Suomen voimakas panos varhaiseen sääsatelliittitutkimukseen

Joskus satelliittimeteorologian isäksikin kutsuttu Verner Suomi (1915-1995) oli, kuten hänen nimestäänkin on pääteltävissä, sukuperältään suomalainen. Hän oli pioneeri sääsatelliittien mittauslaitteistojen kehittämisessä. Tässä tutustumme Verner Suomeen ja hänen aikaansaannoksiinsa. Teksti perustuu hiljattain julkaistuun Verner Suomen urasta kertovaan artikkeliin BAMS-julkaisussa (Lewis ja muut, 2010).

Verner Suomi

Verner Suomen vanhemmat muuttivat Yhdysvaltoihin Suomesta vuonna 1902. Hänen vanhempansa (John E. ja Anna Emilia Suomi) olivat kotoisin Ahvenanmaalta. Hänen äidillään (o.s. Sundquist) oli ruotsalaiset sukujuuret. Yhdysvalloissa he asettuivat Evelethiin, pieneen kaivoskaupunkiin Minnesotassa. Kotona Verner Suomen vanhemmat puhuivat seitsemälle lapselleen (kaksi poikaa ja viisi tyttöä) ruotsin kieltä ja lapset vastasivat heille englannin kielellä. He asuivat omakotitalossa ja heillä oli tarpeeksi maata viljeltäväksi omia ruokatarpeita varten. John Suomi työskenteli paikallisessa kaivoksessa puuseppänä. Hän teki pitkiä työpäiviä eikä siksi ehtinyt eikä jaksanut viettää paljoa aikaa lasten kanssa. Siksi Vernerin veli Anard, joka oli yhdeksän vuotta Verneriä vanhempi, tavallaan oli Vernerille kuin isä. Koulussa Verner Suomi piti erityisesti kaikenlaisista käden taitoja edistävistä aineista, kuten puutöistä ja koneiden rakentelusta sekä korjauksesta. Hän osallistui myös koulun rakentelukerhoihin, kuten radiokerhoon. Hän harrasti myös kotona kaikenlaista rakentelua.

Lukion jälkeen Verner Suomi meni töihin työttömille tarkoitettuun Civilian Conservation Corpsiin (Rooseveltin
työllisyysohjelma), joka lähetti työmiehiä kaikenlaisiin töihin, kuten puiden istutukseen ja tienrakennukseen. Suomi työskenteli työleirillä Minnesotan Orrissa tehden korjauksia mekaanisiin laitteisiin ja sähkölaitteisiin. Suomen esimies työleirillä auttoi Suomea saamaan stipendin opettajaopistoon. Siellä Suomi kiinnostui kemiasta ja opistosta valmistuttuaan työskentelikin yläasteen kemian opettajana muutaman vuoden.

Vuonna 1941 Suomella oli pelko joutua mukaan toiseen maailmansotaan. Sitten hän kuuli Kalifornian yliopiston professorin Carl Rossbyn kertovan radiossa Suomen koulutustaustaan sopivasta meteorologin koulutusohjelmasta. Suomi haki ja pääsi mukaan ohjelmaan. Hän tosin ei ollut alunperin kiinnostunut meteorologiasta vaan haki koulutusohjelmaan välttääkseen joutumasta sotaväkeen. Koulutusohjelma oli lyhyt (9 kk) ja vaativa. Suomi ei aluksi menestynyt kovin hyvin, mutta tilanne muuttui nopeasti hyvien opettajien avulla.

Suomi alkoi avustaa Kalifornian yliopiston radiosondilaboratoriossa. Radiosondeja lähetetään säähavaintopalloissa säähän liittyvien asioiden mittaamiseksi. Suomi kunnostautui radiosondien korjaajana. Koulutusohjelman päättyessä Suomi oli jo alkanut kiinnostua meteorologiasta ja erityisesti siihen liittyvästä havainnoinnista. Hän oli myös parantanut menestymistään koulutuksessa ja niin hänelle tarjottiin opettajan paikkaa Chicagon yliopiston meteorologian instituutissa. Suomi hyväksyi tarjouksen neuvoteltuaan sieltä ensin myös työpaikan vaimolleen Paulalle.

Suomen ensimmäinen tutkimusprojekti koski radiosondien lähettämän datan vastaanottotekniikan kehittämistä helposti kannettavaksi malliksi. Senaikaisen vastaanottotekniikan kuljettaminen vaati kuorma-autoa, joten helposti kannettavan mallin kehittäminen oli tärkeää. Rahoitusta hankkeelle hakiessaan Suomi lupasi sovittaa vastaanottotekniikan matkalaukkuun. Hankkeen rahoitus järjestyi erinomaisen hyvin, sillä hanketta rahoittamaan lähtenyt armeija nosti pyydetyn budjetin kymmenkertaiseksi. Kahden meteorologin ja kahden avustajan auttamana Suomi onnistui hankkeessa – tosin matkalaukkuja tarvittiin kaksi yhden sijasta Suomen oman kertomuksen mukaan.

