Yrjö Väisälä

27.9.2005 Joensuu Jenni Elina Holopainen

Aina vaan tarkemmin.

Olen lapsesta rakastanut tiedettä. Koska tiede ei synny spontaanisti vaan vakaan uurastamisen ja kiintymyksen kautta, olen ihaillut ennen kaikkea tieteen tekijöitä. Suurimman mahdollisen kunnioituksen saa sydämessäni Yrjö Väisälä, joka oli koko elämällään tiedemiehen perikuva, älykäs ja avarakatseinen mies. Kirkassilmäisesti hän seurasi maailmaa ja teki ennakkoluulottomia päätelmiä näkemästään. Hänen leikkimielinen asenteensa mahdollisti innovaatioita, jotka vielä tänäkin päivänä vaikuttavat kykyymme mitata joitakin määreitä hyvinkin tarkasti. Leikkimielisyys yhdistettynä valtavaan kiintymykseen tiedettä kohtaan, vakaaseen antaumukselliseen työhön, sekä nerouteen, saa Yrjö Väisälän nimen kaikumaan edelleen kunnioittavalla sävyllä ympäri maailmaa.

Yrjö Väisälä syntyi Utrassa syyskuun 6. päivänä 1891. Utra on nykyinen Joensuun esikaupunki. Yrjö valmistui ylioppilaaksi Joensuun lyseossa 1909, ja lähti Helsinkiin opiskelemaan matematiikkaa. Pian hän kuitenkin siirtyi opiskelemaan tähtitiedettä, ja sai paikan tähtitieteen ylimääräisenä assistenttina, sittemmin myös observaattorina. Arvata saattaa, että hän oli hyvin innoissaan opiskelusta joka oli harrastus ja työ samaan aikaan. Yrjö Väisälä nimettiin 1925 fysiikan professoriksi Turkuun. Sivutyönään hän aloitti tähtitieteen professuurin 1927. Yrjö nimettiin Suomen Akatemian jäseneksi 1951. Tällöin hän lopetti opetustyöt ja pääsi riemukseen keskittymään puhtaasti tutkimustyöhön. Tuorlan observatorio perustettiin virallisesti 1952, jonka johtajana Väisälä toimi viimeisiin päiviinsä vuoteen 1971.

27.8.2005 sain kutsun saapua Joensuulaisena tieteen rakastajana Tuorlaan. Vein mukanani terveiset Väisälän entisestä kodista, sekä tietenkin omalta rakkaalta alma materiltani. Saavuin kunnioituksesta vavisten Esko Valtaojan opastuksella Tuorlan observatorioon. Nuuhkin nerouden väreitä ilmassa, kuljin samoja askeleita kuin Väisälä. Aistin sen rauhan puiden ja kallion syleilyssä, sinitaivaan kaartuessa korkean tähtitornin yllä. Minun oli pakko seisahtaa hetkeksi. Lapsuuteni unelma täyttyi. Valtaoja odotti hyvin maltillisesti kun punaposkisena ihailen suu auki ympärilläni olevaa rauhaa, tieteellisiä rakennuksia menneisyyden ja nykyisyyden kuiskauksineen. Hän taisi ymmärtää varsin hyvin liikutukseni.

Astuin jalallani ensimmäistä kertaa Tuorlaan. Valitsimme tiemme päärakennukseen, joka valmistui 1989. Aulassa tervehti Väisälän profiilikuva, sekä hänen vanha teleskoopinsa. Kiinnitin huomiota hyvin erikoiseen kelloon. Valtaoja kertoi tämän olleen se kello josta tarkistettiin tarkka aika erilaisiin mittauksiin, kuten zeniittiputkella tehtäviä tähtihavaintoja varten. Kävimme rakennuksen yläkerrassa ihmettelemässä luentosalia, jonka seinällä oli erään edesmenneen tähtitieteilijän tuhkaa rasiassa. Hän oli testamentannut tuhkaansa useisiin merkittäviin observatorioihin Euroopassa. Tässä samassa tilassa oli paljon tähtitieteen kirjallisuutta ja minä olisin mielelläni eksynyt kirjastoon loppuelämäkseni. Jatkoimme kuitenkin matkaamme uuteen siipeen joka valmistui 2002. Kävelimme tutkijoiden kammioiden ohi, eräs Australiainen tutkija tuli vastaan sydämellisesti tervehtien meitä. Käytävällä oli tietokoneita, tähtitieteen artikkeleita, suuria kuvia kvaraareista, Auringosta, planeetoista, sekä novista. Menimme suureen kahvilatilaan, joka oli hyvin kotoinen ja valoisa, rauhoittavan hengittävä paikka. Kuulin sielussani täällä käytävät rakentavat ja hyväntahtoiset keskustelut. Todella ansioikkaan kahvilatilan jälkeen näin seinänkokoisen vaikuttavan taulun, joka kuvasi tähtien ja avaruuden kokemista. Tuorlassa todella syvennytään edelleenkin monella tasolla kosmokseen!

