Mittausvälineet – Tornionlaakson astemittauksessa käytetyt välineet olivat aikansa korkeinta teknologiaa
Maupertuis’lle eivät riittäneet pelkästään kotimaiset instrumentit vaan hän tilasi niitä Englannista, joka oli tunnettu korkeatasoisten tähtitieteellisten kojeiden valmistamisesta. Suurimman osan laitteista retkikunta toi mukanaan itse. Sektori lähetettiin myöhemmin Englannista suoraan Tornioon.
Kun Anders Celsius oli tavannut Maupertuis’n, Clairaut’n ja muut retkikuntalaiset Pariisissa, hän jatkoi opintomatkaansa Ranskasta Englantiin. Hän sai tehtäväkseen hankkia Lontoosta retkikunnalle tähtitieteellisiä instrumentteja.
Celsius hankki Lontoosta zeniittisektorin, astronomisen heilurikellon, heilurin mittalaitteen ja kaukoputken.
Outhier listaa matkapäiväkirjassaan retkikunnan varusteita. Neljän kvadrantin lisäksi mukana kuljetettiin mittapöytää, heiluria, lämpömittareita sekä muita yksilöimättömiä kojeita, “jotka saattaisivat olla mittauksillemme välttämättömiä tai hyödyllisiä.”
Torniossa, heinäkuun kuudentena päivänä 1736 kojeet ja ranskalaiset lastattiin veneisiin ja matka kohti Tornionlaakson vaaroja alkoi. Veneitä oli yhteensä seitsemän, joissa kussakin oli kolme soutajaa.
Kvadrantti – mittaa kulmia
Kvadrantti rakentuu neljännesympyrän muotoisesta kaaresta ja tähtäyssauvasta, joka on kiinnitetty ympyrän keskipisteeseen. Ympyrän kaarella on kulmamitta-asteikko. Kvadranttia käytettiin kulmien mittaamiseen.
Retkikunnalla oli käytössään neljä kvadranttia.
Tärkein niistä oli kvadrantti, jonka säde oli kaksi jalkaa eli noin 65 cm. Sen oli valmistanut pariisilainen Claude Langlois (1700–1756). Langlois nosti ranskalaisen tieteellisten instrumenttien valmistuksen korkeammalle tasolle, mihin se oli aikaisemmin yltänyt.
Kahden jalan kvadrantin lisäksi retkikunnalla oli käytössään kaksi pientä summittaisiin mittauksiin soveltuvaa kvadranttia sekä yksi isompi kolmen jalan laite. Metreissä isoimman kvadrantin säde oli noin metrin.
Kvadrantti tähdättiin aina huolellisesti tähtäysmerkin keskipisteeseen. Kaikki mittauspaikalla olleet tutkijat tekivät omat havaintonsa ja kirjoittivat ne muistiin. Sen jälkeen havainnoista laskettiin keskiarvo.
Myös vaarojen keskinäiset korkeuserot huomioitiin mittauksissa ja kulmat “redusoitiin horisontaaliksi” eli kolmiomittauverkko muutettiin matemaattisesti samaan tasoon.
Sektori – mittaa leveysastetta
Sektori eli zeniittisektori saapui Englannista laivalla suoraan Tornioon retkikunnan perässä, elokuun 1736 lopulla.
Sen oli valmistanut ansioitunut englantilainen tähtitieteellisten mittauslaitteiden valmistaja ja Royal Societyn jäsen, George Graham (1673–1751). Maupertuis oli tutustunut Grahamin laitteisiin Lontoossa opintomatkallaan kymmenisen vuotta aikaisemmin.
Le Monnier kuvaili sektoria “yhdeksi kauneimmista astronomisista instrumenteista mitä ikinä on nähty.”
Maupertuis halusi ehtiä tekemään tähtitieteelliset mittaukset Pellossa ennen talven tuloa. Retkikunta lähti Torniosta syyskuun alussa sektori kyydissään kohti Pelloa. Matkaan lähti yhteensä viisitoista venettä.
