Suomen Akatemian huippuyksiköt

Maapallon lähiavaruuden hyödyntäminen on murrosvaiheessa: muutosta vauhdittavat avaruustoiminnan nopea kaupallistuminen, sääntelyn ja geopolitiikan kehitys sekä tarve satelliittitekniikkaan perustuvalle vihreälle ja digitaaliselle siirtymälle. Avaruuden vaaliminen nyky-yhteiskunnalle tärkeänä tekijänä edellyttää kahden merkittävän ongelman ratkaisemista: erittäin matalien, alle 450 kilometrin korkeudessa sijaitsevien Maan kiertoratojen käyttö sekä satelliittien ja niiden signaalien luotettavuus äärimmäisissä avaruussääolosuhteissa. 

Erittäin matalat Maan kiertoradat sijaitsevat ionosfääri–termosfäärissä, joka on yksi planeettamme vähiten tutkituista alueista. Tämä johtuu siitä, että aluetta on vaikea mitata ja mallintaa, sekä sen monitahoisista fysikaalisista ominaisuuksista, joita ovat ionien ja neutraalien hiukkasten vuorovaikutukset sekä Maan, magnetosfäärin ja aurinkotuulen väliset monimutkaiset takaisinkytkennät. Ionosfääri–termosfäärin toistaiseksi riittämättömästi tunnetun luonteen takia satelliitteja on menetetty suhteellisen heikoissakin avaruusmyrskyissä.

Huippuyksikkö kokoaa yhteen Suomen avaruusfysiikan ja -tekniikan johtavat asiantuntijat, joiden kansainvälisesti arvostettu osaaminen kattaa kaikki lähiavaruuden ja maanpinnan muodostaman järjestelmän keskeiset osatekijät. Tuotamme määrällistä tietoa seuraavista teemoista:

1. Auringon, magnetosfäärin, ionosfäärin, termosfäärin ja maanpinnan muodostaman järjestelmän toiminta
2. Avaruussään ääri-ilmiöiden kokonaisvaltaiset ja monitahoiset vaikutukset
3. Suuren vastuksen oloissa lentäminen erilaisissa avaruussääolosuhteissa

Yksikkö yhdistää ainutlaatuisella tavalla mallinnusresursseja, maanpinnalla ja avaruudessa sijaitsevia edistyksellisiä infrastruktuureja sekä historiallista aineistoa ja kosmisen säteilyn vaikutuksia mittaavia indikaattoreita. Näin saavutetaan täysin uusi kvantitatiivinen ymmärrys siitä, miten avaruussää vaikuttaa ionosfääri–termosfäärijärjestelmään kaikissa olosuhteissa, maltillisista äärimmäisiin. Huippuyksikön perustaminen on mahdollista nyt, kun laskentateho riittää huippuluokan simulaatioihin ja kun lajissaan ensimmäinen EISCAT 3D -tutka valmistuu ja saa tukea Foresail-1-satelliitin Maan matalilla kiertoradoilla tekemistä hiukkasmittauksista. 

Avaruusresilienssin huippuyksikköä johtaa Minna Palmroth, ja se koostuu Helsingin yliopiston, Oulun yliopiston, Ilmatieteen laitoksen, Aalto-yliopiston ja Turun yliopiston tutkimusryhmistä.

Huippuyksikössä tutkitaan nationalismia historian- ja kulttuurisen muistitutkimuksen näkökulmasta. Tarkoituksena on selvittää, miten ihmisten kokemukset, tunteet ja muistot ovat vuorovaikutuksessa kansallisten merkitysjärjestelmien kanssa ja kuinka kansakunta rakentuu ihmisten toiminnan kautta.

Huippuyksikkö käyttää ja kehittää arkipäiväisen ja henkilökohtaisen nationalismin, muistitutkimuksen, vähemmistönationalismin, kansallisen välinpitämättömyyden sekä kriittisen arkistotutkimuksen lähestymistapoja.

Huippuyksikön tavoitteena on selvittää nationalismin käytännön toimintaa ja sen vaikutuksia eri ihmisryhmien elämään sekä laajentaa ymmärrystä nationalismin eri ilmenemismuodoista ja funktioista.