Tuorlan päärakennuksen jälkeen löysimme pienikokoisiin rakennuksiin kalliolla, joihin halusin hyvin malttamattomasti päästä tutustumaan. Täällä kykenin näkemään Väisälän hahmon uurastavan intensiivisesti yhä tarkempia mittauksia saadakseen. Saavuimme legendaarisen zeniittiputken ääreen, joka oli puisessa rakennuksessa jokseenkin keskellä Tuorlan kallioista yläosaa. Tämä putki on saanut nimensä siitä kun se on suunnattu suoraan zeniittiä kohden. Zeniittiputkessa on akromaattinen linssi läpimitaltaan 40cm, ja polttoväli lähes 7m. Tämä putki on Suomen suurin linssikaukoputki. Putkella seurataan zeniitin ylittäviä tähtiä. Mittausten tarkkuus tarkistetaan luotilangan avulla, mikä on puhtaasti Väisälän keksintö. Väisälä oli muutenkin ideoinut zeniittiputkea yksinkertaisempaan ja helppokäyttöisempään suuntaan, ja näin putkella pystyy tekemään yksikin ihminen havaintoja. Zeniittiputken rakennuksen seinällä on kello, joka on yhdistettynä vanhan päärakennuksen kalibroivaan kelloon. Näiden kahden kellon yhteispelillä tähtien zeniitin ylitys saatiin äärimmäisen tarkasti havaittua, ja maapallon navan heilahtelu tuli kirjatuksi kiitettävän tarkasti. Tällä samalla keinolla rakennettiin myös maailmanaika, eli UTC-aika.

Kuljimme sammaleiden koristamalla kalliolla zeniittiputken rakennuksesta toiseen pitkään puiseen rakennukseen. Avasimme oven, ja näin käytävän keskellä valtavan pitkän pöydän, jonka päällä oli tutkimuslaitteistoa lasermittauksia varten. Nuuhkin itseni hyperventilointiin asti, yritin saada sen kaiken nerouden keuhkoihini, mikä mahdollisesti vielä oleskeli tässä Väisälän työympäristössä. Juuri tässä tilassa hän teki aina vaan tarkempia mittauksia geodeettista perusviivaa varten. Tämä onnistui valon interferenssikuvioon perustuvan pituudenmittauskeinon avulla. Väisälän ansiosta kartan osoittama paikka on todella fyysisesti löydettävissä siitä mihin se on merkitty. Kävelimme vieressä oleviin pienempiin tähtitorneihin. Ensimmäisestä Valtaoja kertoi minua miellyttävän tarinan. Tämän observatorion edessä oli puut kasvaneet pituutta Väisälän tehdessä täällä töitä. Jokainen Tuorlassa työskentelevä tiesi Väisälän rakkauden puita kohtaan. He kävivät väittelyä siitä kuka käy ehdottamassa Yrjölle joidenkin kaatamista, sillä puut haittasivat jo havaintojen tekemistä putkella. Lopulta Väisälä kaadatti strategisimmat puut, mutta pääperiaatteena oli kuitenkin se, että mahdollisemman moni puu sai jäädä sijoilleen. Väisälä oli uraauurtava ekologinen ajattelija kaiken muun lisäksi, mikä on vain omiaan lisäämään kunnioitustani henkilön persoonaa ja ajattelukykyä kohtaan. Hän sanoikin, että ihmisen pitää toimia niin ettei liialti lisää entropiaa.

