Yliopiston kotisivu Suomeksi På svenska In English
Helsingin yliopisto Eurooppalainen huippuyliopisto
 

Tulevaisuuden rakentaja vuodesta 1640

Yliopiston historia

Lisätietoja:

Yliopistolliset symbolit
Promootiot
Kanslerit
Statuutit
Ylioppilaskunta
Osakunnat
Helsingin yliopistomuseo
Yliopiston keskusarkisto

Ylioppilasmatrikkeli 1640–1852:

>> Avaa ylioppilasmatrikkeli

Ylioppilasmatrikkeli 1853–1899:

>> Avaa ylioppilasmatrikkeli

Oivallus 03/05: Kaikkien sähkölaitteiden kantaisä

Kaikki sähköä käyttävät laitteet ovat galvanometristä lähteneen tutkimuksen tulosta. Suomalaisen Nervanderin kehittelemän, sähkövirran voimakkuutta mittaavan galvanometrin kautta sähkömagneettista ilmiötä opittiin ymmärtämään. paremmin.

Galvanometri

Suomalaisen fyysikko J. J. Nervanderin (1805–1848) kehittelemä galvanometri (1833) oli aiempaa tarkempi sähkön ja magnetismin yhteyttä mittaava laite.

Nykyinen teknologinen kulttuuri perustuu pitkälti sähkömagneettiseen ilmiöön, jota galvanometrin kautta ymmärrettiin ensimmäisen kerran.

Galvanometrin keksiminen liittyy uuden tieteenalan, sähkömagnetismin, syntyyn 1830– 40-luvuilla.

Nervander liitti yliopiston aikansa laajimpaan kansainväliseen tutkimushankkeeseen. Kaisaniemen observatoriossa tehdyt magneettiset mittaukset tunnetaan nykyisin Helsinki-sarjan nimellä.

Oivallus sähkön ja magnetismin välisestä yhteydestä oli vallankumouksellinen. Nykyinen energiantuotanto ja -siirto, valaistus, tietoliikenne ja informaatioteknologia perustuvat tähän 1830-luvulla tehtyyn oivallukseen.

Tanskalainen fyysikko H. C.Ørsted (1777–1851) osoitti yksinkertaisella kokeella 1820, että johtimessa kulkeva sähkövirta vaikuttaa kompassineulaan. Tämä havainto muutti täysin fyysikoiden aiemmat käsitykset magnetismin ja sähkön luonteesta. Koe osoitti, että aiemmin erillisiksi luullut voimat olivat yhteydessä toisiinsa.

Monet arkipäiväiset sähkölaitteet perustuvat sähkömagneettisen ilmiön soveltamiseen, jossa sähkövirta muutetaan magneettien avulla liikkeeksi. Näin tapahtuu esimerkiksi pölynimurissa, partakoneessa ja stereoiden kaiuttimissa.

Sähkömagnetismi oli ensimmäinen esimerkki fysikaalisesta yhtenäisteoriasta ja sillä oli suuri merkitys myöhemmälle fysiikan kehitykselle.

Runoilijasta fyysikoksi

Johan Jakob Nervander oli monipuolinen tiedemies, jota pidettiin jopa nerona. Nervander promovoitiin 1827 yliopiston kaikkien aikojen parhain arvosanoin. Kaksi vuotta myöhemmin 24-vuotiaana hänet nimettiin fysiikan dosentiksi.

Nervander oli komea seurapiirileijona, joka kirjoitti runoja, tunsi kirjallisuutta ja osallistui aktiivisesti politiikkaan ja ylioppilaselämään. Toisaalta häntä on myös kuvattu itsevarmaksi ja impulsiiviseksi, elitistiseksi, kärsimättömäksi ja omahyväiseksi juonittelijaksi.

Nuorella Nervanderilla oli monia kiinnostuksen kohteita sekä tieteen että naisten suhteen. Hänestä tuli perheellinen mies jo alaikäisenä. Hän piti kuitenkin sekä lapset että tulevan vaimonsa salassa jopa ystäviltään J. V. Snellmanilta ja J. L. Runebergilta. Nuoren ylioppilaan ei sopinut olla perheellinen.

