Matkan jälkeen – astemittauksen tulokset, vastaanotto, merkitys ja tarkistusmittaukset
On helppo kuvitella, että Maupertuis joukkoineen palasi Pariisiin tyytyväisenä itseensä. He olivat mitanneet maan navoiltaan litistyneeksi, jollaiseksi sen olivat ennakkoon olettaneet. Mutta vastaanotto ei ollut pelkästään syleilevä. Lopullisen varmistuksen Maupertuis’n mittaukset saivat vasta suomalaisessa tarkistusmittauksessa 1920-luvulla.
Cassinit taipuivat kolmen vuoden päästä
Retkikunta palasi Pariisiin vuosi ja neljä kuukautta lähtönsä jälkeen, elokuun 20. päivä 1737. Jo reilun viikon päästä Maupertuis esitteli tuloksen tiedeakatemiassa.
Myöhemmin akatemiassa pidettiin yleisölle avoin juhlaluento. Yleisöä saapui paikalle poikkeuksellisen paljon. Sitä ennen tutkimusmatkailijat olivat vierailleet hovissa meriministeri Maurepas’n ja kardinaali Fleuryn vieraina ja nauttineet päivällisen kuninkaan seurassa.
Maupertuis’n retkikunnan kokeellisen tutkimuksen perusteella maapallo oli litistynyt navoiltaan.
Tulosta ei otettu Pariisissa kyseenalaistamatta vastaan. Mittaustulos horjutti vakiintuneita tieteellisiä käytäntöjä ja kyseenalaisti erityisesti Cassinien astronomisen ja geodeettisen työskentelyn tradition.
Maupertuis’n retkikuntaa arvosteltiin siitä, että heidät tiedettiin innokkaiksi Newtonin tukijoiksi. Vahva puolueellisuus herätti epäilyjä mittaustulosten oikeellisuudesta.
Kiistelyä käytiin akatemian piirissä ja myös kirjallisissa skandaalilehdissä. Myös Anders Celsius osallistui julkiseen kiistelyyn kirjoittamalla Maupertuis’n kehotuksesta pamfletin, jossa hyökkäsi kovin sanankääntein Cassinien ammattitaitoa vastaan.
Kiistely ei ollut pelkkää tieteellis-teknistä kärhämöintiä vaan se sai henkilökohtaisia sävyjä, joissa molemmat osapuolet pyrkivät nöyryyttämään vastapuolta.
Vasta tiedeakatemian istunnossa 1740 Cassini de Thury ilmoitti, että uudet Ranskassa tehdyt tarkistusmittaukset todistivat Lapin retkikunnan tekemät mittaukset oikeiksi.
Mittaustulokset olivat oikeasuuntaisia
Maupertuis julkaisi seikkailullisella matkakertomuksella väritetyn tutkimusraportin La Figure de la Terre (Suom. Maan muoto) vuonna 1738.
Esipuheessa Maupertuis perusteli retkikuntansa tutkimusta ennen kaikkea merenkulun tarkkuuden parantumisella.
Lisäksi hän nosti esille muita tutkimuksen hyötyjä: maan muodon tarkka tunteminen auttaa kuun parallaksin ja vedenkorkeuden määrittämisessä – lyhyesti sanottuna kuun parallaksi tarkoittaa kulmaa, jossa maan säde näkyy kuusta katsoen. Tähtitieteen kannalta kuun parallaksin tarkka tunteminen oli merkittävää.
Retkikunnan mittausten mukaan meridiaanikaaren asteen pituus oli napapiirillä 57 437 toisea eli syltä kun se Pariisissa oli 57 060 syltä. Metreihin muutettuna luvut olivat yhteen desimaaliin pyöristettynä 111 944,7 ja 111 209,9 metriä. Ero asteen pituudessa oli Maupertuis’n astemittauksen mukaan noin 735 metriä.
Newton ennusti maapallon litistymissuhteeksi 1:230. Maupertuis’n retkikunnan mukaan se oli 1:179. Nykyinen tarkka arvo on 1:298,257223563 (WGS84, World Geodetic System 1984). Kilometreissä kyse on noin 43 kilometristä.
Maapallon halkaisija navalta navalle mitattuna on noin 43 kilometriä lyhyempi kuin vastaava halkaisija päiväntasaajalla mitattuna. Maapallon halkaisija päiväntasaajalla on 12 756,3 kilometriä. Halkaisija navalta navalle on 12 713,6 kilometriä.
Vaikka ero kuulostaa pieneltä, aiheutti se aikoinaan virheitä erityisesti merikarttoihin.
