Tiedeuutiset

Kalevi Rantanen | Tiedeuutiset@tekniikanmaailma.fi

Tiedeuutiset

Kalevi Rantanen | Tiedeuutiset@tekniikanmaailma.fi

Pikkusatelliiteista uusi murros

Cube-satelliiteista on tullut merkittävä tieteellisen tutkimuksen työkalu, Yhdysvaltain tiedeakatemiat arvioivat lausunnossaan. Ne ovat tehneet aiheesta tutkimuksen, jonka luonnos on julkaistu verkossa (Achieving Science with CubeSats: Thinking Inside the Box, www.nap.edu/23503).

Cube-satelliitti eli CubeSat on kuutioista koottu pienoissatelliitti. Yksi kuutio on 10 x 10 x 10 senttimetrin kokoinen ja painaa noin 1,3 kg. Ensimmäiset Cubet rakennettiin vuonna 1999 opiskelijoiden harjoitustyökaluiksi.

Satelliittien määrä alkoi kasvaa 2010-luvulla. 2015 loppuun mennessä on laukaistu 425 Cubea. Viime vuosina ala on kaupallistunut. Kahden viime vuoden aikana noin puolet Cube-satelliiteista oli kaupallisia, neljäsosa yliopistojen tutkimussatelliitteja ja loppu neljäsosa sotilaallisia laitteita.

Akatemioiden raportin mukaan Cube-satelliitit täyttävät ”disruptiivisen” eli ”murtavan” innovaation vaatimukset, jotka Harvardin yliopiston taloustieteilijä Clayton Christensen muotoili vuonna 1995. Disruptiivisilla keksinnöillä on aluksi heikommat suoritusarvot kuin vakiintuneilla teknolo­gioilla, mutta vastineeksi hinta on alhainen.

Kehittyessään disruptiivinen innovaatio luo mahdollisuuksia, jotka perinteiseltä tekniikalta puuttuvat. Cubet voivat esimerkiksi muodostaa parvia, jotka tehostavat datan tuotantoa. Mittaaminen monessa pisteessä olisi perinteisten satelliittien avulla mahdottoman kallista.

Cube-satelliittien uskotaan tuovan uusia mahdollisuuksia mitata tarkasti Auringon säteilyä ja tuottaa tietoa Maan energiataseen laskemista varten. Useilla pikkusatelliiteilla lämpötiloja voidaan mitata monessa pisteessä tihein väliajoin.

Samoin helpottuu monien muiden ominaisuuksien, kuten kosteuden, paineen, pölyn ja kemiallisen koostumuksen mittaus.­ Biologiassa voidaan tutkia esimerkiksi kasvien ja mikrobien­ käyttäytymistä painottomuudessa. Pienoissatelliittien tarjoa­maa pitkäaikaista mikrogravitaatiota voidaan hyödyntää myös materiaalitutkimuksessa.

Tutkimusryhmä mainitsee myös Cube-satelliittien ongelmia. Niistä ensimmäinen on avaruusromun lisääntyminen. Cube-yhteisöä kehotetaan etsimään ajoissa ratkaisuja ongelmaan.

Suomessa Ilmatieteen laitoksen tutkija Pekka Janhunen on kehittänyt yhden ratkaisun, plasmajarrun. Plasmajarru jarruttaa satelliittia niin, että se putoaa ilmakehään ja palaa poroksi.

Auttaisiko koiran hoitaminen ihmistäkin?

Koirilla esiintyy pakkotoimintoja, kuten oman hännän jahtaamista. Ne muistuttavat ihmisen pakko-oireista häiriötä OCD:tä. Koiran kognitiiviset eli tiedolliset häiriöt muistuttavat ihmisen dementiaa ja mahdollisesti myös Alzheimerin tautia.

