Kian TET-jakso tarjosi kokemuksen yliopiston matematiikan ja fysiikan toiminnasta

perjantaina 27. lokakuuta 2017 | Kia Vuorenhuhta | Ei kommentteja

Kia Vuorenhuhta, Pohjankartanon koulun 9-luokkalainen, oli viikon mittaisen TET-jakson Oulun yliopistossa. Sari Lasanen Sodankylän Geofysiikan observatoriosta toimi vierailun ohjaajana.

”Halusin, että Kia saa monipuolisen kokemuksen Oulun yliopiston matematiikan ja fysiikan toiminnsta”, kertoo Sari Lasanen. ”Järjestin TET-jakson ajaksi vierailuja eri tutkimusyksiköihin. Tutkijat Inversio-ongelmien huippuyksiköstä, tähtitieteeltä, nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksiköstä, avaruusfysiikalta, matematiikalta sekä tietenkin Sodankylän geofysiikan observatoriosta ottivat Kian innostuneena vastaan. Yksi tutkimustyön iloista on päästä jakamaan kertynyttä tietoa ja avata käytettyjä menetelmiä!”. TET- jaksoon sisältyi toki myös rupattelua tieteen tekemisen arjesta ja vähän erikoisemmistakin hetkistä.

Annetaan Kian itse kertoa lisää.

 

TET 9.-13.10.2017
Oulun yliopiston Matemaattisten tieteiden laitos
Kia Vuorenhuhta

Maanantai 9.10.

TET-jakson ensimmäisenä päivänä jännitti tulla töihin. Yliopisto on iso laitos, joten ensimmäisenä jännitti että menenkö edes oikeaan paikkaan sisään. Toki mielessäni oli jonkinlainen muisto siitä mistä piti kääntyä ja mihin, kun olin melkein viikkoa aiemmin käynyt samassa osoitteessa työsopimuksen täytön kanssa, mutta nyt se tuntui eriltä. Nyt oltiin oikeasti menossa tutustumaan työelämään.

Pääsin paikalle sisään yllättävän hyvin. Ala-aulassa piti melkein pysähtyä miettimään, kumpaa kahdesta rapun ovesta tulisi käyttää että pääsisin 3. kerrokseen, mutta päädyin kuitenkin loppujen lopuksi oikeaan paikkaan, samasta ovesta kuin edelliselläkin viikolla. Sen jälkeen jännitti että miten kävisi päivällä odottavien tehtävien kanssa. En ollut tavannut osastolta ketään muita kuin Sari Lasasen, Sodankylän Geofysiikan Observatorion tutkijan, joka toimi viikon ajan yhteyshenkilönäni, enkä myöskään tiennyt mitä minun olisi tehtävä ensimmäisen päivän kuluessa.

Saavuin Sari Lasasen toimistoon missä sain itselleni käytettäväksi koko viikon ajaksi oman työpöydän ja vanhan MacBook -läppärin. Sain myös alustavan lukujärjestyksen tehtävistä ja aiheista, joihin tulisin tutustumaan tulevan viikon aikana.

Ensimmäisenä päivänä oli vuorossa tähtitiedettä, tähtitieteen dosentti Pertti Rautiaisen kanssa. Hän opetti kuinka galakseja luokitellaan, ja miten niitä voidaan tunnistaa. Hän esitteli minulle sivuston galaxyzoo.org, josta löytyi paljon tietoa erilaisista galakseista ja “Classify” osio,  jossa näytölle ilmaantui kuva toisensa perään jonkinlaisesta galaksista, ja sen viereen erilaisia luokitteluvaihtoehtoja.

Sain kulutettua sivuston parissa aikaa ainakin tunnin verran, jonka jälkeen pidin ruokatauon. Sen jälkeen palasin takaisin tietokoneen ääreen, tällä kertaa laskemaan auringonpilkkuja. Pertti Rautiainen antoi minulle muutaman sivun pituisen kopion otsikolla ”Educational Activity”, jossa kerrottiin miten lasketaan kuvista auringonpilkkuryhmiä, yksittäisiä pilkkuja sekä niiden kahden luvun muodosta Wolfin numero, joka jaettuna 15 kertoo pilkkujen lopullisen määrän. Hän selitti miten homma hoituu, ja antoi ohjeeksi tehdä Excel-taulukkoa muistuttavan tiedoston, johon laskisin lokakuun 2017 ensimmäisen päivän viimeisen kuvan auringonpilkut, ja jatkaisin tiedostoa niin pitkälle kuin ehtisin, mennen ajassa aina yhden kuukauden verran taaksepäin.

