Tausta ja matkavalmistelut – Mistä puhe sitruunasta ja mandariinista johtui?
Maa on tiedetty pallon muotoiseksi ainakin Pythagoraan ajoista alkaen 500-luvulta eaa. Vaikka tieto yleistyi vasta myöhemmin, oppineiden piirissä maa on ollut jo pitkään pallo. 1600-luvulla tehtiin painovoimaan liittyviä havaintoja, jotka käynnistivät keskustelun maan tarkasta muodosta. Ranskassa kiistely maapallon muodosta aktivoitui 1730-luvun alussa, kun maassa käynnistettiin uudestaan valtakunnan tarkka kartoitus.
Cassinien mukaan maapallo muistutti sitruunaa
Ranskassa maanmittauksen saralla johtavassa asemassa oli Cassinin perhe. Pariisin observatorion johtaja, italialaissyntyinen Jean-Dominique Cassini (1625–1712) ja hänen poikansa tähtitieteilijä Jacques Cassini (1677–1756) päätyivät 30 vuoden aikana tehtyjen kenttätöiden perusteella väittämään, että maapallo on navoiltaan suipistunut.
Cassinit olivat mitanneet Ranskassa kahdeksan perättäistä asteen pituista kaarta. Näiden mittausten mukaan asteen pituus lyheni etelästä pohjoiseen siirryttäessä.
Vuonna 1718 Jacques Cassini eli Cassini II julkaisi tuloksensa sitruunan tapaan suippenevasta maapallosta.
Newton teki maapallosta mandariinin
1660-luvulta saakka oli ollut tiedossa, että painovoima vaihtelee leveyspiiriltä toiselle.
Tuolloin ranskalainen tähtitieteilijä Jean Richer (1630–1696) huomasi, että hänen heilurikellonsa ei pysynyt ajassa Cayennessa Ranskan Guyanassa. Richer’n piti lyhentää kellon heiluria, jotta se näyttäisi oikeaa aikaa. Sijainti eri leveyspiirillä vaikutti heilurin liikkeeseen.
Näin Richer havaitsi ensimmäisenä painovoiman vaikutuksen maan pinnalla: päiväntasaajalla painovoima on heikompi kuin Ranskassa.
Myöhemmin englantilainen fyysikko, matemaatikko ja tähtitieteilijä Isaac Newton (1642–1727) esitti painovoimateoriaansa perustuen, että Richer’n havainto todistaa maapallon keskikohdan olevan päiväntasaajan Cayennessa etäämpänä maan pinnasta kuin pohjoisempana Pariisissa.
Maapallon on oltava pullistunut päiväntasaajalta eli navoiltaan litistynyt. Toisin sanoen Newton esitti maapallon olevan navoiltaan litistynyt pyörähdysellipsoidi.
Richer’n havaintoja ja niitä seuranneita teorioita voidaan pitää nykyaikaisen geodesian – eli maan mittaamisen ja kartoittamisen tieteen – alkuna.
Newtonin ohella matemaatikko Christian Huygens (1629–1695) esitti Richer’n havaintojen pohjalta maapallon olevan navoiltaan litistynyt.
Painovoimateoriasta kartesiolaisen luonnonfilosofian haastaja
Newtonin teoreettiset laskelmat olivat ristiriidassa Cassinien empiiristen tulosten kanssa.
1700-luvun alussa Ranskan tieteellisissä piireissä vallitsi matemaatikko ja filosofi René Descartes’n (1596–1650) ajatteluun pohjaava mekanistinen luonnonfilosofia.
Yleisellä tasolla Ranskassa suhtauduttiin varauksella newtonilaiseen ajatteluun. Newtonin teoriassa oli kyse vetovoimista, joita oli vaikea havaita aistein.
Newtonin ajattelu erosi Descartes’n ajattelusta erityisesti siinä, että kun Descartes hyväksyi luonnonlakien hypoteettisen luonteen, Newton perusti näkemyksensä vain kokeille. Hän ei luonut metafyysisiä hypoteeseja vaan esitti matemaattisesti muotoiltuja luonnonlakeja.
Tieteen historiassa Newton tunnetaan differentiaalilaskennasta, dynamiikan liikelaeista, optiikan kehittämisestä ja ehkä parhaiten juuri yleistä painovoimalakia koskevista teorioista.
Teoksessaan Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) Newton esitti yleiseen painovoimalakiin pohjautuvan uudenlaisen luonnonfilosofian. Se irtaantui aristoteelisesta sekä kartesiolaisesta mekanistisesta luonnonfilosofiasta.