Siirryimme rakennuksen sisätiloihin. Tilaa hallitsi 0.6 metrin teleskooppi (Ritchey-Chrétien) jolla seurataan nopeasti muuttuvien tähtien kirkkaudenvaihteluita. Tämä putki on tietokoneohjattu. Kuvaamisen instrumenttinä on fotopolarimetri, jolla saadaan määritettyä kohteen kirkkaus viidellä värillä yhtä aikaa, sekä mitattua tarvittaessa kohteesta tulevan valon polarisaatio. Seuraava rakennus oli lähellä oleva valkoinen kupoli, joka piilotteli sisällään 0.7 metrin Schmidt-teleskooppia. Tämä anastigmaattinen teleskooppi on siinä eroava klassisista sukulaisistaan, että tässä kuvapinnan kaarevuus on korjattu polttolasin eteen sijoitetulla kentäntasoituslinssillä. Putken korjauslasitekniikka on Väisälän ideoima, vaikka tämänkin kohdalla Väisälä ei kokenut tarpeelliseksi nimetä keksintöään itselleen. Väisälä vain totesi huvittuneena, että mukava tietää ettei ole niin tyhmä etteikö keksisi itsekin tällaisia vekottimia. Väisälä oli suunnitellut tämän putken kaksoisteleskoopiksi, jossa isomman putken päällä on 60cm läpimittaisella optiikalla varustettu kaukoputki. Nykyään tätä rakennetta ei kuitenkaan enää ole. Putki on täysin tietokoneistettu ja sitä käytetään asteroidihavaintoja varten.

Seuraavana tutkimme lähellä olevan valkean kupolin omaavan rakennuksen. Täällä sijaitseva pienempi putki on mielenkiintoinen sen paljastaessa jälleen Väisälän erinomaisuuden ja nerouden, kirkkaan mielen. Väisälä oli ollut ensimmäinen tämän kaltaisen putken rakentaja ja olisi voinut patentoida putken omalle nimelleen. Väisälä kuitenkin piti tätä mallia niin itsestäänselvän hyvänä, että oletti jonkun tietenkin jo keksineen moisen rakenteen. Lopulta Schmidt sai nimensä tämän mallin keksijäksi. Reiluuden vuoksi nimeän sen yleisesti tiedetyllä tavalla 0.4 metrin Väisälä-Schmidt teleskooppiksi. Putkella on sähköinen taivaankierron seuranta.

Seuraavaksi ihailen viidentoistametrin korkeudella olevaa valkoista kupolia. Nousemme tänne torniin sisäpuolella olevia kierreportaita pitkin. Meitä odottaa ylhäällä 1 metrin teleskooppi (Dall-Kirkham) CCD-kameralla. Pääpeilin halkaisija on 103 cm ja kuvakentän koko 0.17°. Tällä putkella kuvataan pääasiassa kvasaareja ja havainnoidaan niiden muutoksia. Käymme Valtaojan kanssa ihailemassa maisemia tornin näköalatasanteelta. Hän kertoo minulle kädellä näyttäen, että tuonne pellolle tulee teitä ja asutusalueita, mikä käytännössä tarkoittaa valosaastetta. Huokaisemme raskaasti tuijottaen syyttävästi mielikuvaa kohti, joka kuitenkin on vielä viaton peltoalue vain. Kömmimme takaisin maankamaralle ja Valtaoja johdattaa minut kaksimetristen radiolautasten luo. Näiden vastaanotintaajuus on 29000-31000 MHz, jonka avulla seurataan Auringon aktiivisuutta.

Kävelemme kallioita pitkin alas. Valtaoja näyttää aurinkoista paikkaa päärakennuksen kyljessä, ja kertoo siinä olevan kyykäärmeitä aina keväisin. Minä hiukan huolestun näiden käärmeiden turvallisuudesta, mutta Valtaoja tyynnyttee, että suurinosa ihmisistä antaa niiden olla siinä rauhassa. Samalla kuulen Väisälänkin pitäneen paljon näistä kyykäärmeistä. Arvata saattaa, että sydämeni sykähteli entistä lämpimämmin kyseistä tiedemiestä kohtaan.