Sektorin säde oli noin yhdeksän jalkaa eli lähes kolme metriä (noin 292 cm). Se oli suuri ja painava, ja sen siirtämiseen tarvittiin neljä kantajaa. Sektorissa oli 12 jalan (noin 390 cm) korkuinen, raskas pyramidinmuotoinen jalusta.
Sektorilla oli tarkoitus mitata Tornion ja Pellon havaintopisteiden välinen aste-ero. Se saataisiin selville mittaamalla zeniittisektorilla kulma samaan tähteen sekä Torniossa että Pellossa.
Tähdeksi retkikunta oli valinnut Lohikäärmeen tähtikuvion δ-tähden eli deltatähden. Tähti ylitti meridiaanin läheltä zeniittiä eli taivaan ylintä kohtaa. Tähti oli myös sellainen, että se voitiin havaita hyvin sekä Pellossa että Torniossa.
Mittaukset sektorilla tehtiin työryhmänä. Yksi tarkkaili heiluria, toinen käänsi kaukoputkea ja kolmas luki kaukoputkeen kiinnitettyä mikrometriä.
Mittaustulosten varmistamiseksi tehtäviä vaihdettiin päivittäin.
Mittauksia toistettiin, jotta mittaustuloksesta saatiin mahdollisimman tarkka. Eri mittausten välinen vaihtelu oli vain 2–3 sekuntia.
Heiluri – mittaa painovoimaa
1660-luvulta saakka oli ollut tiedossa, että sijainti leveyspiirillä vaikuttaa heilurin liikkeeseen.
Ranskalainen tähtitieteilijä Jean Richer (1630–1696) huomasi työskennellessään Cayennessa Ranskan Guyanassa, että hänen heilurikellonsa ei pysynyt ajassa.
Myöhemmin Isaac Newton (1642–1727) esitti painovoimateoriaansa perustuen, että Richerin havainto todistaa maapallon keskikohdan olevan päiväntasaajan Cayennessa etäämpänä maan pinnasta kuin pohjoisempana Pariisissa.
Maupertuis’n retkikunnalla oli mukanaan useita vastaavia heilureita, jollaisella Richer oli havainnut painovoimaeron päiväntasaajalla.
Syksyllä 1736 Pellossa Korteniemen talon yksi huone valjastettiin painovoimaheilureilla tehtäviä mittauksia varten.
Huoneen kattoon tehtiin reikä ja sen kohdalle rakennettiin kivinen pilari. Pilariin kiinnitettiin sekä kaukoputki että heilurit. Kaukoputkea käytettiin heilureiden heilahdusajan määrittämiseen kiintotähtien avulla.
Korteniemen mittaushuoneessa käytettiin Julien Le Royn (1686–1759) valmistamaa sekuntiheiluria. Le Roy oli taitava pariisilainen kellonvalmistaja. Siitä todisteena käy hänen nimittämisensä vuonna 1739 kuningas Ludvig XV:n kellosepäksi, Horloger Ordinaire du Roi.
Le Royn heilurin lisäksi käytössä oli myös lontoolaisen George Grahamin valmistama heiluri. Hän oli lähettänyt sen pohjoiseen yhdessä sektorin kanssa. Tämä heiluri sijoitettiin Kittisvaaran pienempään observatorioon. Sen avulla määritettiin sektorin sijainti suhteessa meridiaaniin.
Painovoimaheiluri oli rautatanko, joka oli alapäästään hieman paksumpi kuin ylhäältä. Heiluri ripustettiin teräksiseen terään, joka oli kiinnitetty pilariin. Painovoimaheilurin heilahdusaikoja verrattiin sekuntiheilurin heilahdusaikoihin.
Painovoimaheilurilla tehdyt mittaukset eivät olleet niin tarkkoja, mitä sektorilla tehdyt. Havaintojen vaihteluväli oli Outhier’n mukaan melko suuri.
Heilurien kalibrointi oli vaihtelevissa lämpötiloissa haastavaa. Retkikunta pyrki minimoimaan lämpötilaerojen vaikutukset heilurin liikkeeseen lämmittämällä havaintohuoneet vastaamaan Pariisin lämpötilaa.
