null Lähiavaruuden ymmärtäjä
"Asioiden pitää olla
aidosti haastavia,
että kiinnostun."
Lähiavaruuden ymmärtäjä

Minna Palmroth on kehittänyt yhdessä tiiminsä kanssa maailman täydellisimmän avaruussääsimulaatiomallin, jonka avulla tiedämme, miten aurinkotuuli vaikuttaa meihin.

Miksi siltojen alla vesi ei jäädy?
Mitä varten tulee kuurapuut?
Kuinka purot virtaavat?

Näitä kysymyksiä Minna Palmroth mietti pienenä, kyseli vanhemmiltaan ja opettajiltaan.

Nykyään hän tietää vastauksen niihin kaikkiin. Hän osaa selittää, miten maailma toimii, ja myös sen, miten lähiavaruus toimii.

Minna on avaruussään tutkija. Hänen työryhmänsä luoma simulaatiomalli on tällä hetkellä maailman täydellisin malli kuvaamaan sitä, miten aurinkotuuli vaikuttaa maapallon lähiavaruuden olosuhteisiin. Minna ja hänen tiiminsä on käytännössä mullistanut lähiavaruuden tutkimuksen.

Minnan tietokoneen ruudulla pyörii mökkikuvia: metsää, pieni järvi, erätupa. Mutta hän ei avaa sitä, vaan pienen kannettavan tietokoneensa.

"Koko tutkimukseni on täällä. Jos tämä häviää, olen pulassa."

Minnan työhuone sijaitsee Ilmatieteen laitoksella Helsingin Kumpulassa. Ikkunalaudalla on muutama kortti ja lapsen piirustus, ulkona männyt taipuvat loskasateen alla. Seinälle on kiinnitetty värikkäitä A3-papereita, jotka voisivat olla palasia abstraktista taideteoksesta.

"Ne ovat Vlasiator-mallinnuksesta."

Niin, Vlasiator. Silloin kun Minna sai idean uuden ajan avaruussimulaatio-ohjelmaan, siihen ei uskonut kukaan. Hän puhui ja puhui, testasi ideaansa kollegoillaan.

Ei tule onnistumaan.
Eihän mikään kone maailmassa pysty pyörittämään sitä.

Aivan liian vaikeaa.

Mutta Minna vain innostui lisää.

"Asioiden pitää olla aidosti haastavia, että kiinnostun. Koulussakin opettaja ihmetteli isälleni, että ihme tyyppi, kun se kiinnostuu vasta kun sanoo, että tämä on vaikeaa."

Hän lähetti apurahahakemuksen juuri perustettuun Euroopan tutkimusneuvostoon ERC:hen.

Hakemuksia tuli 10 000. 300 sai apurahan.

Minna oli yksi heistä.

Tulevaisuuden ymmärtäjä

Oli vuosi 2004. Minna oli juuri palannut Suomeen Boulderin yliopistosta Coloradosta, jossa hän oli vierailevana tutkijana. Siellä hän oli puhunut kollegoiden kanssa siitä, että nykyiset mallit eivät tuota sitä fysiikkaa, mitä he tarvitsisivat, jotta voisivat ymmärtää lähiavaruuden toimintaa riittävän hyvin.

Uuden mallin tekeminen olisi kuitenkin vaikeaa – muutenhan sellainen olisi tehty jo.

Suomessa ajatus jäi mietityttämään Minnaa: jos hän loisi mallin, jonka fysiikka olisi edes vähän parempi kuin vanhojen mallien, se riittäisi.

Hän testasi ideaa kollegoilla. Kukaan ei uskonut siihen.

Paitsi ERC. Apurahan vaatimuksiin kuuluu se, että rahoitettavan hankkeen pitää viedä tiedettä iso harppaus eteenpäin: high risk, high gain.

"Se mitä ehdotin, oli käsittämättömän suuri lupaus."

Minna sanoi hakemuksessa, että hän aikoo tuottaa maailman ensimmäisen tarkkaresoluutioisen mallin ja ajaa sitä niin, että "simulaatio hahmottaa koko magnetosfäärin" – eli että simulaatio ei tarkastele aurinkotuulen vaikutusta vain yhdestä kohtaa, vaan hahmottaa koko kokonaisuuden.

Hänen hakemuksensa aikoihin maailmassa ei ollut yhtäkään tietokonetta, jolla olisi ollut riittävästi kapasiteettia pyörittää niin suurta mallia.

"Pointtini oli, että mallin kehittäminen kestää pari vuotta ja sinä aikana laskentateho kasvaa, ihan Mooren lain mukaan. Jos tähtään siihen rautaan, joka on nyt olemassa, se on jo vanhentunut, kun koodi on valmis. Eli pitääkin tähdätä siihen rautaan, joka on olemassa silloin, kun koodi on valmis."

Minna siis haki rahaa mallille, jota olisi mahdollisuus käyttää vasta tulevaisuudessa.

"Jengi ei kauhean usein ajattele noin. Fyysikot yleensä aina miettivät niitä resursseja, joita niillä on nyt käytössä, eikä niitä, mitä heillä on myöhemmin."