Humanistisen nationalismitutkimuksen huippuyksikkö on neljän tutkimusorganisaation yhteishanke. Huippuyksikköä ja Metanationalismi ja kansallistumisen prosessit -tutkimusryhmää johtaa tutkimusjohtaja Ville Kivimäki Suomalaisen Kirjallisuuden Seurasta. Helsingin yliopiston Ylirajainen nationalismi -tutkimusryhmää johtaa folkloristiikan yliopistonlehtori Ulla Savolainen. Yliopistonlehtori Tanja Vahtikari Tampereen yliopistosta johtaa Nationalismin arkipäiväiset tarjoumat -tutkimusryhmää ja Ann-Catrin Östman Åbo Akademista johtaa Vähemmistönationalismit-tutkimusryhmää.

Imusuonivälitteisen immuunisäätelyn huippuyksikkö (IMMENs) tutkii imusuonten endoteelin eli suonten sisäpintoja verhoavan ohuen solukerroksen roolia immuunivasteen säätelyssä.

Immuunijärjestelmä suojelee ihmisiä tartunnoilta ja sairauksilta, ja immuunihoitojen kehitys on johtanut läpimurtoihin syöpähoidoissa. Häiriintynyt immuunivaste voi kuitenkin aiheuttaa kroonisia tulehdustiloja tai autoimmuunitauteja. Vaikka immuunijärjestelmän koko kehon tasolla tapahtuva säätely tunnetaan yhä paremmin, keskeistä kontrollia tapahtuu myös paikallisesti tulehdusalueilla, mutta näitä mekanismeja ei vielä ymmärretä riittävästi. IMMENs keskittyy selvittämään, miten imusuonten endoteelisolut ja tulehdussolut viestivät keskenään immuunivasteiden ohjaamiseksi. Lisäksi kehitetään uusia menetelmiä ja työkaluja näiden vuorovaikutussuhteiden tutkimiseen. 

Koronaviruspandemia korosti immuunisäätelyn ymmärtämisen tärkeyttä, jotta yhteiskuntaa voidaan suojella tartuntavaaroilta. Tulehdukset vaikuttavat merkittävästi myös sydän- ja verisuonitautien, hermostorappeuman, syövän ja monien muiden yleisten sairauksien etenemiseen ja vakavuuteen. Huippuyksikkö voi tulevaisuudessa mahdollistaa entistä tehokkaampia yksilöllistettyjä hoitoja tunnistamalla molekyylitason mekanismeja, joilla voidaan kohdistetusti vaikuttaa immuunivasteeseen.

Huippuyksikköä johtaa professori Taija Mäkinen, ja se koostuu Helsingin yliopiston ja Åbo Akademin tutkimusryhmistä.

Alkuperäiskansojen ajattelussa sekä heidän poliittisissa ja oikeudellisissa järjestyksissään ihminen ja ympäristö ovat olemassa suhteessa toisiinsa. Yhdessä muiden olevaisten kanssa ihmiset rakentavat jaettuja yhteiskuntia. 

Kohti moniolevaista oikeudenmukaisuutta: Ihmisyys ja ihmisen vastuu alkuperäiskansojen yhteiskunnissa -huippuyksikössä tutkitaan ihmisen viimekätistä vastuuta huolehtia koko elonkirjon hyvästä, oikeudenmukaisesta elämästä. Siinä kehitetään moniolevaisen oikeudenmukaisuuden käsitettä, joka yhtäältä kuvaa alkuperäiskansojen relationaaliseen maailmasuhteeseen perustuvaa oikeudenmukaisuuden ymmärrystä ja toisaalta avaa mahdollisuuden länsimaisten oikeusjärjestyksien radikaaliin uudelleen ajatteluun. Huippuyksikön tutkimus perustuu alkuperäiskansojen omaan ajatteluun, tietojärjestelmiin ja käsitteistöön, jotka tuodaan vuoropuheluun humanistisen, yhteiskunta-, ympäristö- ja oikeustieteellisen tutkimuksen kanssa.

Moniolevaisten alkuperäiskansayhteiskuntien tutkimuksen huippuyksikköä johtaa Sanna Valkonen Lapin yliopistosta. Helsingin yliopiston osahanketta johtaa Pirjo Kristiina Virtanen. Yksikkö koostuu tutkijoista Helsingin ja Lapin yliopistossa.

Melioristisen kärsimyksen filosofian huippuyksikkö asettaa inhimillisen ja ei-inhimillisen kärsimyksen ongelman filosofian keskiöön. Yksikkö syventää ymmärrystämme kärsimyksestä ja kehittää eettistä asennoitumistamme siihen.