Tutustuttuaan eri tieteenaloihin J. J. Nervander päätti erikoistua luonnontieteisiin, erityisesti fysiikkaan ja päätyi sähkömagnetismin pariin. Tuolloin ei vielä tiedetty alan tulevista käytännön sovelluksista kuten lennättimestä, sähkövalosta, sähkömoottorista ja puhelimesta.

Nervanderin väitöskirja In doctrinam electro-magnetismi momenta (1829) käsitteli sähkövirran mittaamista. Osana väitöskirjatyötä Nervander rakensi galvanometrin, jolla voitiin mitata sähkövirran voimakkuutta. Laite oli tehty mahdollisimman raudattomista materiaaleista: mahongista, lasista ja hopeasta. Tällaisella galvanometrillä pystyttiin mittaamaan huomattavasti heikompia virtoja kuin muilla vastaavilla laitteilla.

Nervanderin rakentamassa galvanometrissä sähkövirta tuotiin sylinterin muotoisesti käämittyjen johtojen kautta magneetin ympärille, joten kääntyipä magneettineula miten paljon tahansa, se oli aina yhtä kaukana sähkövirrasta. Nervander havaitsi, että neulan kääntymiskulman tangentti oli verrannollinen sähkövirran voimakkuuteen.

Galvanometri kiertää Eurooppaa

Nervander teki kaksi laaja opintomatkaa Euroopan tutkimuskeskuksiin 1832–36, ensimmäisen yliopiston myöntämän Aleksanterin-Yliopiston matkastipendin turvin.

Matkoillaan Nervander opiskeli, teki tutkimusta ja solmi yhteyksiä alan tunnetuimpiin tutkijoihin: sähkövirran ja magnetismin suhteita tutkineisiin Ørstediin ja Ampèreen, magnetismia tutkineisiin Gaussiin ja Weberiin sekä Becquerelliin, Gay-Lussaciin ja Kupfferiin.

Nervander tuli tunnetuksi esittelemällä uuden, parantelemansa galvanometrin. Hän kirjoitti aiheesta Ranskan tiedeakatemian Annales de chimie et de physique -julkaisusarjaan Pariisissa 1833 ja teki galvanometrillä huomiota herättäneitä havainnollistavia kokeita. Nervanderista tuli pian kansainvälisen tiedeyhteisön arvostettu jäsen.

Edistyksellinen päätös

Sähkömagnetismin parissa 1830-luvun fyysikkoja kiinnostivat maapallon magneettikentän vaihtelut, erityisesti magneettimyrskyt, Maan magneettikentän voimakkuuden ja suunnan nopeat vaihtelut, joita esiintyi samanaikaisesti laajoilla alueilla. Vallalla olleen paradigman mukaan Auringon lämpö synnytti maahan sähkövirtoja, jotka vaikuttivat Maan magneettikenttään. Magneettikentän vaihtelun oletettiin siksi seuraavan vuorokauden lämpötilan muutosten rytmiä.

1830-luvulla englantilaiset, ranskalaiset, saksalaiset ja venäläiset tutkijat käynnistivät maailmanlaajuisen magneettis-meteorologisen mittausohjelman, The Magnetic Crusade, kuten se myöhemmin ristittiin. Magneettisia observatorioita rakennettiin Euroopan lisäksi imperiumien alusmaihin, Intiaan, Australiaan ja Pohjois-Amerikkaan, yhteensä useita kymmeniä. Näin syntyi aikakauden laajin tieteellisten havaintojen verkosto, johon Keisarillinen Aleksanterin Yliopisto Suomessa liitettiin, kiitos Nervanderin.

Magneettisen observatorion saaminen Helsinkiin ei ollut itsestäänselvyys – hanke oli erittäin kallis. 1830-luvun alussa yliopisto vastasi kieltävästi silloisen Pietarin tiedeakatemian johtajan fyysikko A. T. Kupfflerin tekemiin ehdotuksiin observatorion rakentamisesta.