Minna tarvitsi uhkarohkealle matkalleen mukaansa oikeat ihmiset. Sellaiset, joilla on henkilökohtaista rohkeutta lähteä kohti tuntematonta. Seitsenhenkisen tiimin ensimmäinen ydinhenkilö Minnan lisäksi oli tutkija Arto Sandroos. Sitten CSC innostui hankkeesta.

"CSC:tä kutkutti ajatus, että ei hitto, tuo on tekemässä jotain, mikä ei mahdu tämän päivän koneisiin. He sanoivat, että hyvä, yleensä kukaan ei ajattele noin. Heitäkin kiinnostaa teknologian tulevaisuus. Se oli win win -tilanne. Me tuotiin uuden fysiikan näkökulma, he tekniikan."

CSC:ltä projektiin tuli mukaan rinnakkaistamisguru Sebastian von Alfthan. Nyt jälkeenpäin Minna toteaa, että he olivat koko ajan rotkon reunalla, hilkulla epäonnistua. Minnalla oli pelissä paitsi yli miljoona euroa myös koko uskottavuutensa tutkijana.

"Minua ei kiinnosta, millä eri tavoilla asiat voivat mennä pieleen. Minua kiinnostaa, miten voisin saada aikaan uusia juttuja. Se vaatii, että altistuu epäonnistumisen riskille. Tykkään hypätä heikkoihin jäihin ja katsoa, osaanko uida."

 

 

Hypnotisoiva kokonaiskuva

Ennen Vlasiatoria avaruustuulen tutkimus oli kuin kala olisi pyörinyt kiven ympärillä, Minna sanoo.

Hän näyttää koneeltaan: Tuolla on maapallo, jolla on magneettikenttä, joka leviää myös avaruuteen. Magneettikentän ulkopuolella on aurinkotuuli, jota purkautuu auringosta koko ajan. Maapallon magneettikenttä on este aurinkotuulelle. Kuin kivi virrassa, jonka virta kiertää.

Kiven, eli magnetosfäärin ympärille muodostuu erilaisia kiinnostavia ja vaikeasti ennustettavia ilmiöitä – juuri niitä Minna tutkii.

Lähiavaruuden ymmärtäminen on aina ollut tärkeää: se vaikuttaa teknologian luotettavuuteen satelliittien kiertoradalla sekä esimerkiksi sähköverkkoihin ja paikannustekniikkaan. Ennen Vlasiatoria touhu vastasi siis kalan pyörimistä kiven ympärillä.

"Kala näkee vain yhden kohdan kiven ympäristöstä kerrallaan. Jos kalan kohdalla tapahtuu jotain, se ei voi tietää, mistä se johtuu."

Vlasiatorilla pystyy hahmottamaan kokonaiskuvan: näkemään kiven jokaiselle puolelle ja ymmärtämään ilmiöiden syy-seuraus-suhteita, näkemään pienen skaalan ilmiöt isossa kontekstissa.

Minna laittaa Vlasiator-animaation koneeltaan käyntiin. Väriaallot liukuvat, pullistelevat, pienenevät ja kasvavat.

"Tätä voisi tuijottaa loputtomiin. Katso nyt tuotakin, tuollakin menee tommoinen klöntti. Ja katso millaisia aaltoja tuolla menee!"

"Jos minulla olisi aikaa, alkaisin tutkia tuota", Minna sanoo ja osoittaa oranssia pyrstöä koneella.

"Katso, nyt se lähtee."

Kyseessä on ilmiö, joka aiheuttaa nopeasti voimistuvat, "räjähtävät" revontulet. Kukaan ei ole selvittänyt tarkasti, mistä ilmiö johtuu. Sitä on mitattu 1960-luvulta asti, mutta on edelleen mysteeri, mikä saa revontulet toisinaan leiskumaan poikkeuksellisen voimakkaina ja nopeasti vaihtelevina.

Minnakin on tuijottanut tuota mysteeriä silmästä silmään. Hän oli 15-vuotiaana partiolaisena viettämässä uuttavuotta Hämeen partiolaisten mökillä Lapissa. Mökki oli keskellä erämaata. Ulkona oli pilkkopimeää, valosaaste kilometrien päässä. Silloin yksi Minnan partiokavereista tuli ulkoa sisälle ja sanoi, että taivaalla näkyi mielettömät revontulet. Seurue puki nopeasti toppavaatteet päälleen ja meni ulos.

Siellä he makasivat lumihangessa ja tuijottivat taivasta, jolla vihreät aallot tanssivat ja tekivät piruetteja yhä kiihtyvämpään tahtiin.

Minna ei silloin vielä ymmärtänyt näkemäänsä.

Kaveri sattui tietämään, että sen aiheuttaa aurinkotuulen hiukkaset.

"Olin, että vau."

Toisella kerralla Minna pääsi todistamaan harvinaista corona-ilmiötä omissa häissään. Oli syyskuu ja vuosi 2002. Hääpaikka oli vanhassa maatalossa keskellä peltomaisemaa. Tilaisuus oli alkanut vasta kuudelta illalla, ja ulkona oli jo pimeää, taivas tähtikirkas. Joku näki ulkona revontulet.