Vakavasti otettavan toivon on vaikeana aikanamme tunnustettava elämän realiteetit ja kritisoitava naiivin optimismin lupauksia. Huippuyksikön lähtökohtana on melioristinen (lat. melior, parempi) ajatus, jonka mukaan maailmaa voidaan ja tulee parantaa vähittäisin inhimillisin ponnisteluin. Meliorismin mukaan myönteinen lopputulos ei ole väistämätön (optimismi) eikä mahdoton (pessimismi), mutta voimme perustellusti toivoa sellaista, jos teemme aktiivisesti parhaamme.

Huippuyksikkö arvioi kriittisesti optimistisia ja välineellistäviä käsityksiä kärsimyksen – ja maailman – merkityksellisyydestä. Yhdistämällä filosofista ja yleisemmin humanistista tutkimusta se kehittää empiirisesti rikastettua, pragmaattista ja melioristista kärsimyksen filosofiaa ja uudistaa sekä akateemista että yhteiskunnallista keskustelua. Tieteidenvälisen huippuyksikön viidessä tutkimusryhmässä tarkastellaan mm. kärsimyksen filosofian metodologiaa, uskonnonfilosofista antiteodikeakeskustelua, äärimmäisen kärsimyksen lieventämisen keinoja etiikan ja oikeuden historiassa, kärsimyksen asemaa kirjallisuudessa ja kirjallisuuden filosofiassa sekä eletyn uskonnon ja uskonnottomien katsomusten suhdetta kärsimykseen.

Huippuyksikön tutkimusryhmistä neljä sijoittuu Helsingin yliopiston teologiseen tiedekuntaan ja yksi Tampereen yliopiston yhteiskuntatieteiden tiedekuntaan. Yksikköä johtaa uskonnonfilosofian professori Sami Pihlström.

Metsäpuiden biologian huippuyksikkö tutkii sitä, miten puut ottavat ja käyttävät hiilidioksidia.

Puut sitovat ilmakehän hiilidioksidia ilmarankojensa kautta ja käyttävät yhteytetyn hiilen kasvuun ja kehitykseen. Ne kuljettavat johtosolukoillaan fotosynteesin tuotteena syntyneet molekyylit erilaisille puun kasvusta vastaaville solukoille.

Yksikön tutkimus tuottaa uutta tietoa, jota tarvitaan kestävään ympäristöpolitiikkaan.

Jotkut puuyksilöt ovat tehokkaampia hiilinieluina kuin toiset. Huippuyksikön tutkimuksen tuloksia hiilinieluefektin geneettisestä perustasta voi siksi soveltaa myös metsänjalostukseen.

Metsäpuiden biologian huippuyksikköä johtaa . Yksikkö koostuu tutkimusryhmistä Helsingin yliopistossa. 

Mikrobilääkkeille vastustuskykyisten bakteerien kehittyminen ja globaali leviäminen ovat vaikea ongelma terveydenhuollolle ja eläinten hoidolle. Mikrobilääkeresistenssin yleistyminen vaikeuttaa bakteeritautien hoitoa ja muita siihen nojaavia hoitomuotoja kuten syöpähoitoja ja kirurgiaa. Mikrobilääkkeille vastustuskykyisten bakteerien kehittyminen ja leviäminen on monimutkainen kokonaisuus, jonka ymmärtäminen vaatii monitieteistä lähestymistapaa.

Mikrobilääkeresistenssin tutkimuksen monitieteinen huippuyksikkö pyrkii ymmärtämään mikrobilääkeresistenssin kokonaiskuvan yhteinen terveys -näkökulmaa hyödyntäen, tarkastellen terveyttä ihmisten, eläinten ja ympäristön näkökulmista.

Mikrobilääkeresistenssin tutkimuksen monitieteisen huippuyksikön johtaja on Marko Virta. Yksikkö koostuu Helsingin yliopiston ja .

Musiikin, mielen, kehon ja aivojen tutkimuksen huippuyksikkö tutkii sitä, kuinka musiikin kognitiiviset, emotionaaliset, keholliset ja vuorovaikutukselliset kokemukset kehittyvät ja miten musiikki toimii tärkeänä muutosvoimana läpi ihmisen elämänkaaren.

Musiikki on mielihyvää ja esteettistä nautintoa tuottava virike ja harrastus, joka myös aktivoi aivoja laaja-alaisesti ja voi edistää oppimista, sosiaalista vuorovaikutusta ja psyykkistä hyvinvointia. Musiikin vaikuttavuuden taustalla olevia yksilöllisiä, tilannesidonnaisia ja psykologisia tekijöitä sekä aivomekanismeja ei kuitenkaan tunneta vielä kovin hyvin.