Suomi kiinnostui tuulennopeuden mittaamisesta 1940-luvun puolivälissä, kun radiosondien vastaanotinprojekti alkoi olla lopuillaan. Oliver Wulf kertoi ideastaan, jossa tuulennoupeutta mitataan lähettämällä ääntä ilmakehään ja mittaamalla äänennopeuden vaihteluita. Wulf oletti, että äänen nopeus muuttuu sen kulkiessa myötä- tai vastatuuleen. Suomi alkoi tutkia asiaa. Laboratoriotutkimuksissa selvisi pian, että tuulennopeuden mittaaminen tällä tavalla on mahdollista. Menetelmän avulla pystyi periaatteessa mittaamaan niinkin uskomattoman alhaista tuulennopeutta kuin yksi metri tunnissa ja tämä saatiin aikaan 1940-luvun aikaisilla laitteilla, joita Suomi itse kuvaili myöhemmin ”antiikkisiksi”. Tästä tutkimustyöstä syntyi sitten ensimmäinen toimiva äänennopeuteen perustuva tuulennopeuden mittari (ns. ultraääni-anemometri).

Ultraääni-anemometrillään Suomi alkoi tutkia turbulenssiä maissipellon päällä ja teki tästä aiheesta tohtorin väitöskirjansa. Ensin hän kuitenkin vaihtoi työpaikkaa ja lähti Wisconsinin yliopistoon apulaisprofessoriksi. Siellä hän alkoi sitten tutkia maissipellon lämpöbudjettia. Hän tutki minkäsuuruisia eri lämpövirrat (esim. latentti lämpövirta) pellon yläpuolella ovat. Tämän työn yhteydessä hän kehitteli ja paranteli myös muita mittalaitteita esimerkiksi haihdunnan määrän mittaamiseen. Suomi teki aiheesta tohtorin väitöksensä vuonna 1953.

Tässä vaiheessa oli jo tehty rakettikokeita, joista oli tarjolla kuvia ilmakehästä. Suomi alkoi miettiä mahdollisuutta varustaa avaruusaluksia mittalaitteilla. Hän alkoi kehitellä anturia, jolla voisi mitata maapallon ilmakehän säteilytasapainoa avaruudesta käsin. Hän sai rahoituksen tälle tutkimusprojektille vuonna 1957. Anturin rakenteeseen kuului kaksi onttoa hopeoitua palloa, jotka olivat suunnilleen pingispallon kokoisia. Tämän laitteen käyttöä nimitettiinkin myöhemmin ”ping-pong kokeeksi”. Pallojen pyöreä muoto mahdollisti anturin toiminnan avaruusaluksen asennosta huolimatta (tosin Suomi joutui muuttamaan toteutuksen puolipalloksi, joka saatiin peilin avulla näyttämään koko pallolta mitattavan säteilyn näkökulmasta). Toinen palloista oli maalattu mustaksi, jotta se heijastaisi vain vähän säteilyä sekä näkyvän valon että infrapunan aallonpituuksilla. Toinen palloista oli vastaavasti maalattu valkoiseksi, joten se heijasti näkyvää valoa voimakkaasti, mutta infrapunaa sekin heijasti vain vähän. Suomen mukaan musta pallo ”näkisi” kaikki kolme säteilytasapainoon liittyvää komponenttia (auringonvalon, maapallon lämpösäteilyn sekä maapallon heijastaman auringonvalon) kun taas valkoinen pallo näkisi vain maapallon lämpösäteilyn. Suunnittelun myöhemmässä vaiheessa Suomi päätti lisätä kaksi lisäpalloa, joissa oli erilaiset pinnoitteet siten, että toinen pallo heijasti voimakkaasti sekä näkyvää valoa että infrapunaa ja toinen pallo heijasti voimakkaasti infrapunaa mutta vain vähän näkyvää valoa. Näiden kahden lisäpallon heijastusominaisuudet olivat siis päinvastaiset alkuperäisiin mustaan ja valkoiseen palloon verrattuna.

Parin epäonnistuneen yrityksen jälkeen Suomen mittalaite saatiin vihdoin ammuttua maata kiertävälle radalle Explorer VII -satelliitissa vuonna 1959. Satelliitissa ei ollut datan tallennusominaisuuksia, joten data piti vastaanottaa lukuisilla maa-asemilla satelliitin lentäessä niiden yli. Tämän takia Neuvostoliitossa pystyttiin myös vastaanottamaan satelliitin mittausdataa ja siellä julkaistiinkin aiheesta rinnakkaistutkimus. Suomi ja hänen opiskelijansa keräsivät mittausdataa 1960-luvulla ja määrittelivät maan albedon (eli heijastuskyvyn) niiden perusteella (ja saivat tulokseksi 30 %). Tämä oli ensimmäinen kerta, kun maan albedo pystyttiin määrittämään maapallon ulkopuolisen datan perusteella. Aiempia albedon määrityksiä vaikeutti globaalin pilvipeitteen puutteellinen tuntemus.

Suomi työskenteli myös satelliittien valokuvaustekniikoiden kehittelijänä. 1970-luvulta eteenpäin hän työskenteli Aurinkokunnan tutkimuksen parissa ja oli päätutkijana projekteissa, joissa tutkimussatelliitteja lähetettiin Venukseen, Merkuriukseen, Jupiteriin ja Saturnukseen. Eläkepäivillään Verner Suomi jatkoi kaikenlaisten laitteiden kehittelyä – viimeisimpänä lämpövuon mittalaite meren ja ilmakehän rajapinnalle. Hän kuoli sydänkohtaukseen 79-vuotiaana vuonna 1995. Hän oli arvostettu tutkija ja sai monia tiedepalkintoja.

Lähde: Lewis, John M., David W. Martin, Robert M. Rabin, Hans Moosmüller, 2010: Suomi: Pragmatic Visionary. Bull. Amer. Meteor. Soc., 91, 559-577, doi: 10.1175/2009BAMS2897.1. [tiivistelmä, koko teksti]

Lisätietoa: Verner Edward Suomi – The Father of Satellite Meteorology