• Artikkelin kategoria:Artikkelit
  • Artikkeli julkaistu:28.12.2023

Tähtitieteestä Maan tutkimukseen –viisi nostoa professori Markku Poutasen uran varrelta

Kirjoittaja

You are currently viewing Tähtitieteestä Maan tutkimukseen  –viisi nostoa professori Markku Poutasen uran varrelta

Marraskuun lopussa Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksesta eläkkeelle jäänyt emeritusprofessori Markku Poutasen ura on ulottunut viidelle vuosikymmenelle. Tähtitieteestä loikan geodesian tutkimuksen pariin tehnyt Poutanen on laajemmalle yleisölle tuttu tieteen kansantajuistajana. Pitkään uraan mahtuu lukemattomia kohokohtia, keräsimme niistä viisi keskeisintä.

  1. Tähtitieteestä geodesiaan

Poutasen innostus tähtitieteeseen lähti 1960-luvun avaruuslennoista ja hänellä oli jo nuorena selkeää, että tähtitaivaan liikkeet kiinnostavat. Tutkijan ura alkoi Helsingin yliopistossa asteroiditutkimuksen parissa ja vei Poutasen 1980-luvun alussa myös vierailevaksi tutkijaksi Arizonan Lowell Observatorioon. Lisensiaatintyön Poutanen teki kuitenkin aivan eri aiheesta Helsingin yliopistolle. Työn aiheena oli rakentaa uusi havaintolaite, jolla kuvattiin tähtien spektrejä.

Rakensin Krimillä sijaitsevaan observatorioon CCD-kameran eli ensimmäisen digitaalisen kameran tähtien spektrien havaitsemiseen. Se korvasi filmit ja lasilevynegatiivit. Tallennustila oli tuolloin pientä, eikä koko kuvaa pystynyt tallentamaan kerralla vaan se piti jo lukuvaiheessa litistää yksiulotteiseksi spektriksi, muistelee Markku Poutanen.

Tämän Suomen Akatemian projektin jälkeen rahoitusta ei ollut tiedossa. Sen sijaan Poutanen sai vinkin vakituisesta tutkijan virasta Geodeettisella laitoksella. Hän aloitti Geodeettisessa laitoksessa vuonna 1985 aluksi tutkijana, sitten erikoistutkijana ja oli vuosina 2001–2019 geodesian osaston johtajana. Työpaikan vaihdon myötä Poutasen tutkimuksen aiheet siirtyivät Maan tutkimuksen pariin, vaikka tähtitieteestä olikin paljon hyötyä myös geodesiassa.

Digitaaliset kamerat olivat 1980-luvun alkupuolella nykymittapuun mukaan varsin vaatimattomia. Tähtien spektrien kuvaamiseen käytetyn kameran kenno oli samankokoinen kuin nykyisten harrastajakameroiden, mutta pikseleitä oli vain 220 000. Kamera jäähdytettiin nestemäisellä typellä n. -140 celsiusasteeseen kohinan pienentämiseksi. Kameran luku- ja datankäsittelyohjelmat oli rakennettava itse.
Kuva: MML
Asteroidi 3760 Poutanen kiertää Aurinkoa Marsin ja Jupiterin ratojen välissä, kiertoaika noin 4 vuotta. Asteroidi löydettiin Lowell Observatoriossa vuonna 1984 ja sai nimensä Markku Poutasen mukaan. Kuva: Tapio Lahtinen, Ursa Taivaanvahti
Jo 1960-luvulla alkanut tähtiharrastus on jatkunut näihin päiviin saakka. Orionin suuri kaasusumu Markku Poutasen kuvaamana.
 

2. Viimeiset kolmiomittaukset

Geodeettisella laitoksella Poutanen pääsi mukaan viimeisiin kolmiomittauksiin. Noin 350 pistettä käsittävä ensimmäisen luokan kolmioverkko oli pohjana Suomen kartoitustyölle ja koordinaattijärjestelmälle.

Perehdytys olisi kenties voinut olla parempaa. Sain mittausvälineeseen, teodoliittiin, 15 minuutin perehdytyksen ja seuraavan kerran pidin laitetta käsissäni Lapissa. Toki havaintokokemusta oli melkoisesti, mutta suuret teleskoopit ovat hieman erilaisia kuin teodoliitti, Markku Poutanen kertoo.