Vaikka Newton oli käyttänyt Richer’n heilurihavaintoja laskiessaan maapallon litistymissuhdetta, Maupertuis’n retkikunta pystyi käyttämään heilurihavaintoja vain täydentämään geodeettisia ja astronomisia havaintojaan.
Newtonin painovoimateoria ei ollut tuolloin Ranskassa yleisesti hyväksytty, joten se rajoitti painovoimateorian soveltamista laskelmissa.
Kaukoputki – apuna tähtitieteellisissä havainnoissa
Kaukoputki oli keksitty Hollannissa 1600-luvun alussa. Galileo Galilei (1564–1642) teki ensimmäiset tähtitieteelliset havainnot kaukoputkella vuonna 1609.
Retkikunnalla oli käytössään useita kaukoputkia. Yksi niistä oli George Grahamin valmistama ohikulkukone, jonka avulla määritettiin meridiaanin suunta.
Lisäksi Maupertuis’n ja Outhier’n teoksissa mainitaan peilikaukoputki, muurikaukoputki ja joitain pienempiä kaukoputkia.
Le Monnier jätti yhden kaukoputkista torniolaiselle retkikunnan tulkkina toimineelle Anders Hellantille. Sen pituus oli 7 jalkaa eli noin 2,3 metriä. Kaukoputken ansiosta Hellant pystyi myöhemmin perustamaan Tornioon oman observatorionsa.
Kittisvaaran observatoriot – sektorin pohjoinen paikka
Retkikunta rakensi Kittisvaaralle kaksi observatoriota. Ne olivat aikansa pohjoisimmat tähtitieteelliset havaintoasemat.
Iso observatorio rakennettiin Saukkolan talon pihasta ostettuun rakennukseen (Outhier’n kirjassa nimellä cotta), jonka Camus siirrätytti Kittisvaaralle. Se oli taloa korkeampi hirsinen piharakennus, jota käytettiin Outhier’n mukaan talvisin esimerkiksi lumen sulattamiseen juomavedeksi kotieläimille. Se siirrettiin Kittisvaaralle osissa ja rakennettiin uudestaan.
Isoon observatorioon sijoitettiin zeniittisektori. Outhier mainitsee matkakirjassaan, miten sektoria valvottiin tarkasti. Yksi retkikunnan jäsenistä yöpyi vuorollaan observatoriossa ja valvoi kallisarvoista instrumenttia.
Tämän lisäksi vaaralle rakennettiin toinen hiukan pienempi observatorio. Siellä tehtiin mittauksia Grahamin heilurilla sekä laitteella, jolla määritettiin meridiaanin suunta suhteessa kolmioihin. Laite oli sijoitettu tarkasti Kittisvaaran tähtäysmerkin kohdalle.
Outhier kirjoittaa:
“Kaukoputki suunnattiin aurinkoon keskipäivän hetkellä tai johonkin tähteen sen ylittäessä meridiaanin ja käännettiin pystysuorasti alas horisonttiin. Tämän horisonttipisteen ja Pullingin ja Niemivaaran väliset kulmat mitattiin.”
Retkikunta rakensi observatoriot Kittisvaaralle syyskuussa 1736. Kuun loppupuolella ilma viileni. Epävakaa sää häiritsi tutkimuksia. Observatorioihin tuiskusi lunta ja laitteiden suojaamisessa oli kova työ. Tähdet eivät näkyneet pilvisellä taivaalla.
Retkikunta teki Pellossa tähtitieteellisiä havaintoja lokakuun loppupuolelle asti. Sateisen ja sumuisen sään takia he eivät voineet toistaa mittauksia niin monta kertaa kuin Maupertuis olisi halunnut. Siitä huolimatta tämä oli Outhier’n mukaan tyytyväinen tuloksiin.
Retkikunnalla oli kiire takaisin Tornioon, jotta he ehtisivät tehdä samat havainnot siellä mahdollisimman samaan aikaan kuin Pellossa. Joen jäätyminen jännitti matkalaisia, sillä he eivät voineet jäädä Pelloon odottamaan rekikelejä.
Tornion observatoriot – sektorin eteläinen paikka
Myös Torniossa observatorio rakennettiin samanlaiseen rakennukseen kuin Pellossa. Observatorio sijaitsi Helanderin talossa, jossa Le Monnier ja Celsius majoittuivat. Sektorille rakennettiin kivistä tukeva jalusta. Rakennuksen kattoon tehtiin aukko.