Vuonna 1836 Nervander vieraili Pietarissa ja alkoi yhdessä Kupfflerin kanssa ajaa hanketta normaalin virkatien ohi. Neuvottelut muiden muassa vt. kanslerin, keisarin Suomen asiain esittelijä, ministerivaltiosihteeri R. H. Rehbinderin kanssa tuottivat tulosta: vuonna 1838 Magneettinen observatorio päätettiin Keisari Nikolai I:n hyväksymänä rakentaa Helsingin Kaisaniemen puistoon. Nervander nimitettiin sen johtajaksi ja ylimääräiseksi professoriksi.

Luotettava Helsinki-sarja

Nervander teki aikansa huipputiedettä. Observatorion laitteisto oli paras mahdollinen ja henkilökuntana oli kaksitoista tutkimusassistenttia — enemmän kuin millään muulla yliopiston laitoksella.

Observatoriossa tehtiin magneettisia mittauksia ja meteorologisia havaintoja. Ilmanpaine, lämpötila ja kosteus mitattiin, samoin tuulenvoimakkuus ja -suunta. Vuosina 1844–56 laitteiden lukemat kirjattiin päiväkirjaan joka kymmenes minuutti, 1856–1897 kerran tunnissa ja 1897–1911 kolme kertaa vuorokaudessa. Mittaukset lopetettiin vasta 1912 läheisen sähköraitiovaunuliikenteen aiheuttaman häiriön vuoksi.

Helsingissä mittausolosuhteita ei muutettu sen 70 vuoden aikana, jolloin havaintoja tehtiin: mittaustapa, laitteisto ja laitteiston sijainti pidettiin täsmälleen samana. Tämän sekä laitteiston laadun ja mittaajien tarkan työn ansiosta Helsingin havaintosarjaa pidetään erittäin luotettavana.

Nervander aloitteesta mittaustiedot koottiin neliosaiseksi teokseksi, jolle sittemmin myönnettiin jaettu Pietarin Tiedeakatemian Demidoffin palkinto, joka oli Nobel-palkinnon esikuva. Hänen työnsä katkesi kuitenkin ennenaikaiseen ja yllättävään kuolemaan vuonna 1848. Nervanderin jälkeen lukemien keräämistä jatkettiin, mutta tuloksien analysointia jouduttiin odottamaan aina 1990-luvulle asti.



Entä nyt?

Helsinki-sarja yhä tutkimuskäytössä

— Galvanometri on oivallinen esimerkki siitä, miten perustutkimuksessa tehtyä oivallusta sovelletaan laajalti, sanoo Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Heikki Nevanlinna.

1990-luvulla Nevanlinna työryhmineen siirsi Nervanderin työn hedelmät — Kaisaniemen observatoriossa kerätyn datan eli lähemmäs kaksi miljoonaa havaintoa — sähköiseen muotoon ja analysoi niitä.

Kun niin sanottu Helsinki-sarjan ensimmäiset tulokset julkaistiin vuonna 1993, se herätti kansainvälistä kiinnostusta.

— Sarja antaa tietoa magneettikentän vaihtelusta ajanjaksolta, josta muuten ei ole olemassa luotettavaa tietoa. Helsinki-sarjasta on merkittävää apua avaruusilmastotutkimuksessa. Sen avulla voidaan tutkia Auringon toimintaa, erityisesti säteilytoiminnan hidasta muutosta, kertoo Heikki Nevanlinna.

Nervanderin esiteltyä galvanometrinsä 1833 ryhtyi toinen fyysikko, C. Pouillet, kehittämään laitetta. Hänen versiotaan kutsuttiin tangenttibussoliksi ja se huomattiin alan tiedeyhteisössä paremmin kuin Nervanderin laite.

Suuren matkansa aikana hän [Nervander] sai maistaa tieteellistä mainetta, pyydettiinpä häntä Jenan yliopiston professoriksikin, mutta hänen merkittävin keksintönsä meni toisiin nimiin jo hänen eläessään”, kirjoittaa Anto Leikola.

Nervanderin syntymän 200-vuotisjuhlan kunniaksi Ilmatieteen laitos julkaisee Kaisaniemestä Kumpulaan -juhlakirjan, jonka on toimittanut Heikki Nevanlinna. Kirja julkaistaan 7.3.2005 juhlaseminaarin yhteydessä.

