Kaukoputket ja mikroskoopit eilen ja tänään
NYKYISTEN observatorioitten kaukoputket ovat todellisia jättiläisiä Galilein 4,5 senttimetrin läpimittaisten kaukoputkien rinnalla. Hänen alkeelliset laitteensa olivat linssikaukoputkia. Putken toisessa päässä oli suuri kupera linssi, joka synnytti kuvan, ja toisessa päässä pieni kovera linssi, joka suurensi kuvan. Myöhemmin jälkimmäisen tilalle vaihdettiin myös kupera linssi. On huomionarvoista, että hänen laitteensa suurensi kohteet jopa 33-kertaisiksi, joten hän saattoi nähdä kaukaa monenlaista sensaatiomaista, kuten Jupiterin neljä kuuta ja sen, että Venuksella on samanlaiset vaiheet kuin Kuulla.
Nykyisissä peilikaukoputkissa käytetään valtavia, jopa kuuden metrin läpimittaisia maljamaisia peilejä, jotka keräävät kaukaisista taivaankappaleista tulevaa valoa. Näin niillä voidaan havaita kohteita, joiden kirkkaus on vain kymmenesmiljoonasosa niiden kohteitten kirkkaudesta, jotka voidaan nähdä paljain silmin. Väitetään, että eräällä Australiaan sijoitetulla kaukoputkella voidaan nähdä kynttilänliekki jopa 1600 kilometrin päästä.
On kuitenkin kiintoisaa, että nykyajan tähtitieteilijät törmäävät yhä samaan ongelmaan, johon Galileikin törmäsi. Hän huomasi, että suurentaminen lisäsi tähtien lukumäärää mutta ei niiden kokoa. Galilei arveli, että tähtien täytyi olla uskomattoman kaukana, koskapa ne suurennettaessakin pysyivät pelkkinä valopisteinä. Nykyajan tähtitieteilijät todennäköisesti tietävät, miten kaukana nämä tähtitaivaan kohteet ovat, mutta silti he – vaikka heillä on havaintolaitteissaan tarkkuuslinssit ja kiillotetut peilit – näkevät tähdet yhä pieninä valopisteinä. Kirja Observer’s Book of Astronomy selittää: ”Tähdet ovat niin kaukana, että vielä ei ole rakennettu sellaista kaukoputkea, jolla ne näkyisivät valopistettä suurempina.”
Tämä ei kuitenkaan ole lannistanut tiedemiehiä, ja he koettavat päästä tutustumaan tähtiin tarkemmin. Esimerkiksi Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallitus NASA aikoo vuonna 1986 lähettää Maata kiertävälle radalle ilmakehän ulkopuolelle suuren avaruuskaukoputken. Tiedemiehet uskovat sen löytävän kohteita, joiden kirkkaus on vain viideskymmenesosa siitä, minkä maan päällä olevat kaukoputket pystyvät havaitsemaan.
Onneksi maailmankaikkeutta voidaan tutkia muillakin tavoin. Jonkin aikaa sitten havaittiin, että jotkin taivaankappaleet lähettävät radiosäteilyä. Tällaisen säteilyn signaalien ehtiessä Maahan niiden teho voi olla alle watin biljoonasosa. Niinpä on kehitetty suuria radioteleskooppeja, jotka keräävät ja vahvistavat näitä signaaleja. Näin tähtitieteilijät ovat voineet löytää kvasaareja, pulsareita ja havaita muita mielenkiintoisia ilmiöitä.
Tähtitieteilijät eivät siis enää Galilein tavoin tähystä tuntikausia kaukoputkillaan taivaalle. Encyclopædia Britannica selittää: ”Lähes kaikki tähtitieteellinen tutkimus tapahtuu valokuvaukseen tai valosähköön perustuvilla havaintomenetelmillä eikä näköhavaintojen avulla – –. Voidaan valokuvata kohteita, joiden pitäisi olla monta kertaa kirkkaampia, ennen kuin ne näkyisivät paljain silmin kaukoputken läpi. Yksi valokuvauslevy voi sisältää suuren määrän informaatiota – – 1000000 tähdenkuvaa ja 100000 galaksinkuvaa.”
