Taivaalla näemme
useita tähtikuvioita. Tai ainakin kuvittelemme näkevämme, sillä
olemme oppineet näkemään ne, tähtikuviot ovat ikivanhaa
kulttuuriperinnettä. On toki niin selviä tähtikuvioita, että
lähes kaikki kansat tunnistavat ne samalla tavalla. Kukapa ei
ilahtuisi tunnistaessaan talviselta taivaalta Otavan. Antiikin
ajoista siitä on käytetty myös nimeä Ursa Major eli Iso Karhu.
Tai kuinka hauskaa on kääntää päänsä aivan takakenoon ja
löytää korkealta ylhäältä Kassiopeian siksak-kuvio. Ja kuinka
suuri ja mahtava onkaan Orion, kunhan näkyvissä on riittävän
laaja alue taivasta.
Ehkä vähättelin
hieman tähtikuvioita. Muistan, kuinka hurja elämys oli nähdä
tähtitaivas ensimmäistä kertaa Kreikassa, harvaan asutulla
seudulla ja kuuttomana yönä. Aivan toista kuin pohjolassa. Huikea
kosminen näky: kirkas Linnunrata ja aivan uskomaton määrä
kimaltavia tähtiä yön mustaa samettia vasten. Ehkä tällainen
taivas saa katsojan etsimään taivaalta mytologisia hahmoja ja
herättää intohimon tieteeseen. Useimmat tähtikuviot nimettiin jo
antiikin aikana ja viimeistään Klaudios Ptolemaioksen toimesta. On
kuitenkin aivan luonnollista, että 1700- luvulta alkaen kukoistanut
valistus saattoi matkaan uuden innon nimetä tähtikuvioita. Tässä
kunnostautui erityisesti uuttera ranskalainen astronomi Nicolas-Louis
de Lacaille. Hän nimesi nyt tähtikuvioita luonnontieteen
tutkimuslaitteiden mukaan. Taivaalta löytyy Kaukoputki,
Mikroskooppi, Kompassi, Sekstantti, Oktantti, Kulmaviivain, Harppi,
Heilurikello, Köli, Purje ja Sulatusuuni. Surukseni Johann Boden
nimeämä Kirjapaino ei ole vakiintunut tähtikuviona.
Eteläisellä
pallonpuoliskolla näkyy himmeä tähdistö, Lacaillen nimeämä
Ilmapumppu. Miksi se on päässyt tähän arvokkaaseen
seuraan? Asia ei ole välttämättä yleisesti tunnettu, mutta
ilmapumppu on ollut suunnattoman tärkeä laite sekä tieteessä että
tekniikassa. Tämä vaatii varmaankin perusteluja.
Jo antiikissa osattiin
valmistaa mittatarkkoja pronssisylinterejä. Niillä oli käyttöä
muun muassa laivojen pilssipumppuina. Mäntäpumppu oli myös
myyttisen ”kreikkalaisen tulen” tekninen sydän. Ktesibios
(285 - 222 eaa) sai idean kokeilla sylinteriä ja mäntää
katapultin jousena. Hän rakennutti suuren katapultin, joka
viritettiin moukaroimalla tiivis mäntä niin syvälle sylinteriin
kuin mahdollista. Kun katapultti laukaistiin, katsojat kertoivat
kuullensa ukkosen jyrähdyksen ja nähneensä tulen leimahduksen ja
savupilven. Voin melkein uskoa tähän. Puristetun ilman nopea
laajeneminen saa lämpötilan alentumaan voimakkaasti, jolloin ilman
kosteus tiivistyy höyryksi. Ymmärrettävästi tällainen katapultti
ei yleistynyt, se oli hankala käyttää ja altis vuodoille.
Ilmapumppu voi
synnyttää myös tyhjiön. Aristoteleen filosofian mukaan tyhjiötä
ei voi olla. Luonto kammoaa tyhjiötä, ja sen takia esimerkiksi
vedenpinta nousee imupumpussa. Tyhjiö kiehtoi tutkijoita.
Ajateltiin, että sen avulla voi tuottaa suuria voimia. Ilmapumppu
oli keskeinen väline tyhjiön tutkimisessa. 1600- luvulla
Evangelista Torricelli osoitti, että tyhjiön kammoon
liittyvät ilmiöt johtuivatkin ilmanpaineesta. Vuonna 1650
saksalainen fyysikko Otto von Guericke demonstroi
ilmanpaineen vaikutusta julkisesti. Koulukirjoista saatamme muistaa
Magdeburgin puolipallot:
tyhjäksi ilmasta pumpatut
pallonkuoret,
joita 16 hevosta yritti turhaan vetää erilleen.
Kaikesta
huolimatta tyhjiön kammon idea sinnitteli ihmisten ajatuksissa vielä
pari sataa vuotta. Samalla ilmapumppu alkoi muuttua voimakoneeksi. 1600- luvulla Christiaan Huygens
kehitteli ruutimoottoria. Siinä
tyhjiö tuotettiin polttamalla ruutipanos sylinterissä ja sulkemalla
se sitten nopeasti. Laite oli ymmärrettävistä syistä
epäkäytännöllinen. Ensimmäiset höyrykoneetkin perustuivat tähän
ideaan. Newcomen
koneessa tyhjiö synnytettiin ruiskuttamalla vettä höyryn
täyttämään sylinteriin. James Wattin
höyrykoneessa tyhjiö tuotettiin päästämällä höyry
sylinteristä ulkoiseen lauhduttimeen. Vasta vähitellen Watt uskalsi
hyödyntää myös ylipainetta.
Ilmapumppu
auttoi kehittämään myös termodynamiikkaa. Se vaikutti
ratkaisevasti lämpövoimakoneiden keksimiseen, mutta se vaikutti
myös kineettisen kaasuteorian syntyyn. Kun ilmaa puristetaan
sylinterissä, se kuumenee. Mistä se voisi johtua? Eihän lämpöä
voi tyhjästä syntyä! Pian ymmärrettiin, että lämpenemisen
tuottaa ulkoa tuotu mekaaninen voima. Ja että lämpö onkin ilman
muodostavien pienten hiukkasten, molekyylien liikettä.
Yksinkertainen
mekaaninen laite johti loputa modernin fysiikan juurille. Mutta ei
mikä tahansa laite, sillä ilmapumppu pitää valmistaa suurella
tarkkuudella, jotta se tuottaisi hyödyllisiä ilmiöitä. Tämä
näyttää pätevän tieteeseen yleisemminkin. Ideat ja mielikuvitus
eivät sinänsä ole riittäviä,
niihin pitää yhdistää
runsaasti tarkkaa ja huolellista työtä.