Descartes’n kaikki luonnonilmiöt selittävä pyörreteoria perustui liikelakeihin, joiden mukaan jokainen kappale, johon eivät vaikuta ulkoiset syyt, säilyy samassa liikkeen tai levon tilassa. Yksinkertainen tai perustava liike tapahtuu aina suoran janan mukaisesti.
Filosofia.fi-sivustolla Descartes’n pyörreteoriaa selitetään seuraavasti:
“Descartes’n mukaan taivaat muodostuvat hienojakoisesta aineesta, ja siihen perustuvat oheneminen ja tiivistyminen, läpinäkyvyys ja -näkymättömyys, joustavuus ja jopa painovoima. Tiiviissä maailmankaikkeudessa liike on välttämättä siirtymistä tai uudelleen järjestelyä ja siksi jokainen liike saa aikaan pyörteen.”
Newtonin yleisen painovoimalain mukaan
“kappaleet vetävät toisiaan puoleensa voimalla, joka on suoraan verrannollinen niiden massaan ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Painovoima oli jotakin uutta, jota ei löytynyt kartesiolaisesta, ainoastaan liikkeeseen keskittyneestä luonnonfilosofiasta. Kartesiolaiset eivät voineet hyväksyä tällaista teoriaa, sillä heille kaikki liike pohjautui kappaleiden välisiin törmäyksiin.”
Maupertuis ja niin sanottu Newtonin koulukunta Ranskassa
Maupertuis julkaisi vuonna 1732 teoksen Discours sur les différentes figures des astres avec une exposition des systèmes de MM. Descartes et Newton, jossa hän vertaili kartesiolaista ja newtonilaista fysiikkaa: pyörreteoriaa ja universaalia gravitaatiota eli painovoimaa.
Maupertuis’n lisäksi niin sanottuun newtonilaiseen koulukuntaan kuuluivat Ranskassa sen merkittävimpinä keulakuvina filosofi ja kirjailija Voltaire (1694–1778) sekä luonnontieteilijä Émilie du Châtelet (1706–1749). Jälkimmäinen käänsi myöhemmin Newtonin Principian ranskaksi.
Maupertuis sai puolelleen myös joukon nuoria matemaatikkoja, kuten Alexis Claude Clairaut’n ja Charles Ètienne Louis Camus’n – Clairaut ja Camus osallistuivat myöhemmin Lapin retkikuntaan.
Voltaire ylikorosti kirjoituksillaan newtonilaisuuden ja kartesiolaisuuden välistä vastakkainasettelua. Hän kirjoitti aiheesta poleemisesti käyttäen uskonnollisia vertauksia ja yhdisti newtonilaiseen ajatteluun kumouksellisia ja muodikkaitakin sävyjä.
1730-luvulla matematiikka kiinnosti Pariisissa akatemioiden ulkopuolella jopa niin paljon, että puhuttiin muoti-ilmiöstä. Voltaire kirjoitti vuonna 1735:
“Runosäkeet eivät enää ole muotia Pariisissa. Jokainen luulee olevansa geometrikko tai fyysikko. Nyt turvaudutaan järkeen. Tunne, mielikuvitus ja sulokkuus ovat pannassa.”
Erityisesti naisten kiinnostus matematiikkaan puhutti ja sitä myös kummasteltiin.
Ranskan kartoittaminen käynnisti keskustelun mittausmenetelmistä
1730-luvun alussa Ranskan finanssiministeri Philibert Orry (1689–1747) käynnisti uudelleen valtakunnan tarkan kartoituksen, joka oli aloitettu 1680-luvulla, mutta jota ei ollut saatettu loppuun. Hanke nosti geodesian myös akatemiassa keskusteluiden ytimeen.
Ensin keskustelu koski lähinnä erilaisia mittaus- ja laskentatekniikoita ja vasta myöhemmin siihen liittyi kysymys newtonilaisesta painovoimasta ja sen vaikutuksesta maapallon muotoon.
Edellä mainitut Cassinit aloittivat työskentelyn itä–länsi-suuntaisen perusviivan mittauksen parissa vuonna 1733.
Samoihin aikoihin Ranskassa kiinnitettiin huomiota italialaisen matemaatikko Giovanni Polenin (1683–1761) kymmenisen vuotta aikaisemmin esittämään kritiikkiin Cassinien metodeja kohtaan. Hänen mukaansa Cassinien tulokset mahtuivat virhemarginaaliin eivätkä siksi olleet luotettavia.