Musiikin, mielen, kehon ja aivojen tutkimuksen huippuyksikkö tuottaa uutta tutkimustietoa musiikin monitahoisista kokemuksista ja vaikutusmekanismeista lapsuudesta vanhuuteen sekä eri ikävaiheisiin liittyvissä kehityksellisissä, psykiatrisissa ja neurologisissa sairauksissa. Yksikkö myös kehittää uusia musiikkipohjaisia menetelmiä, joilla voidaan tukea oppimista ja parantaa emotionaalista, kognitiivista, motorista ja sosiaalista hyvinvointia niin arkielämässä kuin opetus-, koulutus- ja kuntoutuskäytössä.

Musiikin, mielen, kehon ja aivojen tutkimuksen huippuyksikköä johtaa  Jyväskylän yliopistosta. Yksikkö koostuu tutkimusryhmistä sekä Helsingin yliopiston lääketieteellisessä ja kasvatustieteellisessä tiedekunnassa, joita johtavat ja .

Neutronitähtifysiikan huippuyksikkö tutkii havaittavan maailmankaikkeuden tiheintä ainetta sisältävien neutronitähtien fysiikkaa aina alkeishiukkastasolta tähtiä ympäröivien magneettikenttien dynamiikkaan saakka.

Neutronitähdet ovat vanhojen, massiivisten tähtien lopputuotteina syntyviä äärimmäisen tiheitä kohteita, joiden ytimissä edes atomiytimet eivät pysy kasassa. Neutronitähtien ja niiden sisältämän aineen ymmärtäminen on erityisen poikkitieteellinen haaste, johon vastaaminen vaatii astrofysiikan lisäksi hiukkas-, ydin- ja plasmafysiikan asiantuntemusta. Neutronitähtien tutkimus auttaakin vastaamaan myös useiden lähialojen avoimiin ongelmiin aina raskaiden alkuaineiden syntymekanismeista alkeishiukkasaineen mahdollisiin olomuotoihin.

Huippuyksikkö kokoaa yhteen tarvittavien alojen asiantuntijat mahdollistaen aiempaa laaja-alaisemman ja pitkäjänteisemmän lähestymistavan neutronitähtien tutkimukseen. Yksikön työ keskittyy erityisesti neutronitähtiin liittyviin ääri-ilmiöihin, kuten niiden törmäyksiin, purkauksiin sekä säteilyntuottoon. Huippuyksikössä kehitetään myös uusia laskennallisia menetelmiä ja datan käsittelyyn liittyviä työkaluja, ja sen toiminta hyödyntää laajasti suurteholaskentaa sekä useita kansainvälisiä tutkimusinfrastruktuureja.

Neutronitähtifysiikan huippuyksikköä johtaa Aleksi Vuorinen. Yksikkö koostuu yhteensä viidestä tutkimusryhmästä Helsingin, Jyväskylän ja Turun yliopistoissa.

Monet ajankohtaiset, keskenään hyvinkin erilaiset matematiikan ja sen sovellusten ongelmat sisältävät olennaisena osana satunnaisuutta ja johtavat yllättävän samankaltaisiin satunnaisia rakenteita koskeviin kysymyksiin. Satunnaisten rakenteiden geometria on usein fraktaalinen. Tällaisia rakenteita esiintyy erityisesti tilastollisessa fysiikassa ja kvanttikenttäteoriassa, esimerkkeinä magnetisaatio ja kvanttigravitaatio.

Satunnaisuuden ja rakenteiden huippuyksikkö tutkii tällaisia ilmiöitä. Yksikön tavoitteena on erityisesti ymmärtää satunnaisten rakenteiden analyyttisiä ja geometrisia ominaisuuksia. Tutkimus vaatii useamman matematiikan alan asiantuntemusta, joten huippuyksikkö kokoaa yhteen joukon uuden sukupolven johtavia matemaatikkoja näiden ongelmien selvittämiseksi.

Satunnaiset rakenteet esiintyvät yllättävällä tavalla myös lukuteoriassa, kuten alkulukujen jonon rakenteessa. Kuuluisa matemaatikko Paul Erdös totesi: "God may not play dice with the universe, but something strange is going on with the prime numbers". Huippuksikössä tutkitaan esimerkiksi multiplikatiivisten funktioiden ja Riemannin zeetafunktion satunnaista luonnetta.

