Magneettisia ja meteorologisia havaintoja Suomessa 1800-luvulla

Tämä tutkimus käsittelee Ilmatieteen laitoksen edeltäjien, Helsingin yliopiston magneettisen observatorion ja Suomen Tiedeseuran meteorologisen päälaitoksen magneettisia ja meteorologisia havaintoja 1800-luvulla. Kirjoituksen alussa luodaan yleiskatsaus maapallon magneettikentän, meteorologian ja revontulien tutkimuksiin 1600- luvulta 1800-luvun alkuun. Ensimmäiset koordinoidut meteorologiset havainnot laajoilla alueilla Euroopassa toteutettiin 1700-luvun lopulla. Suomessa ilmatieteellisiä havaintoja tehtiin järjestelmällisesti Turun Akatemiassa 1700-luvun puolivälistä 1800-luvun alkuun. Kaikissa näissä havainnoissa oli mukana myös magneettikentän mittauslaitteita.1800-luvun ensimmäisinä vuosikymmeninä fysiikan tutkimuksessa tehtiin uusi mullistava tieteellinen aluevaltaus. Kyseessä oli sähkömagneettisten ilmiöiden liittäminen laajan yhtenäisen fysikaalisen teorian piiriin. Sähkömagnetismin kautta saatiin uusia tieteellisiä selityksiä maapallon sähköisiin ja magneettisiin ilmiöihin. Ikivanhat arvoitukselliset tutkimuskohteet, kuten maapallon magneettisuus ja revontulien synty, ymmärrettiin uudelleen sähkömagneettisuuteen ja ilman sähköisyyteen liittyvinä geofysikaalisina prosesseina. Sähkömagnetismin ensimmäisiä käytännön sovelluksia oli sähkölennätin, joka nopeudellaan mullisti tiedonvälityksen. Säätietojen välitys lähes reaaliaikaistui eri maiden välillä jo 1800-luvun puolivälissä. 1800-luvun puoliväliin mennessä eri puolille maapalloa ja kaikille mantereille oli perustettu kymmeniä erityisiä magneettismeteorologisia observatorioita havaitsemaan ja tutkimaan vanhoja kohteita uusista näkökulmista vasta keksityn sähkömagneettisen paradigman mukaisesti. Alan suuria nimiä olivat Ørsted, Ampère, Faraday, von Humboldt ja Gauss. Näistä ensimmäiset kolme loivat sähkömagnetismin tieteelliset perusteet. Kahden jälkimmäisen vaikutuksesta ja innovaatioista kehitettiin aikansa moderneimmat havaintomenetelmät magneettis-meteorologisten observatorioiden käyttöön. Suomeen uudet sähkömagneettiset opit tulivat fyysikko Johan Jakob Nervanderin (1805–1848) kautta pian alan uusimpien virtauksien myötä 1820-luvun lopulla. Kirjoituksessa käsitellään laajasti hänen vaiheitaan tiedemiehenä ja aikansa kulttuurivaikuttajana. J. J. Nervanderin vaikutuksesta Suomeen saatiin ajanmukainen magneettinen ja meteorologinen observatorio vuonna 1838 osana laajaa eurooppalaista observatorioverkkoa. Laitos rakennettiin Helsingin Kaisaniemeen. Laitteet ja havaintomenetelmät omaksuttiin Gaussin Göttingenin malliobservatoriosta, mistä suurin osa aikakauden observatorioista sai toimintamallit ja laitteet. Magneettisia ja meteorologisia havaintoja tehtiin vuodesta 1844 alkaen jopa 10 minuutin välein kellon ympäri kaikkina vuoden päivinä. Havainnontekijöiksi oli palkattu 12 ylioppilasta vuorotyöhön. Observatoriosta tuli Helsingin yliopiston suurin ja kallein yksikkö. Kaikista päivittäisistä mittauksista hieman alle puolet oli ilmatieteellisiä havaintoja samaan tapaan kuin muissakin aikakauden magneettis-meteorologisissa observatorioissa. Kirjoituksessa on omat lukunsa Nervanderin elämänvaiheista ja urakehityksestä Helsingin yliopiston fysiikan professoriksi ja uuden magneettis-meteorologisen observatorion esimieheksi. Observatorion rakennusvaiheet, instrumentointi ja havaintomenetelmät tuloksineen on kuvailtu laajasti. Mukana on runsaasti ennen julkaisemattomia valokuvia ja piirroksia observatoriosta ja erilaisista magneettisista ja meteorologisista havaintolaitteista. Observatorion ensimmäisen kymmenvuosikauden aikana havaintoja kertyi vuosittain noin 200 000. Havaintojen muokkaus ja julkaisu jäivät pääosin tekemättä, kun Nervanderin varhainen kuolema vuonna 1848 keskeytti toimitustyöt. Magneettisia ja meteorologisia havaintoja jatkettiin kuitenkin, joskin supistetummassa muodossa aina vuoteen 1911 saakka. Sen jälkeen magneettiset mittaukset lopetettiin, koska observatorio joutui sähköraitiotieliikenteen aiheuttamille häiriöille alttiiksi, mutta ilmatieteelliset havainnot ovat jatkuneet nykyaikaan