Tutkijat arvelevat, että ihmisen ja koiran sairauksilla voi olla yhteistä geneettistä taustaa. Massachusettsin yliopiston ja Somervillen säätiön Darwin’s Dogs -hankkeessa kartoitetaan koiran perimää eli genomia. Koiranomistajat ovat tuoneet hankkeeseen mukaan jo yli kuusituhatta koiraa. Muitakin geenitutkimuksia on käynnissä. Aiheesta on kertonut Nature-lehti (doi: 10.1038/529446a).

Toisessa artikkelisssaan (doi: 10.1038/534303a) Nature kertoo, miten koiranomistajat keskittyvät yhä enemmän lemmikkiensä tervey­denhuoltoon. Siksi koirat elävät entistä pitempään ja ehtivät saada ihmiselle tyypillisiä sairauksia, kuten syöpiä ja niveltulehduksia. Niille yritetään kehittää myös ihmismäisiä hoitomenetelmiä, kuten luuydinsiirtoja, geeniterapiaa ja syöpärokotteita.

Suomessa Helsingin yliopiston molekyyligenetiikan professorin Hannes Lohen ryhmä on tutkinut koiria jo kymmenen vuotta. Kesäkuussa Lohi sai Jane ja Aatos Erkon säätiöltä huomattavan avustuksen koiran geenikartan tutkimiseen. Lisäksi tutkimusta tukee kolme yritystä: eläingenetiikkayritys Genoscoper, lemmikkieläinten geenitestien tuottaja Mars Veterinary ja biolääketieteellinen yritys ­MediSapiens.

Tutkimukseen sisältyy geenikarttojen vertailu. Ihminen ja koira ovat perimältään lähellä toisiaan. Siksi tutkijat uskovat, että koiran geenikartasta on apua myös ihmisen sairauksien hoidossa. Lohi tutkii etenkin aivosairauksia, kuten epilepsiaa, hermorappeumaa ja psyykkisiä sairauksia.

Patojärviä jäätiköiden tilalle

Suuri osa jäätiköiden varastoimasta vedestä voidaan korvata patoaltaisiin varastoidulla vedellä, sanoo sveitsiläisten ja italialaisten tutkijoiden ryhmä Environmental Research Letters -lehdessä (doi: 10.1088/1748-9326/11/5/054022).

Jäätiköt sitovat itseensä vettä kylmänä vuodenaikana ja luovuttavat sitä kesällä. Ilmaston lämmetessä luonnon vesihuolto heikkenee. Vesivirta jäätiköiltä tosin kasvaa ensin, kun vanha jää sulaa. Ilo kestää kuitenkin vain hetken, Alpeilla noin vuoteen 2040 saakka. Sen jälkeen virtaus vähenee, kun jäätiköt pienenevät tai ­katoavat kokonaan.

Jäätiköt jättävät jälkeensä autiota maata tai matalia järviä. Hyödynnetään tyhjentynyttä tilaa, ehdottavat tutkijat. Rakennetaan patoallas, johon varastoidaan vettä. Kesän vesipulaa voidaan silloin lievittää. Alpeilla kymmenen keinotekoista vesivarastoa korvaisi kaksi kolmasosaa menetetystä jäästä.

Suomalainen spektrometri sai ”fotoniikan Oscarin”

Helsinkiläisen Spectral Engines Oy:n infrapunaspektrometri on saanut tämän vuoden PRISM-palkinnon ilmaisimien ja sensorien sarjassa. Palkinnon jakaa kansainvälinen optiikan ja fotoniikan seura SPIE.

Spektrometreillä mitataan säteilevän, heijastuvan tai läpäisevän valon aallonpituuksia. Ne kertovat aineen koostumuksesta.

Spectral Enginesin laitteilla mitataan esimerkiksi lääkkeiden, ruokien, juomien ja polymeerien koostumuksia.

Palkintoraati mainitsi useita palkitsemisperusteita. Uusi analysaattori mahtuu kämmenelle. Laite toimii langattomasti ja on kytkettävissä Bluetoothin kautta tietokoneeseen, mitä tekee siitä ”laboratorion taskussa”.