Tiedemiehet voivat tällaisten valokuvien avulla tehdä merkittäviä löytöjä. Tähtitieteellisessä aikakauslehdessä Sky and Telescope selitettiin taannoin, miten täpläinterferometria-nimisellä menetelmällä voidaan havaita eräitten ”punaisten ylijättiläisten” kiekot, vaikka muut tähdet – jopa lähinnä olevat – pysyvätkin pelkkinä valopisteinä.
Lähinnä Aurinkoa oleva, paljain silmin näkyvä tähti osoittautuu kolmeksi tähdeksi, kun sitä katsotaan kaukoputkella. Yksi niistä on Proxima Centauri. Kaksi muuta lähekkäin olevaa tähteä, jotka kiertävät kerran kahdeksassakymmenessä vuodessa toistensa ympäri, tunnetaan nimellä Alfa Centauri. Aurinkoa lukuun ottamatta nämä kolme ovat lähimpiä tähtiä, mutta silti ne ovat 4,3 valovuoden eli 40 biljoonan kilometrin päässä Maasta. Kirjassa Astronomy todetaan: ”Jos pienentäisimme Auringon yhden tällä sivulla olevan pisteen kokoiseksi, Auringon lähin naapuri tähdistössä, kaksoistähti Alfa Centauri, olisi tässä mittakaavassa kaksi pistettä 16 kilometrin päässä.”
Eteläisellä tähtitaivaalla näkyy kaksi pilvenkaltaista läiskää. 1400-luvulla portugalilaiset purjehtijat nimittivät ne Kapin pilviksi. Myöhemmin ne nimettiin kuuluisan tutkimusmatkailijan Fernão de Magalhãesin mukaan. Kaukoputkihavaintojen perusteella ne ovat valtavan suuria ulkogalakseja. Yksistään Iso Magalhãesin pilvi sisältää arviolta viisi miljardia tähteä.
Näin ympyrä sulkeutuu. Vaikka ihminen onkin kaukoputkellaan työntänyt taikauskoiset maailmankuvat syrjään, silti hän huomaa olevansa yhä ihmeissään katsoessaan taivaalle.
Kätkössä olevan maailman avautuminen
Se maailma, jossa kaikki on mikroskooppisen pientä, ei ole vähemmän kiehtova. Kyltymättömän uteliaisuutensa ajamana Leeuwenhoek tutki lähes kaikkea mitä hän saattoi sovittaa linssiensä alle. Kerran hän otti suustaan sylkeä ja tutki sitä mikroskoopillaan. Hämmästyksekseen hän näki ”paljon pienen pieniä eläimiä, jotka liikkuivat sievästi”. Vuonna 1683 hän lähetti Englannin kuninkaalliselle tiedeseuralle, Royal Societylle, selostuksen ja piirroksen näistä suubakteereista. Myöhemmin Leeuwenhoek huudahti: ”Entäpä jos joku sanoisi, että ihmisen hampaita peittävässä töhnässä asuu enemmän eläimiä kuin kokonaisessa valtakunnassa ihmisiä?” Nykyisten arvioitten mukaan ihmisen suussa elää miljardeja pieneliöitä.
Kurkistaessaan kätkössä olevaan maailmaan tiedemiehet ovat havainneet sellaista, mitä Leeuwenhoekkin olisi varmasti hämmästellyt. Nykyään he tietävät esimerkiksi, että yhdessä veripisarassa voi olla 35 miljoonaa punasolua. Kussakin solussa voi vuorostaan olla yli 280 miljoonaa hemoglobiinimolekyyliä. ”Kuvittelehan, millainen työ on jo yhden hemoglobiinimolekyylin 10000 atomin tutkimisessa”, huudahtaa tri Coppedge kirjassaan Evolution: Possible or Impossible?
Pieneliöt – hyviä vai pahoja?
Jo pelkkä bakteerien ajatteleminen herättää monissa meistä suurta vastenmielisyyttä. Onkin totta, että eräät pieneliöt aiheuttavat sairauksia ja voivat olla siten hengenvaarallisia. Näyttää kuitenkin siltä, että tätä on pidettävä vain poikkeuksena säännöstä.