Maupertuis’n retkikunnan tulokset eivät siis olleet aivan täsmällisiä ja niitä tarkennettiin myöhemmin. Mittavirhe oli vajaa 400 metriä eli noin 13 kaarisekuntia.
Perun retkikunta palasi tutkimusmatkaltaan vasta kymmenen vuotta lähtönsä jälkeen, 1745. He olivat kuitenkin lähettäneet matkaltaan mittaustuloksia, jotka vahvistivat pohjoisen retkikunnan tulokset oikeasuuntaisiksi.
Välittömiä vaikutuksia
Ranskalaisten luonnontieteilijöiden vierailulla oli merkittävä vaikutus Ruotsin tieteen kehittymiseen.
Uppsalan yliopiston tähtitieteen professori Anders Celsiuksen uran kannalta hänen kohtaamisensa Maupertuis’n ja muiden ranskalaisten matemaatikkojen ja tähtitieteilijöiden kanssa oli tärkeää. Celsiuksen aloitteesta Uppsalaan rakennettiin uusi tähtitieteellinen observatorio vuonna 1741.
Suomessa perustettiin Maanmittauskomissio astemittausretkikunnan vierailun jälkeen vuonna 1748. Komission tavoitteena oli laatia kartat jokaisesta Suomen pitäjästä. Kyse oli ensimmäisestä Suomen peruskartoituksesta.
Maupertuis’n ja Outhierin kirjoittamista matkakirjoista otettiin useita painoksia ja niitä käännettiin eri kielille. Ne levittivät keskieurooppalaiselle lukevalle yleisölle tietoa ja mielikuvia Lapista.
Oikean tiedon lisäksi teokset levittivät stereotyyppistä ja eksotisoivaa kuvaa pohjoisen alkuperäiskansasta. Saamelaisia kuvailtiin teoksissa oudosti käyttäytyvinä villeinä.
Luontokuvauksista erityisesti Maupertuis’n tekstit Niemivaarasta ja Tengeliönjoesta alkoivat elää omaa elämäänsä runoudessa.
Mittauspisteiden nimet päätyivät aikoinaan ranskalaisen Encyclopedian (Diderot ja d’Alembert) hakusanoiksi. Näin joukko Tornionlaakson vaaroja jäi osaksi eurooppalaista tieteen historiaa.
Ranskan vallankumouksen aikoihin mittayksikköjärjestelmä uudistettiin. Tuolloin otettiin käyttöön uusi perusyksikkö, metri. Se oli pohjoisnavan ja päiväntasaajan välisen meridiaanikaaren pituuden yksi kymmenesmiljoonasosa.
Meridiaanikaaren pituuden tarkkaan määrittelyyn tarvittiin geodeettisten retkikuntien tuloksia.
Maupertuis’n ja Celsiuksen suunnitelma uusista mittauksista ei toteutunut
Maupertuis suunnitteli Celsiuksen kanssa uusia mittauksia Keski-Ruotsissa sijaitsevalla Vätternin järvelllä.
Maupertuis uskoi ryhmänsä mittaustuloksiin, mutta ne poikkesivat sen verran ennakko-oletuksista, että hän halusi toistaa kokeen.
Myös se, että Pariisissa heidän tuloksiaan ei otettu kyseenalaistamatta vastaan, sai Maupertuis’n suunnittelemaan uusintaa.
Suunnitelmana oli tehdä mittaukset salassa käyttäen ainoastaan paikallista työvoimaa. Ensin asteen pituinen perusviiva mitattaisiin Vätternin jäällä ja sen jälkeen aste-ero mitattaisiin Grahamin zeniittisektorilla. Maupertuis matkustaisi Ruotsiin omalla kustannuksellaan.
Suunnitelma ei kuitenkaan toteutunut. Celsiuksen mukaan Vättern jäätyi liian epätasaisesti, eikä hän esittänyt Maupertuis’lle uusia vaihtoehtoja. Miesten välinen kirjeenvaihto lakkasi hankkeen kariuduttua.
Astemittauksia Pohjois-Ranskassa
Reilut kaksi vuotta napapiiriltä paluun jälkeen Maupertuis, Clairaut, Camus ja Le Monnier tekivät Pohjois-Ranskassa Amiensin seudulla uusia mittauksia. He eivät rakentaneet uutta kolmiomittausketjua vaan vertailivat Grahamin zeniittisektorilla mittaamaansa astetta vanhaan Jean Picardin (1620–1682) mittaamaan kaarenpituuteen.
Mittausten tarkoituksena oli todistaa heidän käyttämänsä instrumentin tarkkuus sekä tarkistaa Picardin toteuttama mittaus.