Muutos on merkittävä, koska laboratorioiden spektrometrit ovat perinteisesti olleet isoja koneita.

Palkinto, jota joskus nimitetään ”fotoniikan Oscariksi”, on samalla tunnustus tutkimustyölle Suomessa. Laitteen ytimessä on mikromekaaninen Fabry–Perot-interferometri, jota Teknologian tutkimuskeskus VTT on kehittänyt pitkään.

Naiset terrorismin levittäjinä

Terrori ja väkivaltaan yllyttäminen ovat perinteisesti olleet miehisiä ”harrastuksia”, mutta säännöstä on poikkeuksia. Tutkijaryhmä Harvardin ja Floridan Coral Gables -yliopistoista on seurannut Isis-terroristi­ryhmittymän kannattajien toimintaa Vkontakte-palvelussa, joka on Facebookin venäläinen vastine.

Vähän yli sadastatuhannesta kannattajasta noin 40 prosenttia oli naisia. Naiset toimivat miehiä useammin viestien välittäjinä kannattajien välillä. He rakensivat terrorismia tukevia ryhmiä.

Tutkijat kertoivat tuloksista Science Advances -lehdessä (10.1126/sciadv.1501742). Tutkimuksen ulkopuolinen politiikan asiantuntija Karl Rethemeyer New Yorkin valtionyliopistosta kommentoi tuloksia Science-lehdessä (doi: 10.1126/science.352.6292.1380). Hänen mukaansa naisten ”mielen ja sydämen” voittaminen rauhan puolelle voi todella olla tehokas keino terrorismin nujertamisessa.

Yksi hyökkäys, kaksi ötökkää

Japanilainen lepakko Pipistrellus abramus painaa viitisen grammaa. Se syö joka yö hyönteisiä viidesosan omasta painostaan. Suuren saaliin hankkiminen vaatii tehokkaita metsästystaktiikoita. Lepakko optimoi lentoreittiään, kertoo japanilainen tutkijaryhmä Pnas-lehdessä (doi: 10.1073/pnas.1515091113).

Tutkijat keräsivät mikro­foneilla dataa lepakon ultra­äänitutkan toiminnasta. Mittaustulosten perusteella he rakensivat matemaattisen mallin, joka kuvaa eläimen toimintoja.

He havaitsivat, että lepakko kohdistaa tutkansa yhtä aikaa sekä lähimpään että seuraavaan saaliseläimeen. Näin se pystyy hotkaisemaan molemmat lyhyessä ajassa, parhaimmillaan yhden sekunnin aikana. Pipistrellus abramus syö hyönteisen keskimäärin kahden tai kolmen sekunnin välein. Jos se pyydystäisi lähimmän hyönteisen ja alkaisi vasta sitten etsiä seuraavaa, tulos heikkenisi merkittävästi.

Kiistelyä hoitovirhekuolemista

Hopkins-yliopiston tutkijat Martin A Makary ja Michael Daniel arvioivat lääketieteellisessä British Medical Journal -lehdessä (doi: http://dx.doi.org/10.1136/bmj), että hoitovirheet ovat kolmanneksi merkittävin kuolinsyy Yhdysvalloissa. He tekivät yhteenvedon useista tutkimuksista ja laskivat, että virheiden takia kuolee vuosittain noin 250 000 henkeä. Luku on paljon suurempi kuin paljon lainatussa ”To err is human” -tutkimuksessa (”Erehtyminen on inhimillistä”) vuodelta 2000. Se antoi hoitovirhekuolemien määrälle haarukan 44 000–98 000.

Tutkimusta on arvosteltu menetelmällisistä puutteista. Hoitovirheistä on vaikea saada tarkkaa tietoa ja yksiselitteisiä lukuja. Erään arvion mukaan vanhakin luku on liioiteltu, ja kuolemia olisi todellisuudessa 25 000. Yhtä mieltä ollaan yhdestä asiasta: estettävissä olevat hoitovirheet ovat merkittävä kuolinsyy.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n arvion mukaan Suomessa kuolee hoitovirheisiin 700–1 700 henkeä vuodessa.