Pilkkujen laskeminen ei ollut aivan helpoin tehtävä, sillä useimmissa kuvissa esim. pilkkuryhmien määrästä ei voinut olla aivan täysin varma, sillä jotkut niistä olivat niin pieniä että erottaminen oli hankalaa. Loppujen lopuksi siihenkin kuitenkin löytyi rutiini, ja pääsin ennen päivän loppumista vuoden 2012 loppuun asti.

Jossain vaiheessa kesken lasku-urakkaani, Pertti vei minut katsomaan postereita ja suuria julisteita joissa oli kuvia revontulista, planeetoista ja suurista teleskoopeista. Hän selitti miten auringonpilkkujen määrä liittyi revontulien ilmestymiseen, ja kertoi erilaisista teleskoopeista ja satelliiteista. Hän myös tutustutti minut Soile Kukkoseen, joka kertoi Marsiin liittyvästä tutkimuksestaan.

Ensimmäinen päiväni siis koostui lähinnä rauhallisesta ja itsenäisestä tekemisestä sekä erilaisiin tähtitieteeseen liittyviin aiheisiin tutustumisesta.

Tiistai 10.10.

Toisena TET-harjoittelun päivänä oli vuorossa inversio-ongelmiin tutustumista tutkijatohtori Markus Harjun kanssa. Hän selitti minulle yksinkertaisella menetelmällä mitä inversio-ongelmat oikeastaan ovat, miksi niitä tutkitaan ja mikä niissä kiinnostaa. Hän selitti, että inversio on lainasana suomenkieliselle sanalle ”käänteinen”, mikä tarkoitti siis sitä että inversio-ongelman periaatteessa yksinkertaisempi termi on käänteisongelma.

Suora ongelma tarkoitti sitä, että edettiin syistä seurauksiin, eli siis esimerkin avulla näin: jos henkilö pitää kädessään kynää ja pudottaa sen, kynä tipahtaa lattialle. Pudotus on syy, ja tippuminen on seuraus. Suorassa ongelmassa tutkitaan sitä, miksi kynä tippuu kun se pudotetaan.

Käänteisessä ongelmassa kyse on nimenomaan juuri päinvastaisesta asiasta. Sen tutkimisessa edetään seurauksista syihin, eli siis kun kynä on jo pudonnut, aletaan miettiä mikä on voinut olla tekijä siihen että se on alunperin pudonnut.

Markus Harju piirsi valkotaululle havainnollistavan kuvan siitä, mitä asioita inversio-ongelmiin yleensä liittyy, ja kuinka niitä lähdetään miettimään ja ratkaisemaan. Yhtälössä Ax= m, A on lineaarikuvaus/matriisi/forward mapping joka kuvastaa kuvaan piirrettyjä aaltoja ja säteilyä. x on tuntematon objekti, jota kohti aallot/säteily on kohdistettu, ja m on mittaustulos aalloista/säteilystä sen jälkeen kun ne ovat olleet kohdistettuna tuntemattomaan objektiin. Jos kuvaa lähtisi ratkaisemaan Ax = m yhtälöllä ajatellen sitä suorana ongelmana, tiedossa olisivat A ja x, ja m olisi tuntematon. Kun taas sitä ajattelee inversio-ongelmana, A ja m ovat tunnetut tekijät, mikä tekee x:stä tuntemattoman.

Hän kertoi myös kuinka inversio-ongelmat liittyvät esimerkiksi lääketieteelliseen kuvantamiseen, eli tomografiaan ja röntgensäteisiin. Hänen sanojaan suurinpiirtein seuraten, inversio-ongelmissa joutuu joskus käyttämään vaativampia tietokoneavusteisia menetelmiä esim. kuvantamisia ja tarkempia laskuja varten, mutta viimekädessä kaikessa on kyse vain perusmatemaattisista totuuksista ja yhtälönratkaisusta.

Myöhemmin tiistaina menin tapaamaan Emma Leppälää, joka esitteli minulle käytännössä hänen tämänhetkistä työtänsä. Hän työskenteli virtuaalisen oppimisympäristö Moodlen parissa, johon hän oli parhaillaan suunnittelemassa ja koodaamassa matemaattisia tehtäviä opiskelijoille, jotka liittyivät salausmenetelmiin ja niiden ratkaisuun. Hän selitti mitä salausmenetelmät oikeastaan ovat, kertoi mikä on Moodlen käyttötarkoitus ja antoi minun seurata kun hän jatkoi juuri tekeillä olleen tehtävänosan kehitystä, jossa hän teki koodia jotta ohjelma ymmärtäisi miten käsitellä tehtävään syötettyjä erilaisia vastauksia. Kertomansa mukaan Emma Leppälä piti nykyistä tehtäväänsä mukavana, mielenkiintoisena ja erilaisempana aikaisempiin töihin verrattuna.

