Video: Kun olet Pariisissa, hakeudu katsomaan metriä.

Video: Kun olet Pariisissa, hakeudu katsomaan metriä.

Uusi videosarja alkaa: ihmetellään asioita. Ensimmäisessä osassa aiheena ovat Pariisissa seiniin laitetut metrit ja ihmeteltävänä on yksi, aivan Luxembourgin puiston vieressä oleva, aivan alkuperäinen metri.

12.02.2018

Tiedetuubin tunnuslauseena on "Ole utelias" ja se tarkoittaa sitä, että kehotamme kaikkia kiinnittämään huomiota ympäristössämme oleviin kaikenlaisiin ihmeellisiin ja tavallisiin asioihin.

Siksi aloitamme uuden videosarjan, missä Jari Mäkinen kummastelee kaikenlaisia asioita. Ensimmäisessä videossa aiheena on yllättäen eteen Pariisissa tullut metrin mallikappale.

Pariisissa on kaikkiaan 16 eri paikoissa talojen seinissä olevia metrin mallikappaleita. Ne laitettiin paikoilleen 1700-luvun lopussa, kun haluttiin näyttää kansalaisille millainen on uusi mittayksikkö, metri.

Kaksi näistä on alkuperäisillä paikoillaan: yksi osoitteessa 13 Place Vendôme (aivan Pariisin ydinkeskustassa 1. kaupunginosassa) ja toinen Luxembourgin puiston luona osoitteessa 36 Rue Vaugirard. Videolla ihmetellään jälkimmäistä.

Kaipaatko vielä krupulaa? Tässä on kilo tilalle.

Tänään vietetään metrologian päivää, eli juhlistetaan mittaustiedettä. Syynä on se, että tänään vuonna 1875 allekirjoitettiin Pariisin luona Sévresissä kansainvälinen metristen mittojen sopimus. 

Päivän kuva

Kaikkialla tarkoittaa tässä ainakin sopimuksessa nykyisin mukana olevia 53 maata, joskaan kaikki jäsenmaatkaan eivät käytä metrimittoja arkisesti – esimerkiksi paunat, tuumat, jalat ja mailit ovat edelleen laajalti käytössä etenkin anglosaksisissa maissa. 

Joissain maissa käytetään vielä vanhempia perinnemittoja. Suomessakin oli aikanaan ennen nykyisiä mittoja omat pituus- ja massamittayksikkönsä, itse asiassa useita sellaisia. 

Massaa, siis "painoa", mitattiin muun muassa lästeinä, joka oli 18 kippuntaa vuoripainoa, eli 2448,44 kg. Leiviskä oli 20 naulaa, eli 8,5 kg. Ja yksi naula oli 32 luotia, eli 425,076 g; puoli naulaa oli puolestaan yksi markka. Markka oli siis muutakin kuin rahayksikkö.

Aivan pienimpiä painoja mitattaessa oli käytössä luonnollisesti omat yksikkönsä: 1 skruupeli eli krupula oli 20 graania, siis 1,236g. Yksi graani oli siis noin 42,5 milligrammaa.

Pituusmittoja oli hieman vähemmän, mutta ihan riittävästi saamaan aikaan sekaannuksia. Yksi virsta oli kymmenesosa peninkulmaa, eli 600 syltä, eli 3 600 jalkaa, eli 1068,8 metriä. Jalkojakin oli moneen lähtöön, sillä yksi jalka vastasi 12 tuumaa työmittana, mutta 10 tuumaa kymmenysmittana. Siis 29,7 cm.

Aiemmin mainittu syli oli kolme kyynärää, eli kuusi jalkaa, eli 1,781 m. Ja jos matkaa haluttiin mitata kortteleissa, eli vaaksoina, oli yksi sellainen kyynärää, eli puoli jalkaa, eli 14,8 cm.

Ei mikään ihme, että 141 vuotta sitten oli kova halu saada yhdet yhteiset mitat koko maailmaan!

Internationaalit standadit

Nykyisin kansainvälinen SI-mittayksikköjärjestelmä muodostuu seitsemästä perusyksiköstä: sekunti, metri, kilogramma, ampeeri, kelvin, mooli ja kandela. Kaikki muut yksiköt, eli johdannaisyksiköt, voidaan sitten muodostaa perusyksiköiden avulla.

Kansainvälisesti näiden ylläpidosta vastaa edelleen Sèvresissä, Ranskassa, sijaitseva BIMP, Kansainvälinen painojen ja mittojen toimisto (Bureau International des Poids et Mesures). Suomessa vastaavaa hoitaa Mittatekniikan keskus Mikes.