Kysyimme asiantuntijalta | Ilpo Salonen

Ilmastonmuutos muuttaa sääoloja – vai muuttaako?

Kun tuuli tuivertaa, vesi tulvii kaduille, hurrikaani iskee kaukomailla ja kotimaassa on kuumaa tai kylmää, herää kysymys: tämäkö nyt on sitä ilmastonmuutosta? On ja ei, vastaa varovaisesti meteorologi Asko Hutila Ilmatieteen laitokselta.

Miltä kuluneen kesän sää näyttää tilastojen valossa?

Kesän keskilämpötilassa ei ole ollut tähän mennessä suurta poikkeamaa tavanomaisesta eli useiden vuosikymmenten keskiarvosta. Maan itä- ja pohjoisosassa keskilämpötila on hieman tavanomaista korkeampi. Poikkeamat ovat kuitenkin korkeintaan asteen luokkaa. Heinäkuussa oli maan pohjoisosassa kuukauden keskilämpötila jopa harvinaisen korkea.

Hellepäivien määrä on ollut tähän mennessä koko maa huomioon ottaen lähellä pitkän ajan lukemia.

Kesän sademäärä puolestaan on jäänyt maan lounaisosassa tavanomaista pienemmäksi. Muualla taas on ollut yleensä selvästi tavanomaista sateisempaa, paikoin jopa poikkeuksellisen sateista.

Maasalamoita rekisteröitiin kesäkuussa tavanomaista vähemmän, kun taas heinäkuussa niitä esiintyi tavanomaista enemmän. Eniten on ukkostanut maan itä- ja pohjoisosassa.

Maailmalta on raportoitu lämpö­ennätyksiä – onko kyseessä trendi vai normaalivaihtelu?

Maapallon keskilämpötilassa on kyllä selvä signaali ilmaston

lämpenemisestä. Esimerkiksi Yhdysvaltain ilmatieteen laitos NOAA raportoi, että viime vuosi oli yli sata vuotta jatkuneen mittaushistorian lämpimin. Kokonaiskuvaa mutkistaa, että normaali vuosittainen vaihtelukin on edelleen kuvassa mukana.

Poikkeuksellisen tuntuinen sää herättää kysymyksen ”johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta?” Johtuuko?

Yksittäisen vuoden osalta ei voi sanoa mitään varmaa. Tarkastelu on

tehtävä aina pidemmällä aikavälillä. Suomessa luontainen vaihtelu on

niin suurta, että ilmastonmuutos ja sen vaikutukset näkyvät vasta

pitkässä juoksussa, vähintään muutaman kymmenen vuoden ajanjaksolla.

Jos kysytään, onko sään ääri-ilmiöissä kyse luonnollisesta vaihtelusta vai ilmastonmuutoksesta, vastaus ei ole ”joko tai” vaan pikemminkin ”sekä että”.

Varovaisesti voidaan arvioida, että sää näyttää olevan muuttumassa jossain määrin oikukkaampaan suuntaan.

Voiko tässä vaiheessa ennustaa jollain todennäköisyydellä Suomen syksyn säätä?

Mitään yksityiskohtaista syksyn säästä ei voi sanoa. Nykyisillä pitkän ajan ennusteilla päästään keskimäärin hieman arvausta parempaan

tulokseen.

Tuoreimpien vuodenaikaisennusteiden mukaan syyskuukausien eli syys–marraskuun keskilämpötila näyttäisi nousevan jonkin verran tavanomaista korkeammaksi, mutta sateisuudessa ei ole selvää poikkeamaa tavanomaisesta.

Mikä tekee sään ennustamisesta vaikeaa?