Loppupäivänä myös haastattelin Sari Lasasta hänen ammatistaan ja siihen liittyvistä asioista, kuten koulutuksesta ja tietyistä vaatimuksista.

Keskiviikko 11.10.

Kolmantena päivänä pääsin tutustumaan Ilkka Virtasen johdolla ionosfäärifysiikkaan. Kummatkin sanat olin kuullut aikaisemmin, ionosfääri ja fysiikka, mutta niiden yhdistelmän tarkoitus jäi hieman pimentoon: mitä siis oli ionosfäärifysiikka? Ilkka Virtanen antoi siitä minulle hyvin yksinkertaisen kuvaelman – ionosfäärifysiikka on maan kaasukehän yläosan kerroksessa, eli ionosfäärissä, n. 60 – 1000km korkeudessa tapahtuvia fysikaalisia ilmiöitä, joita ovat esimerkiksi revontulet. Hän selitti hyvin avaavasti ja ymmärrettävästi omaa toimenkuvaansa PowerPoint -esitelmän avulla, ja katsoimme samalla kuinka analysoidaan EISCAT -dataa, eli dataa, joihin on tallentunut elektroni- ja ionikaikuja ionosfääristä. Ensin täytyy mennä eiscat.se sivustolle, jonka jälkeen ”Science” osiosta alaotsikkoon ”Schedule”, jonka takaa löytyy mittaustuloksia eri ajankohdista ja eri tutkista. Latasimme ja laitoimme analysoitavaksi GUISDAPilla yhden tiedoston sivustolta, jonka jälkeen Ilkka selitti mitä kaikkea tietokone oli ”erittänyt” datasta. Kaavoissa näkyi ensimmäisenä elektronien tiheys, sen jälkeen niiden lämpötila, ionien liikkumisnopeus ja viimeiseksi tutkan parametrit. Mitä korkeampi elektronien tiheys ionosfäärissä on, sitä helpompi esim. revontulia on nähdä. Korkeammalla kaasukehässä lämpötila voi nousta 2000-4000 asteeseen, mutta Ilkan sanoin siellä ei varmaankaan tule kovin lämmin, sillä se on eräänlainen tyhjiö. Mitä korkeammalle mennessä, sitä nopeampaa on myös ionien liike.

Itse analysoidun datan jälkeen tarkoitus oli katsoa EISCATin Madrigal -sivustolta jotain valmiiksi analysoituja datoja. Olimme päässeet jo Madrigalin sivustolle, mutta joidenkin mutkien kautta puheenaiheet siirtyivät erilaisista tutkista  niiden sijanteihin ja käyttötarkoituksiin, ja hyvin pitkään selvitykseen siitä mitä skintillaatio on. Ilkka Virtanen kertoi monta tarinanomaista kertomusta jotka liittyivät ionosfäärifysiikan tutkimukseen, joista eniten mieleenjäänyt oli seuraava: suomalainen ryhmä oli ollut menossa käyttämään tutkaa, jonka sijainti oli pohjoisessa Suomessa. Samana päivänä Venäjän armeija oli pitänyt ohjuskokeen, joka epäonnistui suunnilleen pohjoisen Norjan, Ruotsin ja Suomen päällä. Ohjuksesta pääsi ilmakehään jonkinlaista vihreää savua, ja jotkut ihmiset saivat siitä hepulin. He alkoivat lähetellä tutkalla olleen ryhmän johtajalle sähköposteja uskomatonta tahtia, kysellen, miten on mahdollista, että tutkalla saatiin aikaan tuollainen. Venäjän armeija jopa ilmoitti, että kyse oli heidän epäonnistuneesta ohjuskokeesta, mutta ihmiset eivät ottaneet sitä uskoakseen. Heiltä vain jäi tiedostamatta se asia, että koko tutkaa ei edes ollut laitettu päälle ennen ohjuskoetta.

Katsoimme myös muutaman Youtube-videon aiheesta ”coronal mass ejection”, jossa Auringon koronasta purkautui suuria määriä massaa kerralla, joka näytti melkein siltä, ettei se olisi voinut olla oikea tapahtuma. Ennemminkin jokin kohtaus jostain sci-fi elokuvasta.