Viimeisinä vuosina mittauksia teki kolme retkikuntaa, joissa kussakin oli kaksi henkilöä, havaitsija ja kirjuri. Mittaustornit sijaitsivat Lapissa syrjäisillä paikoilla ja paikalle kuljettiin helikopterilla ja majoituttiin teltassa. Kahtena kesänä Poutanen mittasi kaikkiaan neljällä pisteellä. Kullakin pisteellä mittaukset kestivät viikosta kahteen mittausolosuhteiden eli säätilanteen mukaan.

Ruuhkaa Korvatunturilla 1980. Kulmanmittaukset olivat vielä käynnissä, kun astronomisen paikanmäärityksen retkikunta saapui paikalle. Kuva: MML

3. Teknologinen harppaus – satelliitit paikannukseen

Suomen kolmiomittaus kesti noin 70 vuotta. Kolmioverkon mittaus saatiin valmiiksi juuri kun uusi teknologia, GPS-paikannus, otettiin käyttöön. Satelliittipaikannus mullisti mittaukset; se oli nopeaa, tarkkaa ja säistä riippumatonta. Ensimmäiset GPS-mittaukset Suomessa tehtiin 1980-luvun loppupuolella.

 Vuonna 1989 osallistuimme ensimmäiseen Euroopan laajuiseen mittauskampanjaan, EUREF89, joka oli pohjana nykyiselle eurooppalaiselle koordinaattijärjestelmälle. Suomeen mittasimme neljä pistettä, Markku Poutanen kertoo.

Vanhan kolmioverkon sadan pisteen liittäminen uuteen koordinaattijärjestelmään tehtiin kahdessa kesässä vuosina 1996–1997. Tästä syntyi Suomen nykyinen EUREF-FIN -järjestelmä ja tarkat muunnokset tuolloin käytettyyn KKJ-järjestelmään.

Tarkkuus ensimmäisistä GPS-mittauksista on parantunut ainakin kymmenkertaisesti, mittauksiin vaikuttavat virheet tiedetään nyt paremmin, laskentateho ja -nopeus on parantunut, tiivistää Markku Poutanen viime vuosikymmenien kehitystä.

Tulevaisuuden haasteena Poutanen näkee tarkan yhdellä vastaanottimella tehtävän paikannuksen (Precise Point Positioning) käyttöönoton. Tällöin senttimetrintarkat koordinaatit saadaan paikannusatelliittien käyttämässä globaalissa järjestelmässä ilman muita tukipisteitä. Tämän paikannusmetodin myötä muunnoksien merkitys eri järjestelmien välillä korostuu.

Meidän täytyy tuntea tarkasti kaikki maankuoren ajalliset muutokset mannerlaattojen liikkeistä tai maannoususta aina maanjäristysten aiheuttamiin paikallisiin muutoksiin. Vain sitä kautta saamme muunnettua koordinaatit globaalista järjestelmästä paikallisiin järjestelmiin riittävällä tarkkuudella. Globaalit koordinaatit muuttuvat sitä mukaa mitä mannerlaatat liikkuvat. Esimerkiksi kiinteistötoimituksissa jatkuvasti muuttuvat koordinaatit tuskin ovat tontinomistajan mieleen, toteaa Markku Poutanen.

Ratkaisuna Poutanen näkee maankuoren liikemallien jatkuvan seurannan ja tarkentamisen sekä tiiviin yhteistyön palveluntuottajien kanssa. 

Markku Poutanen ja Torbjørn Nørbech (Statens Kartverk, Norja) EUREF89-kampanjan GPS-mittauksissa Kaunispäällä vuonna 1989. TI-4100 GPS-vastaanotin on auton takakontissa oleva suuri laatikko ja oikeassa alakulmassa aggregaatti tuottaa sille virtaa. Kuva: MML

4. Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman uudistus

Yhdeksi merkittävimmäksi uudistukseksi uransa aikana Poutanen näkee rahoituksen saamisen vuonna 1975 perustetun Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman parannukseen. Ensimmäisessä vaiheessa 2010-luvun alussa turvattiin rahoitus laitteiston uusimiseen ja äskettäin myös operointiin on saatu rahoitus.

Nykyään Metsähovi on yksi maailman reilusta kymmenestä geodeettisista perusasemista, jotka muodostavat globaalin koordinaattijärjestelmän rungon. Kirkkonummella sijaitsevan Metsähovin sijainti tekee asemasta erityisen, sillä se on pohjoisin perusasema Norjan Huippuvuorilla olevan aseman jälkeen. Myöskään idän sunnalla ei perusasemia ole ennen kuin Kiinassa ja Japanissa.