Pian edessämme on kallioon hakattu tila. Olemme saapuneet OpteonOy:n tiloihin. OpteonOy jatkaa Väisälän pitkää optiikanvalmistuksen perintöä. Tämän tunnelin porauksen aloittivat sotilaat Tuorlan virallisen perustamisen aikoihin 29.4.1952. 70 metriä pitkä kallioon hakattu vakaa tunneli sisältää useita peilinhiontapaikkoja, peilin pinnoitukseen tarvittavan tyhjiökammion, sekä Väisäläkomparaattorin. Jäin lapsenlailla ihailemaan Väisälän inventoimaa kvartsistandardimetriä, jolla pyrittiin mahdollisemman tarkan metrin mahdollisemman pysyvään määritykseen. Tämä kvartsinen sauva on yhä tänäkin päivänä se pätevin keino metrin määrittelemiseen. Normaalimetri saadaan sitten valon interferenssin avulla moninkertaiseksi. Kvartsi on tässä oivallisin valinta, koska sen lämpötilalaajenemiskerroin on hyvin pieni, ja tulosten muuttumisen riski täten myös. Hämmästyttävä ominaisuus kallioon hakatussa tunnellissa on 25 metrinen testaustorni peilien optiikan kokeilua varten. Tämä torni nousee kalliossa ensin kymmenen metriä maanpintaa kohden, ja sitten sitä suurinta observatoriota hyväksi käyttäen vielä 15 metriä maanpinnan yläpuolelle. Tälläkeinoin suuria peilejä voidaan testata niitä vaarantamatta. Aiemmin tässä pitkässä kuilussa oli suuri zeniittiputki, mutta sillä ei voinut kuvata kuin hyvin harvinaisissa olosuhteissa, sillä vähäisetkin lämpötilaerot kallion ja maanpinnan välillä saivat ilmapyörteitä aikaiseksi, ja tähdet näyttivät levinneiltä ja suttuisilta. Nykyään maanpinnalle nousevaan torniin rakennettu tila on pakattu eristävillä lämpömateriaaleilla, minkä ansiosta peilejä voidaan testata tässä kuilussa koska tahansa. Näissä Opteon Oy:n tiloissa hiottiin ja kiillotettiin NOT-teleskoopin 2,56 metrinen peili, mikä on mielestäni hyvin vaikuttavaa. Kun me kävimme Valtaojan kanssa ihmettelmässä peilin hiontaa, oli peilinhioja mestari Korhonen juuri viimeistelemässä sääsatelliittiin tulevaa peiliä. Se oli kiehtovan näköistä touhua. Nämä nykyiset peilit eivät ole paksua lasia, vaan ne tehdään kevyemmän kehikon päälle pinnoittamalla tämä kehikko jollakin salaisella tekniikalla. Näin satelliitti saadaan peileineen avaruuteen moninkertaisesti vähemmällä energialla keveytensä vuoksi. Näissä tiloissa Yrjö Väisälä teki suomalaisella mentaliteetilla yhä tarkempia mittauksia yhä yksinkertaisemmilla ja käytännöllisemmillä tavoilla. Vähäinen budjetti lisäsi osaltaan innovaatioita. Testaukset olivat todella tarkkoja. Tutkittavan optiikan eteen asetettiin himmennin, jossa oli kahdella raolla varustettu, pahvista tai pellistä valmistettu liikkuva levy. Rakojen läpi kulkeneen valon muodostaman interferenssikuvan paikka mitattiin okulaarimikrometrillä. Väisälän kahden reiän mittauskeinosta kehitettiin sitten jopa tuhannen reiän interferenssikuvamekanismi, jonka mittaustulokset elektroninen kamera vie tietokoneelle analysoitaviksi. Tämä sama tekniikka toimii myös teleskoopin säätöjärjestelmien tuottamiin optiikan virheiden korjaukseen, jota kutsutaan aktiiviseksi optiikaksi.