Pääasiallinen syy on ilmakehän ­monimutkainen ja kaoottinen ­rakenne. Kaikki vaikuttaa kaikkeen: esimerkiksi auringon lämpösäteily ja sen heijastuminen ja imeytyminen, lämmön haihtuminen, ilman hiilidioksidipitoisuus, pilvisyys, pienhiukkaset sekä merien lämpötila. Ilmakehän mallintaminen on hyvin monimutkaista, ja mallit ovat aina yksinkertaistettuja. Lisäksi puutteelliset ja virheelliset havainnot vaikeuttavat ennustamista.

Onko lähiaikoina tai -vuosina odotettavissa joitakin teknologisia parannuksia sään ennustamisen avuksi?

Säämalleja kehitetään koko ajan, ja tehokkaammat tietokoneet antavat mahdollisuuden kehittää yhä monipuolisempia malleja, jotka pystyvät ennustamaan myös pienemmän mittakaavan sääilmiöitä. Lisäksi havaintoteknologia kehittyy, ja kaukokartoitusmenetelmien avulla havaintoja saadaan myös sellaisilta alueilta, joissa varsinainen havainto­asemaverkko on harva.

kivikirves 40 000 vuoden takaa

Sydneyn yliopiston tutkijat kertovat Australian Archaeology -lehdessä (dx.doi.org/10.1080/03122417.2016.1164379) löytäneensä maailman vanhimmat hiotun kivikirveen palaset Kimberleyn alueelta Länsi-Australiasta. Palasten ikähaarukka on 44 000–49 000 vuotta. Tutkijat kokeilivat itse kirveen hiomista. He havaitsivat, että tarpeeksi sileän terän saaminen vaati 600–800 vetoa hiomakivellä. Mistään muualta ei ole löydetty näin vanhoja todisteita hiotuista kirveenteristä. Ajan huipputeknologian­ keskus, kivikauden Piilaakso, on voinut sijaita Australiassa.

Supernovat suutelivat maapalloa

Lähellä Maata on ollut useita supernovia viimeisten kymmenen miljoonan vuoden aikana, kertoo kansainvälinen tutkijaryhmä Nature-lehdessä (doi: 10.1038/nature17196). Tutkijat analysoivat Tyynenmeren sekä Atlantin ja Intian valtameren pohjasta sekä myös Kuusta löydettyjä raudan Fe-60-isotooppeja. Fe-60 on radioaktiivinen isotooppi, jota syntyy supernovissa. Tietokonesimulaatiot kertoivat, millaiset supernovat voivat synnyttää havaitut esiintymät. Laskelmien mukaan viimeinen lähitähti räjähti puolitoista miljoonaa vuotta sitten. Jos tuo tähti olisi räjähtänyt vielä vähän lähempänä, meitä ei olisi täällä.

Nanolangat veden kerääjinä

Yhdysvaltalainen tutkijaryhmä on havainnut, että hiilipohjaiset nanolangat imevät ja karkottavat vettä odottamattomalla tavalla (Nature Nanotechnology, doi:10.1038/nnano.2016.91). Havainto todisti oikeaksi 20 vuotta sitten esitetyn teorian.

Langat imevät vettä ilmasta, jonka suhteellinen kosteus on alhainen. Kosteuden noustessa tiettyyn rajaan ne alkavat toimia päinvastoin eli karkottaa keräämäänsä vettä. Tutkijoiden mukaan ilmiöllä voi joskus olla sovelluksia veden keräämisessä. Ehkä voidaan myös tehdä vaatteita, jotka nykyistä tehokkaammin siirtävät hikeä iholta.

luuhormoni nuorentaa?

Luusolujen valmistama osteokalsiini ylläpitää ainakin hiiren lihasvoimaa, kertoo kanadalaisten, yhdysvaltalaisten ja ranskalaisten tutkijoiden ryhmä Cell Metabolism -lehdessä (http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2016.05.004). Vanhat hiiret pystyvät juoksemaan polkumyllyssä tavallisesti 600 metriä. Saatuaan osteokalsiinia ne juoksivat yhtä pitkän matkan kuin nuoret eli 1 200 metriä. Myös nuori hiiri hyötyi osteokalsiinitankkauksesta, mutta vähemmän. Juoksumatka piteni viidenneksellä. Jos tulos pystytään toistamaan ihmisellä, 50-vuotias urheilija voi juosta yhtä hyvin kuin 25-vuotias.