Mittojen ylläpito tarkoittaa sitä, että mittanormaalia ja sen jäljitettävyyttä pidetään yllä – katsotaan, että vertailukelpoiset perusyksiköt ovat olemassa – sekä siirretään mittoja muihin mittanormaaleihin. Yhä edelleen se tarkoittaa muun muassa metrin ja kilogramman tarkkojen kopioiden tekemistä, vaikkakin tieteellisesti mittayksiköt on nykyisin määritetty fysikaalisten vakioiden avulla. 

Otsikkokuvassa tehtävä huipputarkka platinasta ja iridiumista tehty kilogramman malli ei ole siis tarkkaan ottaen perustana kansainväliselle kilogrammalle, mutta tällaisten mallien avulla tehdään mittauksia laboratorioissa, kun ei vaadita äärimmäistä tarkkuutta. Muun muassa teollisuudessa tarvitaan koko ajan hyvin tarkkoja ja huolellisesti tehtyjä mitan ja massan mallikappaleita.

Lisäksi niin BIMP kuin Mikes tekevät mittatieteellistä tutkimusta.

Kansallisella tasolla Mikes pitää yllä Suomen mittanormaaleja ja nimeää mittayksiköistä ja mittanormaalijärjestelmästä annetujen lakien ja asetusten nojalla kansalliset mittanormaalilaboratoriot.

Alla ovat vielä perusmittayksiköt ja niiden selitykset Mikesin nettisivuilta kopioituina; sieltä aiheesta löytyy paljon lisätietoja!

Perussuureet ja perusyksiköt

>> Aika - sekunti (s) 

Määritelmä: sekunti on 9 192 631 770 kertaa sellaisen värähtelyn jaksonaika, joka vastaa cesium 133-atomin siirtymää perustilan ylihienorakenteen energiatasojen välillä.

 

Suomen kilo>> Massa - kilogramma (kg) 

Määritelmä: Kilogramma määritellään kansainvälisen prototyypin avulla, jota säilytetään Sèvresissä, Ranskassa lähellä Pariisia. Prototyyppi on iridiumin ja platinan seoksesta tehty sylinteri, jonka korkeus ja läpimitta ovat 39 millimetriä.

 

 

>> Termodynaaminen lämpötila - kelvin (K)

Määritelmä: Kelvin on 1/273,16 veden kolmoispisteen termodynaamisesta lämpötilasta (CGPM 1967). Veden isotooppikoostumus tulee olla seuraava (CGPM 2005): 0.000 155 76 moolia 2H jokaista moolia 1H kohti, 0. 000 379 9 moolia 17O jokaista 16O moolia kohti sekä 0.002 005 2 moolia 18O jokaista 16O moolia kohti.

 

 

Työntömitta>> Pituus - metri (m) 

Määritelmä: Metri on matka, jonka valo kulkee tyhjössä 1/299 792 458 sekunnissa. Tämä määritelmä kiinnittää metrin luonnonvakioon, valon nopeuteen tyhjössä.

 

 

Lamppu>> Valovoima - kandela (cd)

Määritelmä: Yksi kandela on sellaisen valonlähteen valovoima, joka lähettää tiettyyn suuntaan monokromaattista taajuudeltaan 540 x 1012 hertsin valosäteilyä 1/683 watin säteilyteholla steradiaania kohden. Yksi kandela vastaa suurin piirtein tavallisen kynttilän (lat. candela) kirkkautta.

 

 

Electricity>> Sähkövirta - ampeeri (A)    

Määritelmä: Ampeeri määritellään sellaiseksi ajallisesti muuttumattomaksi sähkövirraksi, joka kulkiessaan kahdessa suorassa yhdensuuntaisessa, äärettömän pitkässä ja poikkipinnaltaan mitättömässä pyöreässä johtimessa, jotka ovat 1 metrin etäisyydellä toisistaan tyhjiössä, aikaansaa johtimien välillä 2·10-7 N voiman johtimen metriä kohti.

 

 

>> Ainemäärä - mooli (mol)

Määritelmä: Mooli on sellaisen systeemin ainemäärä, joka sisältää yhtä monta perusosasta kuin 0,012 kilogrammassa hiili 12:ta on atomeja. Moolia käytettäessä perusosaset on yksilöitävä, ja ne voivat olla atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja, muita hiukkasia tai sellaisten hiukkasten määriteltyjä ryhmiä. (14. CGPM 1971). Määritelmä kiinnittää hiiliatomin massan

 

 

Otsikkokuva: BIMP

Päivitys illalla perjantaina: Jutussa metrologia oli kirjoitettu alun perin metronomia. Typerä virhe, anteeksi!