 

Lähteet

Painamattomat lähteet:

Internet:

Autio, Veli-Matti: Johan Jakob Nervander (1805-1848). Kansallisbiografia. http:///www.kansallisbiografia.fi.
(joulukuu 2004)

Nevanlinna, Heikki: 200 vuotta sähkövirtaa. http://www.tsv.fi/ttapaht/014/nevanlinna.htm.
Oulun yliopisto, Fysikaalisten tieteiden laitos, Sähkömagnetismi.

Näyttely:

Finska Vetenskaps-Societeten [Suomen Tiedeseuran] juhlanäyttely Totuuden nimessä, Helsinki 1998.

Suulliset lähteet:

Ilmatieteen laitoksen johtaja, tohtori Heikki Nevanlinna 24.11.2004 ja 26.1.2005

Painetut lähteet:

Kirjallisuus, lehdet ja aikakausilehdet:

Holmberg, Peter: Johan Jakob Nervander. Suomen Tiedeseuran vuosikirjajulkaisu Sphinx 1998. Totuuden nimessä. Kaksitoista merkittävää Suomen Tiedeseuran jäsentä. Vammala 1998.

Holmberg, Peter: The history of physics in Finland 1828-1918. Societas Scientiarum Fennica. Helsinki 1992.

Holmberg, Peter & Nevanlinna, Heikki: Johan Jacob Nervander and the Magnetic Observatory in Helsinki. Europhysics News. Nov. 2004.

Klinge, Matti: Keisarillinen Aleksanterin Yliopisto 1808-1917, Helsingin yliopisto 1640-1990 osa II, Keuruu Otava 1989.

Klinge, Matti: J. J. Nervander – romantiikan henkilö. Kaisaniemestä Kumpulaan. Helsinki 2005.

Lassila, Pertti: Mielikuvitus ja tieto – J. J. Nervanderin runoudesta. Kaisaniemestä Kumpulaan. Helsinki 2005.

Leikola, Anto: Fyysikko ja Lauantaiseuran tulisielu Johan Jacob Enrvander (1805-1848), Kansallisgalleria. Suuret suomalaiset. Vol. 1. 1995.

Markkanen, Tapio Johan Jakob Nervander. Suomen tieteen merkkiteoksia. näyttely 30.8.-12.11.1978. Helsingin yliopiston kirjasto.

Nevanlinna, Heikki: Historical Space Climate data from Finland: Compilation and Analysis. Solar Physics 2004.

Nevanlinna, Heikki: J. J. Nervander ja Helsingin magneettinen observatorio. Kaisaniemestä Kumpulaan. Helsinki 2005.

Nevanlinna, Heikki: Result of the Helsinki magnetic observatory 1844-1912. Annales Geophysicae 22, 2004.

Nevanlinna, Heikki: Magnetic and Auroral Signatures of the Supreme Geomagnetic Storm of 1859. Advances in Space research. Sepcial issue: “The Great Historical Geomagnetic Storm of 1859: A Modern Look”. Sept. 2004.

Tommila, Päiviö (toim.): Humanistiset ja yhteiskuntatieteet. Suomen tieteen historia 1. Porvoo: 2001.

Tommila, Päiviö (toim.): Humanistiset ja yhteiskuntatieteet. Suomen tieteen historia 3. Porvoo: 2000.

 

Oivallukset:

Oivallusten etusivu

Oivallus 01/05 - Lexell
ja pyrstötähden arvoitus

Oivallus 02/05 - Ytterbyn musta kivi

Oivallus 03/05 - Kaikkien sähkölaitteiden kantaisä

Oivallus 04/05 - Mistä tiedät punaisen?

Oivallus 05/05: Kivi muuttuu

Oivallus 06/05: Tarina siitä, kuinka pääsimme Tuhkimon jäljille

Oivallus 07/05: Maisema kaikilla aisteilla

Oivallus 08/05: Oivaltavaa matematiikkaa

Oivallus 09/05: Hengenpelastajamääritelmä

Oivallus 10/05: Suolaa ja happoa

Oivallus 11/05: Kaikki samaan kuvaan!