Maupertuis piti Polenin pamflettiin perustuvan luennon tiedeakatemiassa ja esitti, että maapallon muotoa tutkittaisiin leveyspiirin astemittauksen lisäksi pituusasteita mittaamalla, kuten Poleni oli esittänyt.
Maupertuis’n luennon jälkeen tähtitieteilijä Louis Godin (1704–1760) esitti menetelmän pituuspiirien välisen aste-eron määrittämiseksi ja matemaatikko Charles Marie de La Condamine (1701–1774) suunnitteli mittauslaitteen.
Kokeellinen tutkimus ratkaisuksi kiistaan
Useat akateemikot esittivät näkemyksiään mittausmenetelmistä. Cassinien teoria suippenevasta maapallosta alkoi saada kilpailevia näkemyksiä.
Geodesian alalta syntyi runsaasti teoreettisia tutkielmia ja empiirisiä havaintoja.
Loppuvuonna 1733 Godin esitti, että akatemia varustaisi retkikunnan päiväntasaajalle tekemään astemittauksia. Seuraavana vuonna kuningas Ludvig XV (1710–1774) määräsi retkikunnan matkaan.
Etelä-Amerikan retkikunta nosti purjeensa toukokuussa 1735. Välittömästi ensimmäisen retkikunnan matkaanlähdön jälkeen Maupertuis ehdotti, että Ranska varustaisi myös toisen tutkimusretkikunnan. Hänen mukaansa yksi retkikunta ei riittäisi ratkaisemaan asiaa kyllin varmasti.
Maupertuis kirjoitti tutkielmassaan Sur la figure de la terre (1735):
“Olemme Ranskalle velkaa sen, että mittaamme leveysasteita laveammalta kuin 8°31’. Näyttää siltä, että Ranskalle on varattu maapallon suippenemisen tai litistymisen suuren kysymyksen ratkaiseminen.”
Maupertuis’lla oli suhteita hoviin ja hän käytti niitä hyväkseen saadakseen meriministerinä ja kuninkaallisena huoneenhaltijana toimineen kreivi Jean-Frédéric Phélypeaux de Maurepas’n (1701–1781) tuen. Maurepas oli tiedeakatemian kunniajäsen ja Maupertuis’n vanha tuttu.
Loppuvuodesta 1735 kuningas antoi päätöksen geodeettisen retkikunnan lähettämisestä pohjoiselle napapiirille.
Kruunulle tiedeakatemia oli perustellut asian tärkeyttä sen vaikutuksella merenkulun tarkkuuteen ja siten kaupankäyntiin. Maan muodon tutkimuksella tavoiteltiin siten ainakin näennäisesti taloudellista hyötyä.
Yhtä merkittävä – jos ei merkittävämpi – syy oli näyttää muille valloille Ranskan mahtia. Tieteelliset pyrkimykset korostivat Ranskan valtaa myös tieteen kentällä.
Teoreetikot valmistautuvat kenttätöihin
Tutkimusmatkasta tuli sekä Maupertuis’lle että Clairaut’lle ensimmäinen, jossa he pääsivät kokeilemaan teoreettista osaamistaan käytännössä. Maupertuis’lla ei ollut kokemusta kenttätyöskentelystä, mutta se ei estänyt häntä esittämästä itseään retkikunnan johtajaksi.
Ensin tutkimusmatkan kohteeksi oli suunniteltu joko Islantia tai Norjaa. Ruotsalaisen tähtitieteilijä Anders Celsiuksen (1701–1744) vaikutuksesta mittaukset päätettiin kuitenkin toteuttaa silloisessa Ruotsissa, Perämeren pohjukassa.
Valintaan vaikutti myös se, että Ranskalla ja Ruotsilla oli toimivat diplomaattisuhteet riippumatta juuri vuosina 1735–1738 Tukholmassa käydystä hattujen ja myssyjen välisestä valtataistelusta: Hatut halusivat palauttaa Ranskan tuella suurvalta-Ruotsin eli valloittaa takaisin Venäjälle menetetyt alueet. Myssyt edustivat maltillisempaa ulkopoliittista linjaa suhteessa Venäjään.
Matka edellytti paljon valmisteluja: piti hankkia mittauslaitteet, varustaa laivat ja olla yhteydessä paikallisiin viranomaisiin avun saamiseksi.