Suuria astemittauksia ympäri maapalloa
Perun ja Tornionlaakson ensimmäisten mittausten jälkeen vastaavanlaisia suurimittaisia astemittauksia tehtiin ympäri maapalloa. Esimerkiksi Nicolas-Louis de Lacaille (1713–1762) johti Etelä-Afrikan mittauksia noin vuonna 1750.
Ranskassa mittauksia tekivät ainakin Jean Baptiste Joseph Delambre (1749–1822) ja Pierre Méchain (1744–1804) vuosina 1792–1798 ja Intiassa William Lambton (1753–1823) ja George Everest (1790–1866) vuosina 1802–1832.
Mittaukset vahvistivat ja tarkensivat Maupertuis’n retkikunnan saamaa tulosta.
Ruotsalainen astemittaus Maupertuis’n jäljillä
1799 ja 1801–1803 ruotsalainen tähtitieteilijä, matemaatikko ja Uppsalan yliopiston professori Jöns Svanberg (1771–1851) toisti Maupertuis’n mittaukset Ruotsin kuninkaallisen tiedeakatemian lähettämänä.
Reilussa kuudessakymmenessä vuodessa tekniikka oli kehittynyt niin paljon, että Svanberg ymmärsi Maupertuis’n retkikunnan tutkimusolosuhteiden olleen haastavat: isojen laitteiden kuljetus veneissä ja kantaen aiheutti niihin ymmärrettävää epätarkkuutta.
Svanberg syntyi Kalixissa, mutta hän muutti jo kuusivuotiaana ottopojaksi setänsä perheeseen Tornioon. Tämä toimi kaupungissa kultaseppänä ja raatimiehenä. Svanberg oli hyväpäinen ja lähti Uppsalan yliopistoon 16-vuotiaana.
Torniossa nuorta Svanbergia oli innostanut tähtitieteen ja matematiikan pariin Anders Hellant, joka oli nuorena toiminut Maupertuis’n retkikunnan tulkkina ja paikallisoppaana. Hellant opetti Svanbergille myös englantia ja ranskaa.
Torniossa vietettyjen lapsuusvuosien takia Tornionlaakso oli Svanbergille ennestään tuttu.
Svanbergin tutkimusryhmään kuuluivat lisäksi maanmittauslaitoksen pääinsinööri Jonas Öfverbom (1758–1819), matemaatikot D. E. Holmqvist (1764–1808) Uppsalasta ja turkulainen G. Palander (1776–1821).
Svanbergin mittauksissa Maupertuis’n kolmioketjua laajennettiin sen molemmista päistä.
Etelään tuli yhteensä kahdeksan uutta pistettä ja pohjoiseen neljä. Etelässä mittaukset ulottuivat Malurille (Malören), 45 kilometriä Torniosta lounaaseen. Maluri oli saari, jota käytettiin odotussatamana Tornioon purjehdittaessa.
Pohjoisessa kolmioketju ulottui Pahtavaaraan saakka. Ketjun pituudeksi tuli noin 200 km.
Svanbergin retkikunta suunnitteli ensin mittaavansa perusviivan meren jäällä Malurin edustalla, mutta riskialttiin jäätilanteen takia he päätyivät mittaamaan sen Maupertuis’n tapaan Tornionjoella Ylitornion kohdalla.
Svanbergin perusviiva alkoi pohjoisessa arviolta 60–70 metriä idempää kuin Maupertuis’n viiva, mutta se oli suurin piirtein samalla kohdalla.
Svanbergin mittaama meridiaanikaaren aste oli lyhyempi kuin aikoinaan Maupertuis’n mittaama. Svanberg sai asteen pituudeksi 57 196 toisea eli syltä, kun Maupertuis oli mitannut pituudeksi 57 437 toisea. Metreissä Svanbergin tulos oli 111 475,0 metriä, Maupertuis’n 111 944,7 metriä.
Svanbergin mittaama aste oli siis 469,7 metriä lyhyempi.
Svanbergiä kritisoitiin siitä, että hän ei ollut toistanut Maupertuis’n mittausta sellaisenaan. Näin ollen tuloksia oli mahdoton vertailla keskenään ja löytää ne kohdat, joissa Maupertuis’n retkikunta oli erehtynyt.
Astemittauksen jälkeen Svanberg nimettiin Ruotsin tiedeakatemian astronomiksi.
Struven kolmiomittausketju oli 40 vuotta kestänyt suurprojekti
Reilu sata vuotta Maupertuis’n retkikunnan astemittauksen jälkeen samoilla Tornionlaakson vaaroilla kulki Struven ketjun mittaajia.