10%

prosenttia maailman kaupunkien talousvedestä menetetään vuotavien putkien takia, alimman arvion mukaan. Ylin arvio on 40.

Science Magazine, 20.5.2016

kivikirves 40 000 vuoden takaa

Sydneyn yliopiston tutkijat kertovat Australian Archaeology -lehdessä (dx.doi.org/10.1080/03122417.2016.1164379) löytäneensä maailman vanhimmat hiotun kivikirveen palaset Kimberleyn alueelta Länsi-Australiasta. Palasten ikähaarukka on 44 000–49 000 vuotta. Tutkijat kokeilivat itse kirveen hiomista. He havaitsivat, että tarpeeksi sileän terän saaminen vaati 600–800 vetoa hiomakivellä. Mistään muualta ei ole löydetty näin vanhoja todisteita hiotuista kirveenteristä. Ajan huipputeknologian­ keskus, kivikauden Piilaakso, on voinut sijaita Australiassa.

Supernovat suutelivat maapalloa

Lähellä Maata on ollut useita supernovia viimeisten kymmenen miljoonan vuoden aikana, kertoo kansainvälinen tutkijaryhmä Nature-lehdessä (doi: 10.1038/nature17196). Tutkijat analysoivat Tyynenmeren sekä Atlantin ja Intian valtameren pohjasta sekä myös Kuusta löydettyjä raudan Fe-60-isotooppeja. Fe-60 on radioaktiivinen isotooppi, jota syntyy supernovissa. Tietokonesimulaatiot kertoivat, millaiset supernovat voivat synnyttää havaitut esiintymät. Laskelmien mukaan viimeinen lähitähti räjähti puolitoista miljoonaa vuotta sitten. Jos tuo tähti olisi räjähtänyt vielä vähän lähempänä, meitä ei olisi täällä.

Nanolangat veden kerääjinä

Yhdysvaltalainen tutkijaryhmä on havainnut, että hiilipohjaiset nanolangat imevät ja karkottavat vettä odottamattomalla tavalla (Nature Nanotechnology, doi:10.1038/nnano.2016.91). Havainto todisti oikeaksi 20 vuotta sitten esitetyn teorian.

Langat imevät vettä ilmasta, jonka suhteellinen kosteus on alhainen. Kosteuden noustessa tiettyyn rajaan ne alkavat toimia päinvastoin eli karkottaa keräämäänsä vettä. Tutkijoiden mukaan ilmiöllä voi joskus olla sovelluksia veden keräämisessä. Ehkä voidaan myös tehdä vaatteita, jotka nykyistä tehokkaammin siirtävät hikeä iholta.

luuhormoni nuorentaa?

Luusolujen valmistama osteokalsiini ylläpitää ainakin hiiren lihasvoimaa, kertoo kanadalaisten, yhdysvaltalaisten ja ranskalaisten tutkijoiden ryhmä Cell Metabolism -lehdessä (http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2016.05.004). Vanhat hiiret pystyvät juoksemaan polkumyllyssä tavallisesti 600 metriä. Saatuaan osteokalsiinia ne juoksivat yhtä pitkän matkan kuin nuoret eli 1 200 metriä. Myös nuori hiiri hyötyi osteokalsiinitankkauksesta, mutta vähemmän. Juoksumatka piteni viidenneksellä. Jos tulos pystytään toistamaan ihmisellä, 50-vuotias urheilija voi juosta yhtä hyvin kuin 25-vuotias.

10%

prosenttia maailman kaupunkien talousvedestä menetetään vuotavien putkien takia, alimman arvion mukaan. Ylin arvio on 40.

Science Magazine, 20.5.2016