saakka. Näin Kaisaniemen sääaseman mittaukset edustavat maamme pitkäikäisintä ilmatieteellistä havaintojaksoa yli 180 vuoden ajalta. Magneettisia havaintoja kertyi Helsingistä lähes 55 vuoden ajalta noin kaksi miljoonaa lukemaa. Havainnot digitoitiin 1990- luvulla ja vietiin Ilmatieteen laitoksen tietokantaan yleiseen käyttöön. Aineiston tarkempi analyysi osoitti, että havainnot muodostavat varsin homogeenisen aikasarjan 1800-luvun magneettisista vaihteluista ja ne sopivat hyvin avaruussään muutosten tutkimuksiin kaikilla aikaväleillä tunneista vuosiin. Erityiskohteena on ollut magneettisten myrskyjen ja yleensä magneettisen aktiivisuuden tutkimukset. Esimerkkinä on kuuluisa Carringtonin magneettinen supermyrsky vuodelta 1859, josta eri tutkijat ovat viimeksi kuluneiden viiden vuoden aikana julkaisseet noin 200 tieteellistä artikkelia. Tutkimuksissa aineistona on käytetty arkistoista löytyvää alkuperäistä aikaisemmin hyödyntämätöntä havaintomateriaalia, joka digitoituna mahdollistaa laajamittaiset data-analyysit. Rajut avaruussään myrskyt ovat aiheuttaneet jo 1800-luvulta lähtien vaurioita ja häiriöitä erilaisiin teknisiin järjestelmiin. Avaruussäämyrskyihin liittyviä riskejä arvioitaessa tärkeä tieto on kuinka suuria nämä myrskyt voivat olla. Geomagneettisia myrskyjä riittävän tarkasti kuvaavat aikasarjat ovat vielä verrattain lyhyitä, alle 150 vuotta. Kaikki käytettävissä olevat historialliset havaintotiedot avaruussään myrskyistä auttavat siten arvioimaan paremmin myrskyjen suuruusluokkavaihteluja. Vuoden 1859 Carrington-myrskyn kaltaisen ääritapahtuman todennäköisyydelle seuraavan 10 vuoden sisällä arvioidaan olevan alle 20 %. Digitoidusta Helsinki-aineistosta on tehty kansainväliseen käyttöön kymmeniä julkaisuja ja aineistoon on viitattu alan kirjallisuudessa satoja kertoja. Näin Ilmatieteen laitoksen tuottama varhainen magneettinen havaintoaineisto on alan tiedeyhteisössä saavuttanut vakiintuneen ja arvostetun aseman 1800-luvun avaruussään ja -ilmaston tutkimuksissa. Aihepiiristä on tässä kirjoituksessa runsaasti esimerkkejä ja aikaisemmin julkaisematonta aineistoa. Helsingin magneettinen observatorio siirrettiin yliopistosta Suomen Tiedeseuran alaisuuteen vuonna 1881. Uudistetun laitoksen nimeksi tuli Suomen Tiedeseuran meteorologinen päälaitos alan kansainvälisten esikuvien mukaan. Observatorion havaintotoiminnassa painopiste oli siirtynyt magnetismista meteorologiaan tavoitteenaan julkisen sääpalvelun aloittaminen. Tiedeseuran aloitteesta ja Nervanderin johdolla oli jo 1840-luvulla aloitettu koko Suomen kattava ilmastollinen havainto-ohjelma. 1800-luvun merkittävin tieteellinen hanke oli kansainvälinen polaarialueiden geofysikaalinen ja meteorologinen tutkimusohjelma 1882–1883. Suomen Tiedeseura ja Meteorologinen päälaitos osallistuivat hankkeeseen perustamalla kaksi tutkimusasemaa Lappiin (Sodankylään ja Ivaloon). Päähavaintokohteina olivat magneettikentän vaihtelut, ilmasähköiset mittaukset ja revontulitutkimukset sekä meteorologiset havainnot. Kaikkiaan ympärivuorokautisia havaintokohteita oli yli kymmenen. Meteorologinen päälaitos oli 1800-luvun lopulla monipuolinen ilmatieteellinen tutkimuslaitos, jonka havainnot kattoivat koko valtakunnan, sisävedet ja merialueet mukaan lukien. Yleisölle ja yleensä yhteiskunnalle tarjotut ilmatieteelliset palvelut olivat saavuttaneet vakiintuneen aseman. Magneettiset mittaukset olivat jääneet taka-alalle, mutta magneettisia tutkimuksia ja havaintoja jatkettiin Suomen alueen kartoitustehtävissä. Laitoksen toiminnalle on koko 1800-luvun ajan ollut ominaista aktiivinen osallistuminen alan kansainväliseen yhteistyöhön. Uusi täysimittainen magneettinen ja meteorologinen observatorio perustettiin Sodankylään vuonna 1913. Laitos kuului Suomalaisen Tiedeakatemian hallintaan, mutta sen toiminta oli monin tavoin kytkeytynyt Meteorologiseen päälaitokseen. Vuosisadan vaihteessa Meteorologisen päälaitoksen henkilökunnan määrä Helsingissä oli noin 30, mutta maaseudulla oli yli 100 avustavaa vapaaehtoista työntekijää sää- ja sadeasemien säännöllisissä havaintotehtävissä.

nonPeerReviewed