Huippuyksikkö kehittää myös uusia analyyttisiä ja geometrisia menetelmiä, joiden tavoitteena on ymmärtää esimerkiksi miten makroskooppiset luonnonlait seuraavat mikroskooppisista.

Huippuyksikkö tekee myös suoraan sovelluksiin tähtäävää tutkimusta kehittämällä korkeaulotteista tilastotiedettä, satunnaisia algoritmeja ja niiden geometrista ymmärtämistä laskennallisia sovelluksia ja koneoppimista varten.

Satunnaisten rakenteiden ymmärrystä käytetään muun muassa mallintamaan veden virtausta kalliossa, jonka sovelluskohteena on geoterminen energiantuotanto. Toinen sovelluskohde on ilmakehän aerosolien kondensaatiomallien ennustettavuus ja sitä kautta ilmastonmuutoksen ennakoimisessa käytetyt mallit.

Satunnaisuuden ja rakenteiden huippuyksikköä johtaa professori Eero Saksman. Huippuyksikkö koostuu tutkimusryhmistä Helsingin yliopiston lisäksi , ja .

Verotutkimuksen huippuyksikkö tutkii sitä, miten verotus ja sääntely vaikuttavat yksilöihin, yritystoimintaan, ja laajemmin yhteiskuntaan, ja miten yksilöt ja yritykset tekevät taloudellisia päätöksiä.

Tavoitteena on tuottaa luotettavaa tietoa vero- ja tulonsiirtojärjestelmän suunnittelun tueksi. Tutkimuksessa haastetaan aiempia käsityksiä verotuksen vaikutuksista yritysten ja yksityisten veronmaksajien toimintaan, ja sen tulokset voivat vaikuttaa olennaisella tavalla hyvää verojärjestelmää koskeviin yhteiskuntapoliittisiin suosituksiin.

Huippuyksikkö hyödyntää tutkimuksissaan laajoja rekisteriaineistoja, kyselyaineistoja ja satunnaiskokeita.

Yksikön vastuullisena johtajana toimii professori . Mukana yksikössä on sekä Helsingin yliopisto. Tutkimusta tehdään yhteistyönä myös muiden suomalaisten korkeatasoista taloustieteellistä verotutkimusta tekevien instituutioiden kesken ja alan kansainvälisten huippututkijoiden kanssa.

Virtuaalinen laboratorio ilmakehän molekyylitason reaktioille ja faasimuutoksille -huippuyksikkö tutkii sitä, miten ilmakehän pienhiukkasia muodostuu kaasumaisista aineista. 

Ilmakehän aerosolihiukkasten muodostuminen kytkeytyy kiinteästi kahteen ihmiskunnan suureen haasteeseen: ilmastonmuutokseen ja ilmanlaatuun. Aerosolit nimittäin auttavat viilentämään ilmastoa, mutta lisäävät samalla kuolleisuutta huonon ilmanlaadun vuoksi. 

Keskeinen ongelma aerosolien muodostumisen ennustamisessa on, että muodostumiseen vaikuttaa valtava määrä yhdisteitä ja hyvin monimutkaisia prosesseja. Huippuyksikön tavoitteena on rakentaa interaktiivinen virtuaalilaboratorio, joka yhdistää ilmakehäfysiikan, kemian ja tietojenkäsittelytieteen menetelmiä. 

Huippuyksikkö tuottaa uutta tietoa, jota voidaan käyttää ilmastopäätöksentekoon ja ilmanlaatua parantavan teknologian kehittämiseen. Tekoälyn hyödyntäminen antaa mahdollisuuden ratkaista monia ilmakehätieteiden ratkaisemattomia ongelmia, esimerkiksi reaktiot, jotka ovat vastuussa orgaanisten pienhiukkasten muodostumisesta ja kasvusta. 

Virtuaalilaboratorion tiedeviestintään räätälöidyt versiot tarjoavat myös koululaisille ja suurelle yleisölle mahdollisuuden oivalluksiin paitsi ilmakehätieteestä, myös tieteellisestä prosessista yleisesti. 

Virtuaalinen laboratorio ilmakehän molekyylitason reaktioille ja faasimuutoksille -huippuyksikköä johtaa . Huippuyksikkö koostuu tutkimusryhmistä Helsingin yliopistossa, , ja .