Venäläinen tähtitieteilijä Friedrich Georg Wilhelm von Struve (1793–1864) johti valtavaa astemittausprojektia, jossa muodostettiin kolmioketju Pohjois-Norjan Hammerfestista aina Mustallemerelle saakka. Kolmioverkon pituus oli kaiken kaikkiaan 2 820 kilometriä.
Pohjoisessa Struven ketjun mittauksia tehtiin vuosina 1842–52. Torniosta pohjoisen suuntaan mittauksista vastasivat ruotsalaiset ja norjalaiset yhteistyökumppanit.
Maupertuis’n kolmioketjun mittauspisteistä seitsemää käytettiin myös Struven kolmioketjussa: Kittisvaara, Pullinki, Niemivaara, Horilankero (eli Iso-Horila), Aavasaksa, Huitaperi ja Kaakamavaara. Torniossa noustiin Tornion kirkon sijaan uudempaan ja korkeampaan Alatornion kirkon torniin.
Lisäksi Struven ketjuun kuului Tornionlaaksossa uutena mittauspisteenä Perävaara Ruotsin Karungissa, noin 25 kilometriä Haaparannasta pohjoiseen.
Suomalainen tarkistusmittaus ratkaisi Maupertuis’n mittaustuloksen
Lopullisen ratkaisun Maupertuis’n astemittaukseen antoi geodeettien Yrjö Leinbergin (1896–1974) ja Victor Ölanderin (1897–1973) vuonna 1928 julkaistu tutkimus.
Leinberg suoritti tähtitieteellisiä mittauksia kolmioketjun päätepisteillä Torniossa ja Pellossa ja Ölander teki painovoimamittauksia.
Astemittauksen virheet johtuivat useasta eri syystä, mutta merkittävimmät virheet tulivat tähtitieteellisten havaintojen tekemisestä. Vaikka George Grahamin valmistama zeniittisektori oli korkealaatuinen instrumentti, sen mittatulosten tarkka lukeminen oli haastavaa. Yhden sekunnin ero tarkoitti pituudessa noin 30 metrin heittoa.
Kaikki eri virhelähteet vaikuttivat samaan suuntaan eli kasvattivat pituutta. Heitto oli kokonaisuudessaan 12,62 sekuntia.
Virhe oli sen verran suuri, että jos se olisi ollut toiseen suuntaan, Maupertuis ei olisi voinut todistaa maan litistyvän navoiltaan.
Tarkistusmittauksillaan Leinberg todisti myös sen, että Maupertuis’n retkikunnan tekemä kolmiomittaus oli moitteeton.
Lähteet:
Iliffe, Rob. ”’Aplatisseur du monde et de Cassini’: Maupertuis, Precision Measurement, and the Shape of the Earth in the 1730s”. History of Science, Vol. 31, s. 335–375. 1993.
Kukkamäki, T. J. Geodeettinen laitos 1918–1968. Suomen geodeettisen laitoksen julkaisuja, N:o 65 a. Helsinki, 1968.
Lundholm, Kjell. “Matkailijoita Tornionlaaksossa”. Teoksessa Tornionlaakson historia II. 1600-luvulta vuoteen 1809. Toim. Olof Hederyd et al. Tornionlaakson kuntien historiakirjatoimikunta. Jyväskylä, 1993.
Maanmittauslaitos: https://www.maanmittauslaitos.fi/struvenketju
Mäntylä, Ilkka. Tornion historia. 1. osa, 1621–1809. Tampere, 1971.
Pekonen, Osmo. “Johdanto: Maan muotoa mittaamassa”. Teoksessa Maan muoto ynnä muita kirjoituksia Lapista. Toim. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, 2019.
Tobé, Erik. Anders Celsius och den franska gradmätningen i Tornedalen 1736–1737. Acta Universitatis Upsaliensis, 2003.
Tobé, Erik. Fransysk visit i Tornedalen 1736–1737. Om en gradmätningsexpedition och dess nyckelpersoner. Tornedalica, Luleå, 1986.
Weinz, Erik. “Personer och händelser kring gradmätningen i Tornedalen 1736–1737. Några anteckningar som förord.” Teoksessa Toim. Erik Weinz. Tornedalica Nr 23. Kalix, 1977.
Wikipedia: https://sv.wikipedia.org/wiki/Jöns_Svanberg
Weinz, Erik. “Personer och händelser kring gradmätningen i Tornedalen 1736–1737. Några anteckningar som förord.” Teoksessa Toim. Erik Weinz. Tornedalica Nr 23. Kalix, 1977.