Juotko mielelläsi esimerkiksi lasin maitoa? Lehmällä on mahassaan biljoonia pieneliöitä, joilla se sulattaa rehun ja tuottaa maitoa. Samoin ihmisen suolistossa elää hyödyllisiä bakteereja. Eräässä mikrobiologian oppikirjassa sanotaan: ”Monet suolistobakteerit pystyvät syntetisoimaan tärkeimpiä B-vitamiineja sekä E- ja K-vitamiineja. Näin tuotetut vitamiinit tyydyttävät suuren osan isännän vitamiinitarpeesta.” – Elements of Microbiology.
Pieneliöt toimivat jopa tehokkaana ”puhtaanapitolaitoksena”. Tutkija, kirjailija Ludovici kirjoittaa: ”Jos pieneliöt eivät käsittelisi kuollutta ainetta ja jätteitä, niistä syntyisi sellainen kasa, että me kuolisimme tilanpuutteeseen. Ei tosiaankaan ole liioittelua, jos sanomme olemassaolomme riippuvan pieneliöistä, näkymättömästä maailmasta, joka tulee näkyviin mikroskoopin avulla.”
Biologeilla on nykyään niin hyviä välineitä, että he voivat tutkia niillä jopa pieneliöitä itseään. Nekin ovat ihmeteltävän monimutkaisia. Eräillä pieneliöillä on siimamainen häntä, jota sanotaan uintisiimaksi. On mielenkiintoista katsella mikroskoopilla, miten ne syöksähtelevät ympäriinsä pelkässä vesipisarassa. Eräällä bakteerilajilla (Spirillum serpens) on jopa useita häntä, jotka pyörivät potkurien tavoin. (Pyörimisnopeudeksi on mitattu 2400 kierrosta minuutissa!) Jos tämä pienoissukellusvene haluaa muuttaa suuntaansa, se vain käynnistää vastakkaisessa päässä olevat potkurinsa.
Mikroskooppien kehitys
Ei voi muuta kuin ihmetellä, että Leeuwenhoek saattoi saada omatekoisilla laitteillaan aikaan 250-kertaisen tai sitäkin suuremman suurennuksen. Nykyisin optisilla mikroskoopeilla saadaan aikaan noin tuhatkertainen suurennus. ”Tämän verran suurennettuna huonekärpänen näyttäisi yhdeksän metriä pitkältä”, sanotaan kirjassa Elements of Microbiology.
Vuonna 1931 keksittiin elektronimikroskooppi. Kyseessä on laite, joka kuvattavaan kohteeseen suunnatun elektronisuihkun avulla antaa kohteesta noin miljoona kertaa suurennetun kuvan. Sillä on kuitenkin yksi vakava puute: sillä ei voida tutkia eläviä näytteitä. Tiedemiehillä on kuitenkin nyt käytössään uusi laite, jossa optinen mikroskooppi on yhdistetty televisiokameroihin ja tietokonemuistiin. Sen avulla he voivat tehdä havaintoja elävien solujen biologisista toiminnoista. ”Putkien ja käytävien, joilla on läpimittaa vain millimetrin neljäskymmenestuhannesosa, voidaan nähdä kuljettavan ravinto- ja jätehiukkasia vastakkaisiin suuntiin samanaikaisesti”, kertoo New York Times.
Kaukoputket ja mikroskoopit ovat siis tehokkaita työvälineitä. Ne ovat avanneet ihmiselle hämmästyttäviä näkymiä maailmaan, jossa hän elää. Lisääkö tällainen tiedon ja ymmärryksen kasvaminen sitten uskon tarvetta – vai poistaako se sen jollain tavalla?
[Huomioteksti s. 4]
Linnunrata-galaksissamme on noin 200 pallomaista tähtijoukkoa, joissa kussakin on tuhansia tai jopa satojatuhansia tähtiä
[Kuva s. 5]
Kaukoputkihavainnot osoittavat maailmankaikkeuden sisältävän miljardeja galakseja, joissa kussakin on miljardeja tähtiä
[Kuvat s. 6]
Pienessä veripisarassa on miljoonia punasoluja, kussakin solussa miljoonia hemoglobiinimolekyylejä ja jokaisessa molekyylissä 10000 atomia
Pienessä lusikallisessa maata voi olla miljardeja pieneliöitä
[Kuva s. 7]
Tämän mikroskooppisen pienen bakteerin uintisiimat pyörivät potkurien tavoin. Joidenkin ”potkurien” pyörimisnopeus on jopa 2400 kierrosta minuutissa