Myöhemmin samana päivänä menin tutustumaan yliopiston Cosmic Rays Groupiin, eli kosmisen säteilyn tutkimusryhmään. Sain tehtäväksi tutustua ryhmän jäseniin, kysellä heiltä mitä he tekevät ja mitkä ovat heidän erityisosaamisensa, jonka jälkeen minun kuuluisi kirjoittaa ryhmästä ja kaikista jäsenistä yleisellä tasolla pienimuotoinen esitelmä, jonka voisi julkaista ryhmän nettisivuilla. Minulle annettiin myös mahdollisuus suunnitella uudenlainen HTML – pohja tälle esittelysivulle, ja lupasin katsoa asiaa.

Torstai 12.10.

Torstaina vietin suurimman osan ajastani Pyramidissa. Pyramidi on Oulun Yliopiston pieni pyramidinmuotoinen varastorakennus, joka löytyy muutaman sadan metrin kävelyn päästä Puulinnankadulta.  Olin tietoinen Pyramidin olemassaolosta, ja tiesin sen sijainnin, mutten ollut koskaan käynyt siellä – kuten ei varmasti kovin moni muukaan. Nyt kuitenkin pääsin sinne yliopiston seismologisen osaston Jari Karjalaisen kanssa, tutustumaan geofyysisiin mittauslaitteisiin eli seismografeihin, ja siihen, kuinka niitä puhdistetaan. Torstain aikana kävelymatkoja kertyi melko kiitettävä määrä, muutaman kerran koko yliopiston päästä päähän sekä vielä 2 kertaa matka Pyramidille ja takaisin.

Jari Karjalaisen kanssa juteltua tuli melko monesta aiheesta jotka enemmän tai vähemmän liittyivät fysiikkaan ja matematiikkaan. Puhuimme mm. koulunkäynnistä ja suomalaisesta opetussuunnitelmasta, kuten myös shakista ja potenssien ihmeellisyydestä. Keskiviikkona Ilkka Virtanen oli kertonut minulle tarinoita, mutta torstaina oli Jarin vuoro. Hän mainitsi jo heti ennen kuin kertomus oli alkanut, että seuraava tarina ei olisi totta, mutta oli se kuitenkin hyvä tarina. Kertomus meni jotakuinkin näin: kaukaisessa idässä eli kerran yksi vanha kuningas, ja hänellä oli melkoisen tylsää. Hän sanoi täkäläiselle keksijälle että tuon pitäisi kehitellä hänelle jokin peli, jonka avulla hän pystyisi kuluttamaan aikaansa. Keksijä otti pyynnön vastaan, ja jonkin ajan kuluttua palasi kuninkaan luo shakkilaudan kanssa. Kuninkaan mielestä shakki oli mahtava peli, ja hän piti siitä oikein kovasti. Ollessaan niin mielissään uudesta ajanvietteestä, hän sanoi keksijälle; ”Kiitoksena tästä pelistä, saat itse määritellä itsellesi sopivan palkkion.” Keksijä mietti asiaa hetken aikaa, kunnes ehdotti kuninkaalle seuraavaa: hän asettaisi shakkilaudan ensimmäiselle ruudulle  kaksi riisinjyvää, ja jokaisella ruudulla riisinjyvien määrä kasvaisi potenssilla kahteen. Ensimmäisellä ruudulla olisi siis kaksi jyvää, toisella neljä, kolmannella kahdeksan, neljännellä 16, viidennellä 32, ja niin edelleen. Kuningas päätti suostua ehdotukseen, sillä olihan hän sanonut että keksijä saa itse määritellä palkkionsa, ja koska hän ajatteli ettei riisiä loppujen lopuksi edes olisi niin paljon, koska aloitusmäärä oli vain kaksi jyvää. Shakkilaudassa on kuitenkin 64 ruutua, joten loppujen lopuksi riisin määrä olisi ~18446744073709552000 jyvää, mikä tarkoittaa niin suurta määrää riisiä että se vastaisi koossaan Mount Everestiä.

Kaiken muun lomassa sain myös tietää minkälaisia erilaisia seismografeja on olemassa, ja mihin eri tarkoitukseen niitä käytetään. Yksikomponenttiset seismografit eivät ole yhtä tarkkoja ja herkkiä kuten esim. kolmekomponenttiset, ja niitä käytetään vain maan poikittaisen värähtelyn tunnistukseen. Kolmekomponenttiset taas ovat herkempiä, ja ne havaitsevat myös pitkittäistä värähtelyä.