Celsiuksesta oli verraton apu. Ruotsalaisen luonnontieteilijän osallistuminen hankkeeseen saattoi tehdä Ruotsista entistä myötämielisemmän luvan suhteen. Celsius hoiti diplomaattisia suhteita Ruotsiin ja sai retkikunnalle hyväksynnän suorittaa mittaukset pohjoisessa. Hän myös hankki mittauslaitteita oleskellessaan Lontoossa.
Matkalla kohti pohjoista napapiiriä
Retkikunta lähti matkaan Pariisista 20. huhtikuuta 1736.
Ranskan pohjoisrannikolla Dunkerquen satamassa laivaan nousi oletettavasti innokas nuorten miesten joukko. 37-vuotiaan Maupertuis’n, 23-vuotiaan Clairaut’n ja 35-vuotiaan Celsiuksen lisäksi pohjoista kohti matkustivat tähtitieteilijät Charles Étienne Louis Camus (23), Pierre-Charles Le Monnier (21) ja retkikunnan vanhin, pappi Réginald Outhier (42).
Tiedemiesten lisäksi Pariisista lähti matkaan piirtäjä Antoine-Étienne d’Herbelot (25) ja sihteeri ja rahastonhoitaja Sommeraux sekä viisi palvelijaa – Tukholmassa palvelijoiden joukkoa kasvatettiin kahdella.
La Prudent -niminen laiva kuljetti retkikunnan Tukholmaan.
Mukaan oli pakattu retkikunnan kirjanpidon mukaan 300 pulloa punaviiniä, 40 pulloa valkoviiniä Kanarian saarilta, neljä tonnia hyvää olutta ja 210 pulloa paloviinaa.
Tukholmassa kuningas Fredrik I (1676–1751) otti retkikunnan vastaan. Kuninkaan maanmittareilta ranskalaiset saivat uusimmat kartat Pohjanlahden rannikoilta. Nämä kartat kuitenkin osoittautuivat käyttökelvottomiksi, kun matkalaiset huomasivat, että rannikon saaret olivat liian matalia mittauksiin.
Tarkkojen karttojen puute vaikeutti suunnitelmien tekemistä ennakkoon. Ratkaisevaa olikin paikallisten asukkaiden kokemusperäinen tieto alueesta.
Esimerkiksi Tornion pedagogion koulumestari Johan Wegelius (1693–1764) osasi kertoa, että Tornionjoki noudattelee meridiaania tarkemmin, mitä sen ajan karttoihin oli piirretty.
Ennen kohtaamistaan Wegeliuksen ja muiden torniolaisten kanssa retkikunta matkusti kuukauden päivät Ruotsin halki kohti kesäyön aurinkoa ja eksoottiselta vaikuttavaa napapiiriä.
Matka on kuvattu tarkasti pappi Outhier’n matkakirjassa Matka Pohjan perille (Journal d’un voyage au Nord, 1744, suomentanut Marja Itkonen-Kaila 1975). Seuraavaan karttaan on nostettu poimintoja matkan varrelta.
Matka Pariisista Tukholman kautta Tornioon kesällä 1736
Lähteet:
Filosofia.fi https://filosofia.fi/fi/ensyklopedia/newton-isaac ja https://filosofia.fi/fi/ensyklopedia/varhaismoderni-luonnonfilosofia
Markkanen, Tapio. “Maantieteellinen pituus – paikanmäärityksen vuosituhantinen haaste.” Teoksessa Maan muoto. Toim. Poutanen, Markku. Ursan julkaisuja 86. Jyväskylä, 2003.
Pekonen, Osmo. “Johdanto: Maan muotoa mittaamassa”. Teoksessa Maan muoto ynnä muita kirjoituksia Lapista. Toim. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, 2019.
Pekonen, Osmo. La rencontre des religions autour du voyage de l’abbé Réginald Outhier en Suède en 1736–1737. Lapin yliopistokustannus, Rovaniemi, 2010.
Terrall, Mary. Maupertuis. Maapallon muodon mittaaja. Suom. Osmo Pekonen. Väyläkirjat, Tornio, 2015 (alk. 2002).
Turunen, Tauno ja Kultima, Johannes. “Kreivi Pierre-Louis Moreau de Maupertuis, Lapin tieteellisten mittausten aloittaja”. Teoksessa Maan muoto. Toim. Poutanen, Markku. Ursan julkaisuja 86. Jyväskylä, 2003.