssa, mutta on pienin korjauksin yhteensopiva muiden mallien kanssa.

Kun kokeista saatava tieto yhdistetään atomifysiikan mittaustuloksiin, pystytään mahdollisesti asettamaan tarkimmat kokeelliset rajat hiukkasfysiikan standardimallille, joka on pisimmälle testattu teoria maailmankaikkeuden rakenteen ymmärtämiseksi.

ISOLDE-laboratoriossa tehtyihin kokeisiin ja saatujen tulosten tulkintaan ovat osallistuneet Janne Pakarinen, Tuomas Grahn ja Joonas Konki Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta. Suomen osatutkimus on tehty Suomen Akatemian ja Fysiikan Tutkimuslaitoksen rahoituksella. Tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä 9.5.2013.