Viimeinen katse Gaiaan

Gaia on kapsuloitu
Gaia on kapsuloitu
Gaian raketti
Sojuzin kokoonpanohallin MIK:n ovi ja taustalla näkyvä laukaisualustan suojatorni.

ESAn Gaia-avaruusteleskoopi on nyt suljettu kantorakettinsa nokkakartion sisään. Hieman yli neljä metriä halkaisijaltaan oleva ja 11,4 metriä korkea, kahdesta puolikkaasta koostuva kartio suojaa Gaiaa laukaisun alkuvaiheessa, kun Sojuz-kantoraketti lentää ilmakehän tiheimpien osien lävitse. 

Nokkakartio irroitetaan vain 187 sekunnin (kolmen minuutin ja seitsemän sekunnin) kuluttua laukaisusta, jolloin raketti on jo turvallisesti sadan kilometrin korkeudessa. Siellä ilma on jo niin ohutta, ettei siitä ole haittaa satelliitille.

Gaian "kapsulointi" tapahtui Kouroun avaruuskeskuksen hallin S3B puhdastilassa, mistä raketin kokonainen nokkaosa kuljetetaan laukaisualustalle ensi viikolla kun raketti on siirretty kokoonpanohallistaan sinne ja nostettu pystyyn.

Gaian raketti

Itse Sojuz-raketti on jo valmis; sitä on koottu Venäjältä tuoduista osista jo alkusyksystä alkaen ja se on ollut valmiina odottamassa marraskuun alusta. Se kuljetetaan (samaan tapaan kuin esimerkiksi Baikonurissa) rautatiekiskoilla vaakatasossa erityisvalmisteisen vaunun päällä kokoonpanohallistaan laukaisualustalle, missä se nostetaan pystyasentoon.

Siinä missä Baikonurissa raketti kuljetetaan laukaisuvalmiina alustalle, liitetään Kouroussa hyötykuorma – siis raketin ylin vaihe Fregat ja sen päällä oleva satelliitti suojakartion sisällä – kantoraketin nokkaan vasta laukaisupaikalla.

Laukaisu on edelleen aikomus tehdä ensi torstaina 19. joulukuuta klo 11:12:19 Suomen aikaa (06:12:19 paikallista aikaa Kouroussa). Hieman yli kaksi tonnia laukaisun aikaan painava Gaia on kaikkiaan 25. Arianespace-yhtiön avaruuteen lähettämä tieteellinen satelliitti.

Gaian Sojuz-rakettia koristaa suurikokoinen kuva Gaiasta, tähtitaivaasta ja avaruutta ihmettelevästä Gaia-jumalattaresta. Kerroimme enemmän kuvasta ja Gaia-nimen taustasta aiemmassa artikkelissamme Tarina Gaian logon taustalla.

Palamme kantorakettiin ja laukaisun yksityiskohtiin tarkemmin ensi viikolla.

Sojuzin kokoonpanohallin MIK:n ovi ja taustalla näkyvä laukaisualustan suojatorni.

Sojuzin kokoonpanohallin MIK:n ovi ja taustalla näkyvä laukaisualustan suojatorni. Kuva: Timo Prusti.

Tarina Gaian logon taustalla

Gaia-piirros
Gaia-piirros

Satelliitteja avaruuteen kuljettavien kantorakettien kyljessä on lähes aina satelliitin logo tai jokin siihen liittyvä kuva. Niinpä ESAn Gaia-satelliittia varten piti myös suunnitella sellainen.

Periaatteessa sen tekeminen oli helppoa, sillä kaikki halusivat siihen olennaiset asiat tästä tähtitaivasta kartoittavasta tekeskoopista: tähtiä, maapallon, Gaian itsensä ja jumalatar Gaian ja luonnollisesti Gaia-nimen kirjoitettuna. Mutta lisäksi siihen piti saada jotenkin ilmennettyä ihmiskunnan kiinnostus maailmankaikkeutta kohtaan.

Lopulta, monien eri puolelta Eurooppaa olevien projektiin osallistuvien ihmisten syöttämien ideoiden ja ehdotusten jälkeen lopullinen kuva valmistui. Siinä jumalatar Gaia onkin pieni tyttö, joka katsoo ylös tähtiin.

Sen jälkeen kun kuva oli hyväksytty, piti se yksinkertaisesti paikaa 3,5 x 3,5 metriä kooltaan olevalle tarralle, joka kiinnitettiin huolella Sojuz-kantoraketin nokkakartioon.