Koko seurue meni ulos ihmettelemään niitä lämpimään syysiltaan, ja vieraat riemuitsivat: revontuletkin juhlistavat teitä!

"Miten sattuikin."

Avaruusolioiden kieltä

Fysiikka on tieteenala, joka selittää, miten maailma toimii. Se lähtee atomitason selityksestä ja leviää universumitasolle. Samat lait pätevät kaikkialla.

"Jos tapaisit ulkoavaruuden olion, se kieli mitä voisit puhua, on fysiikka, koska olionkin on täytynyt ymmärtää fysiikkaa, jotta se on voinut tulla tänne asti."

Plasmafysiikka on yksi fysiikan vaikeimpia lajeja.

"Avaruusplasmoja ei voida eristää laboratorio-olosuhteisiin kontrolloitujen kokeiden tekemiseksi. Jokainen tapahtuma on historiansa ja ympäristönsä summa."

Avaruussääfyysikon pitää ymmärtää aurinko ja sen mekanismit, pitää ymmärtää aurinkotuuli, miten lähiavaruus toimii ja miten se on vuorovaikutuksessa aurinkotuulen kanssa, miten yläilmakehä toimii – ja tietenkin vielä se, miten avaruussää näkyy maan pinnalla ja miten se vaikuttaa teknologiaan.

Pahimmillaan avaruussää voisi aiheuttaa maapallolla katastrofeja: pysäyttää lentoliikennettä, vaurioittaa satelliitteja ja ajaa sähkö- ja tietoliikenneverkkoja alas. Mitatun historian voimakkain avaruussäämyrsky oli Carringtonin myrsky vuonna 1859. Englantilainen harrastelija-astronomi katsoi aurinkoa juuri ennen kuin myrsky käynnistyi. Hän havaitsi auringossa valtavan pilkun. Pilkku räjähti, ja 17 tunnin päästä lennättimien johdot alkoivat iskeä kipinää ja lennätintoimistoja syttyi palamaan. Kalliovuorilla kullankaivajat heräsivät keskellä yötä, koska luulivat, että oli aamu; revontulet olivat niin kirkkaat. Revontulet näkyivät Karibialla asti.

Jos vastaavanlainen avaruusmyrsky pääsisi yllättämään nyt, sekä suorat että välilliset vahingot olisivat massiivisia: ihmiset voisivat jäädä ilman sähköä, verkot voisivat kaatua. Pahimmillaan Fukushiman tyyppiset ydinvoimalat voisivat ylikuumentua varavirran puutteen takia.

Minna tutkii juuri niitä prosesseja, jotka aiheuttavat avaruusmyrskyjä. Häntä kiinnostaisi päästä tutkimaan, miten Suomen sähköverkko kestäisi Carringtonin "mällin". 

Mutta juuri nyt Minna ei ehdi. Hänellä on kaksi miljoonaa euroa käytettävänään aivan toiseen tutkimukseen.

Paras, parempi malli

Minnan työhuoneen seinän tussitaululle on piirretty mystisen näköisiä kuvia ja kirjoitettu englanniksi: physics, methods…

"Siinä on seuraava tutkimukseni", Minna sanoo. "Kirjoitin sen tuosta suoraan hakemukseen."

Se hakemus lähti ERC:lle ja se toi Minnan tutkimusryhmälle jo toisen kerran ison apurahan.

Se, että saa ERC-rahan kerran, on harvinaista. Että saa sen kaksi kertaa, on poikkeuksellista.

Uudella apurahalla Minna kokoaa taas ympärilleen tiimin, jonka tarkoituksena on tehdä vielä tarkempi ja paremmin laskentaoptimoitu, kolmiulotteinen versio Vlasiator-mallinnuksesta.

Sillä mallilla lähiavaruuden ilmiöitä on mahdollista tarkastella vielä tarkemmin, myös kiven alta.

Vaikka Minna ymmärtää, miten maailma toimii ja miten avaruus vaikuttaa siihen, hän sanoo, että helposti tulee sellainen olo, että voiko kaikkea sittenkään ymmärtää.

"Viime aikoina olen miettinyt, että onko meidän kuvamme lähiavaruudesta itse asiassa oikea, koska olemme katsoneet sitä rajaamalla pienempiin ja helpommin ymmärrettäviin kokonaisuuksiin."

Minna on hetken hiljaa.

"Ajatus vähän järkyttää maailmankuvaani. Että onko kuitenkin niin, että mikään ei ole yhtään selkeää."

Ainakin rajaaminen on hankalaa. Ei tarvitse kuin katsoa Vlasiatorin aaltoilua ruudulla, että ymmärtää, miten monet asiat vaikuttavat magnetosfääriimme. Ja miten kaukana avaruudessa jonkin ilmiön alkusyy voi olla.

Sellaisen kokonaisuuden selittäminen on äärimmäisen hankalaa.

Minnan silmät syttyvät.

"Se on hyvä, vaikea on hyvä! Ei ainakaan lopu motivaatio."

text-by
Anna-Kaari
Hakkarainen
images-by
Vapa
Media
video-by
Vapa
Media