Kiinnostava yksityiskohta observatorion rakentamisesta on Outhier’n maininta siitä, miten Abraham Steinholtz (1710–1781), joka oli läpikulkumatkalla Torniossa, teetti vipulaitteen, jolla aukon luukku voitiin kätevästi avata ja sulkea.
Steinholtz on jäänyt historiaan keskeisenä pohjoisen kaivosteollisuuden kehittäjänä. Hän muun muassa toimi Köngäsen omistajana Pajalassa ja perusti Svansteinin ruukin Turtolaan.
Toisin kuin Pellossa, Torniossa sää suosi tutkijoita ja he tekivät mittauksia monta päivää yhteen menoon lokakuun viimeisestä päivästä alkaen.
Helanderin piharakennukseen pystytetyn observatorion lisäksi retkikunta tarvitsi toisen havaintoaseman, josta he voisivat nähdä horisontin. Sen vuoksi he rakennuttivat Tornionjoen rannalle pienen rakennuksen. Siellä he tekivät mittauksia meridiaanin mittauslaitteella, heilurilla ja kvadrantilla.
Marraskuun puolivälissä kova tuuli nosti vedenpintaa joella, ja rannalle pystytettyyn rakennukseen tulvi. Le Monnier, Outhier ja Maupertuis saivat onnekseen pelastettua kaikki mittalaitteet.
Toise – ranskalainen metriä edeltänyt perusmitta
Kolmiomittausketjun perusviiva mitattiin viiden toisen eli noin 10 metrin pituisilla puutangoilla.
Ranskasta oli tuotu mukana toisen eli sylen (1,949 metriä) pituinen metallitanko, jonka avulla kuusipuusta veistettiin tarkasti viiden toisen pituiset mittakepit.
Ennen metriä toise oli perusmitta Ranskassa. Pariisissa Grand Châtelet’n linnoituksen sisäpihalla suuren portaikon juurella oli esillä toisen standardi. Mitta tunnettiin nimellä Châtelet’n toise.
Grand Châtelet toimi 1700-luvulla oikeustalona, vankilana ja järjestysviranomaisten toimistona. Se purettiin Napoleonin aikana. Nykyisin sen paikalla on aukio, Place du Châtelet.
Standardin perusteella molemmille astemittausretkikunnille valmistettiin mukaan mittakepit. Ne valmisti kvadranttien tapaan Claude Langlois. Myöhemmin Perun retkikunnalla käytössä ollut Perun toise korvasi Châtelet’n toisen julkisena standardina.
Pariisin observatoriossa on sylen mitta, joka on nimetty toise du Nord. Se on mahdollisesti Lapin retkikunnan käyttämä mitta. Mitassa on vuosiluku 1768 eli välttämättä kyse ei ole alkuperäisestä Tornionlaaksossa mukana olleesta mitasta.
Lähteet
Encyclopedia.com, kirjoittaja Daumas, Maurice : https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/langlois-claude
Karttunen Hannu, Ursa ja Tuorlan observatorio, https://www.astro.utu.fi/zubi/astro.htm
Maupertuis, Pierre Louis Moreau de. “Maan muoto”. Teoksessa Maan muoto ynnä muita kirjoituksia Lapista. Toim. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, 2019 (alk. 1738).
Outhier, Réginald. Matka Pohjan perille. Maupertuis-säätiö ja Väyläkirjat, 2011 (alk. 1744).
Pekonen, Osmo. “Esseitä. Viisi akateemikko Lapissa”. Teoksessa Maan muoto ynnä muita kirjoituksia Lapista. Toim. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, 2019.
Pekonen, Osmo ja Stén Johan. “Geodeettiset mittauslaitteet”. Teoksessa Maan muoto ynnä muita kirjoituksia Lapista. Toim. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, 2019.
Terrall, Mary. Maupertuis. Maapallon muodon mittaaja. Suom. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, Tornio, 2015 (alk. 2002).
Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Jean_Richer
Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Julien_Le_Roy