Nimi "GAIA" oli alun perin lyhenne sanoista Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, koska aikomuksena oli laukaista satelliitin mukana vain yksi tähtitaivasta tarkkaileva interferometri. Se korvaantui myöhemmin nykysenkaltaisella havaintolaitteella, joka on huomattavasti monipuolisempi ja parempi, mutta alkuperäinen nimi haluttiin säilyttää.

Yksi syy nimen säilyttämiseen on se, että Gaia on myös kreikkalaisen mytologian jumalatar: itse asiassa alkujumala, joka on useiden jumalten ja titaanien äiti. Hesiodos kertoo teoksessaan Jumalten synty, kuinka Kaaoksen jälkeen syntyi runsaspovinen Gaia. Gaia synnytti itsestään kolme lasta, joiden kunkin kanssa hän sai jälkikasvua: Uranoksen (taivas) kanssa Gaia sai mm. 12 titaania, 3 satakätistä sekä 3 kyklooppia, Pontoksen (meri) kanssa Gaia sai lapsia, joista tuli meren jumalia kun taas Gaian ja Tartaroksen (manala) liitosta puolestaan syntyi Tyfon ja Ekhidna.

Päivän kuva 28.9.2013: Metri täyttää 124 vuotta.

Päivän kuvassa on eräs metrin mallikappaleista, joka on Pariisissa arkkitehti Jean-François-Thérèse Chalgrinin suunnitteleman talon julkisivussa osoitteessa 36, rue de Vaugirard, Pariisi.

Tämä ei ole metrin virallinen mallikappale, joka valmistettiin platinan ja iridiumin sekoitusmetallista (90% platinaa ja 10% iridiumia) ja hyväksyttiin kansainväliseksi pituuden mittayksiköksi tänään vuonna 1889 Pariisissa olleessa kokouksessa. Metrin virallinen, vertailukelponen standardi, jonka pituus on täsmälleen metrin veden jäätymispisteessä, eli 0°C:n lämpötilassa, on edelleen olemassa Pariisin luona Servérsissä Mittojen ja painojen museossa (Bureau International des Poids et Mesures). Siellä sitä säilytetään olosuhteissa, jotka päätettiin tuolloin 1889 metrin mittaa määriteltäessä.

Mallin tekivät Henry Sainte-Claire ja hänen avustajansa Jules Henry Debray, ja materiaaliksi valittiin platinan ja iridiumin sekoitus, koska se on kovaa ja kestävää, sekä säilyttää kokonsa hyvin eri lämpötiloissa. Se myös kestää hyvin korroosiota. Samaa metalliseosta käytettiin myös kilogramman prototyypin tekemiseen. Metallipalkin muodoksi valittiin muokattu X-muoto, koska se säilyttää muotonsa ja mittansa paremmin kuin yksinkertainen metallipalkki.

Tätä metrin prototyyppiä säilytetään Alun perin metri otettiin mittayksikkönä käyttöön Ranskassa vuonna 1799, jolloin metriksi määriteltiin kymmenenesmiljoonasosa maapallon meridiaaniympyrän neljänneksestä, joka kulki päiväntasaajalta Pariisin läpi pohjoisnavalle. Siis etäisyys päiväntasaajalta Pohjoisnavalle oli näin 10 000 kilometriä.

Ensimmäinen prototyyppi perustui vuoden 1790 mittauksiin, mutta se poikkesi määritelmästä jonkin verran ja jäi hiukan liian lyhyeksi. Tämä johtui siitä, ettei laskelmissa otettu huomioon maapallon litistymistä navoilta. Niinpä vuonna 1889 valmistettiin platinan ja iridiumin seoksesta uusi metrin prototyyppi, johon oli kaiverrettu kaksi toisistaan metrin päässä olevaa viivaa, ja se esiteltiin tänään 124 vuotta sitten.

Vuonna 1927 määritelmää tarkennettiin niin, että metri oli näiden viivojen välinen etäisyys 0 °C:n lämpötilassa. Metrin määritelmä uusittiin vuonna 1960 vastaamaan jo 1900-luvun alussa käyttöön otettua interferometristä määritelmää, joka perustui valon aallonpituuteen.

Vuonna 1960 vahvistetun määritelmän mukaan metri oli 1 650 763,73 kertaa sen oranssinvärisen säteilyn aallonpituus tyhjiössä, joka syntyy krypton-86-atomin siirtyessä kvanttitilasta 2p10 tilaan 5d5. Nykyisin näillä metrin standardeilla on vain historiallista arvoa.