Kun nyt käsittelin Tuorlan historiaa ja nykyistä olomuotoa esinelähtöisesti, niin kerron vielä hiukan niistä muista osioista, joista en esineinä enkä paikkoina nähnyt. Väisälä keksi tähtikolmiomittauksesta keinon geodeettien riemuksi määrittää maan pinta-alaa äärimmäisen tarkasti. Väisälä sai ideansa nähdessään ilmatorjuntatykkien ammusten välähtelyjä Helsingin yllä. Hänelle tuli mieleen, että ilmaan ammuttuja raketteja voisi käyttää mittauksiin valokuvaamalla ne tähtitaivasta vasten. Tämän idean hän esitti 8.2.1946 Suomalaisen tiedeakatemian kokouksessa. Ideasta syntyneiden tekokuiden avulla saatiin sittemmin mitattua jopa mannertenvälisiä etäisyyksiä. Pikkuplaneettatutkimuksessa planeettojen liike nähtiin kaksoispistekeinolla, jossa levyä valotetaan kaksi kertaa, pitäen välillä noin puolentunnin tauko. Kaikki kiinteät tähdet näkyvät samansuuntaisina pareina ja niihin verrattavien kohteiden liike näkyy selkeästi. Tämän lisäksi pikkuplaneetan paikka lasketaan. Mitataan vähintään kolmen tunnetun tähden ja pikkuplaneetan paikka kuvauslevyllä. Näiden tietojen sekä tunnettujen rektaskension ja deklinaation myötä interpoloidaan planeetan vastaavat suureet. Väisälä keksi tähän nopean laskukeinon, jota voitiin toteuttaa myös graafisessa muodossa. Jotta pikkuplaneetan paikka voitaisiin tulevaisuudessa tietää tarkasti, täytyi tälle tehdä radanmääräys. Radanmäärys tapahtuu laskemalla planeetan paikka ja nopeusvektorit jonain hetkenä. Tätä varten entisen Gauss-Ence´n laskumenetelmän prosessi oli hidas ja hyvin raskas. Terävänäköisyydellään Väisälä pohti jotakin nopeampaa keinoa, ja loi oman yksinkertaisemman radanmääräysmenetelmän. Riemukasta tässä laskukeinossa on se, että se lähtee liikenteeseen arvauksesta: mikä voisi olla planeetan etäisyys keskimääräisellä hetkellä? Tästä lasketaan muut ratasuureet. Jos arvaus on väärä, tulee tuloksista yhteensopimattomia. Sitten arvataan uudestaan kunnes saavutetaan tarvittu tarkkuus. Tämä laskukeino vie vain noin tunnin, kun entisen Gauss-Ence´n kaavat vievät ammattilaiseltakin koko päivän. Tämä arvaus-tyyli kohti täsmällistä teoriaa kuvaa Väisälän oivaltavaa leikkimielisyyttä. Zeniittiputkessa käytettiin luotilankaa sen halvan hinnan ja yksinkertaisuuden vuoksi, vaikka aiemmin kaikki tieteilijät käyttivät vesivaakaa. Vesivaakaa Väisälä käytti sitten uskomattoman tarkalla tavalla paksuuserojen mittauksiin. Väisälä tapasi kommentoida tällaisiin: ”Jos jotain välinettä ei ole varaa ostaa, tehdään se itse.” Nämä hänen varallisuuden puutteesta tekemänsä laitteet olivatkin sitten huippulaatua, vaikka ulkonäöltään vaatimattomia. Esimerkkinä voidaan mainita niinsanottu piano, joka oli puukehyksiin pianonkielillä ripustettu suvereenin tarkka mittauslaite. Pianonkielien avulla mikään tärähdys ei häirinnyt mittaustuloksia, ja näin saatiin mitattua maailman tarkinta metriä. Tarkkaa metriä Väisälä tarvitsi komparaattoriaan varten, johon kuului erikoismallinen kaukoputki, kvartsimetri, valonlähde, sekä betonipilarien päälle asetettuja tasopeilejä. Tällä laitteella kyettiin mittaamaan pitkiäkin matkoja uskomattoman tarkasti valon ja kvartsimetrin avulla.Väisälä oli rakennuttanut puusta myös kävelysillan geodeettista perusviivaa varten. Perusviivana kulki alumiinilevyillä suojattu tunneli, joka kulki peruskallioon tuettujen betonipilareiden välillä. Tämä oli pituudeltaan 192 metriä, ja Väisälä-komparaattorilla saatiin mittaustarkkuudeksi +/- 0.006mm. Väisälän mielestä puu oli oivallista toisarvoisiin kohteisiin, sillä se oli kevyttä, halpaa, sitä oli helppo työstää, ja ennen kaikkea se oli kotimainen raaka-aine.

Fysiikassa jokainen mittaus sisältää epätarkkuustekijänsä. Yrjö Väisälä Tuorlan taikurina oli kuin fraktaalikuvio, joka pyrkii aina vaan syvemmälle, aina vaan tarkempaan tarkasteluun. Tuorla oli se ympäristö nähdä aina vaan syvemmälle. Siellä minäkin sain käydä, kiitokseni Esko Valtaojalle aikamatkasta.

Yrjö Väisälä vastasi Anna-lehden ufo-kyselyyn 8.6.1971 : ”En anna haastatteluja lehdelle jossa on horoskooppeja. Mutta jos tapaatte ufon, niin opettakaa siinä olevalle oliolle esperantoa ja tuokaa sitten tänne Tuorlaan.”

Lähdetiedot: ”Yrjö Väisälä, Tuorlan taikuri” Toimittanut Aimo Niemi 1991