Geodeettisia perusasemia voidaan kutsua myös superasemiksi, koska niissä globaalin koordinaattijärjestelmän ylläpitoon tarvittavat geodeettiset havaintolaitteet sijaitsevat samassa paikassa. Lisäksi laitteiden paikat toistensa suhteen on mitattu jopa millimetrien tarkkuudella, mitä tietoa tarvitaan eri havaintomenetelmien yhdistämiseksi.

Metsähovissa on esimerkiksi useita pysyviä GNSS-vastaanottimia, jotka ovat osana globaalia, eurooppalaista tai kansallista verkkoa. Uusi radioteleskooppi on yksi noin neljästäkymmenestä vastaavasta radioteleskoopista, joiden avulla määritetään Maan asento avaruudessa joka hetki. Ilman tätä tietoa satelliittipaikannus ei olisi mahdollista. Satelliittilaserilla määritetään sekä paikannussatelliittien että merenpinnan korkeutta mittaavien tutkasatelliittien tarkat etäisyydet. Painovoimalaboratoriossa olevien gravimetrien avulla määritetään Suomen painovoimajärjestelmä ja mitataan painovoimassa tapahtuvat muutokset.

Metsähovi on myös tarkin yhteys globaaliin vertausjärjestelmään, jonka kautta saamme kansallisen ja globaalin järjestelmän liitettyä toisiinsa. Metsähovissa ovat Suomen koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjestelmien peruspisteet, kiteyttää Poutanen tutkimusaseman merkityksen Suomelle.

Metsähovin geodeettisen tutkimusaseman avajaiset elokuussa 2022. Kuva: MML

5. Kansainväliset tehtävät ja tieteen popularisointi

Poutasen kansainvälisten tehtävien kirjo on huomattava. Viimeisimpänä Poutanen toimi Kansainvälisen Geodeettisen Assosiaation (IAG) pääsihteerinä vuosina 2019–2023.

Pääsihteeriys oli tarjous, josta ei voinut kieltäytyä, kertoo Markku Poutanen.

IAG:n tehtävä on edistää tutkimusta ja tieteellistä yhteistyötä. Assosiaatioon kuuluvan 12 palvelun merkitys on valtava. Ne koordinoivat, keräävät ja analysoivat globaalien geodeettisten verkkojen mittaukset. Ilman niiden tuottamia aineistoja meillä ei olisi nykyisen kaltaista tarkkaa koordinaattijärjestelmää, käsitystä jäätiköiden sulamisesta tai merenpinnan noususta, eikä edes satelliittipaikannus toimisi nykyisessä määrin.

Poutanen on ollut myös mittaamassa perusviivoja eli pituusmittauksissa käytettyä mittanormaalia esimerkiksi Taiwaniin, Kiinaan ja Unkariin. Nämä ovat valitettavasti tuhoutuneet ajan saatossa. Maanmittauslaitos ylläpitää Nummelan normaaliperusviivaa, jota nykyisin käytetään maailman tarkimpien etäisyysmittauslaitteiden testaukseen ja kalibrointiin. Myös Nummelan perusviivaa täytyy mitata muutaman vuoden välein, jotta varmistetaan sen luotettavuus. Näissä mittauksissa Poutanen on ollut mukana näihin päiviin saakka.                      

– Työ vaatii tiettyä masokismia, sillä jopa kolme kuukautta kestävät mittaukset suoritetaan öisin syksyisessä märkää villasukkaa muistuttavassa säässä, toteaa Markku Poutanen.

Markku Poutanen mittaa perusviivaa Taiwanissa 1983. Kuva: MML

Poutanen on taitava tieteen kansantajuistaja niin radiossa, lehdissä kuin sosiaalisessa mediassa. Hänen vastauksiaan on voinut lukea esimerkiksi Helsingin Sanomien Lasten tiedekysymykset -palstalla.  Hän toimitti kolmekymmentä vuotta Kuukauden tähtitaivas -radio-ohjelmaa Ylellä ja se jatkuu nykyisin tähtitieteellisen yhdistyksen Ursan podcastissa. Hän on myös ollut kahdesti Ursan puheenjohtajana.

– Yksi asia johtaa toiseen ja en ole osannut koskaan sanoa ei, Poutanen kuvailee päätymistään moninaisiin tehtäviin.

Poutanen on myös kirjoittanut lukuisia tieto- ja oppikirjoja, ohjannut useita väitöskirjatöitä ja luennoinut dosenttina kahdessa yliopistossa. Vaikka Poutanen jäi eläkkeelle ei hän toimettomaksi jää, sillä seuraava kirja History of Geodesy in Finland on jo työn alla.