Noin puoli kahden aikaan Ilya Usoskin yliopiston kosmisen säteilyn ryhmästä tuli myös Pyramidille voidakseen esitellä Pyramidin yläkerrassa olevia kosmisten säteiden tutkia/monitoreja. Neutronimonitorit olivat olleet toiminnassa jo monta vuosikymmentä, ja muon-monitorit olivat alunperin olleet Pyhäsalmen kaivoksella käytössä, ennen kuin ne oli tuotu Pyramidiin.

Tämän jälkeen menimme Jarin kanssa ulos kokeilemaan käytännössä miten yksikomponenttiset seismografit havaitsevat liikettä. Samalla kun olimme pihalla ja olimme asettaneet tutkat maahan, ohikulkeva nainen pysähtyi kysymään mitä oikein olimme tekemässä, ja mitä Pyramidissa ylipäätänsä oli sisällä, sillä hän oli miettinyt sitä usein asuessaan saman tien päässä. Jari selitti hänelle kaikesta mitä Pyramidissa tehtiin.

Hänen lähdettyään hypimme seismografejen vieressä aivan lähellä, sitten vähän kauempana, ja sitten taas vielä vähän kauempana. Sitten veimme ne sisälle, ja katsoimme tietokoneelta miltä seismografejen havaitsema liike tuon kokeen aikana näytti käyrissä.

Sen jälkeen lähdimme Jarin kanssa kokonaan Pyramidilta, ja menin itse Ilyan toimistoon, jotta pystyin näyttämään hänelle mitä olin kirjoittanut hänen ryhmästään ja mitä olin loppujen lopuksi keskiviikkoiltana tehnyt nettisivun koodille. Pari juttua sain korjattavaksi itselleni, ja hoidin ne samana iltana kotona, jonka jälkeen lähetin koko koodin Ilyalle sähköpostilla.

Torstai oli sisällöllisesti melko erilainen muista päivistä, mutta yhtälailla todella mukava!

Perjantai 13.10.

Perjantaina, eli koko TETin viimeisenä päivänä, saavuin töihin vähän aikaisemmin kuin muina aamuina, Sarin pyynnöstä. Heti ensimmäisenä menin tapaamaan Leena Ruhaa, joka kertoi minulle sovelletusta matikasta, tilastotieteestä ja Bayesin teoriasta ja ajattelutavasta. Hän kertoi omasta väitöskirjastaan ja siitä miten sellaista lähdetään tekemään, ja esitteli muuta aikaisempaa työtään minulle. Hän selitti kuinka hän itse lähti alunperin opiskelemaan soveltavaa matikkaa ja kirjoitti väitöskirjansakin siitä, mutta kuinka hänen nykyiseen työnkuvaansa kuului paljon tilastotieteellisiä aspekteja, ja yleisellä tasolla siitä mitä erilaiset matemaatikot tekivät työssänsä. Hän antoi minun selailla hänen väitöskirjaansa sekä kirjoja joita hänellä oli Bayesin teoriasta. Leena Ruha oli oikein mukava ja selitti hyvin asiallisesti ja innokkaasti toimenkuvastaan ja kertoi oikein kattavasti matematiikan opiskelusta yliopistovaiheessa.

Tämän tapaamisen jälkeen palasin Sarin toimistoon parantelemaan ja jatkamaan näitä tekstejä edellisiltä päiviltäni, kunnes taas koitti ruokatauon paikka ja sen jälkeen lähtö yliopiston Nanomon laboratorioon. Nanomo, eli nano ja molekyylisysteemien osasto, oli paikka jossa korjailtiin ja hienosäädettiin kaikenlaista tekniikkaa jota käytetään vaikka minkälaisessa tieteentekemisessä. Tänään paikalle mentäessä labrassa oli paikalla monen monta henkilöä, ja kaiken keskipisteenä oli suuri klusterikone. Kertoman mukaan se on lähdössä ensi viikolla tutkijoiden mukana Ranskaan. Itse pääsin irroittelemaan pultteja ja pulttivastuksia erilaisista rakennelmista Paavo Turusen johdolla, ja myös vaihtamaan toisen renkaan klusterikoneeseen. Kävin myös kiertämässä yliopistoa ympäri Turusen kanssa, kun kävimme hakemassa yliopiston työpajalta Nanomoon tilatut pari metalliosaa, ja kun lähdimme myöhäiselle lounastauolle. Turusen kanssa tuli myös juteltua enemmän kaikesta muusta kuin juuri siitä asiasta mitä Nanomossa tehtiin, kuten esim. norjalaisesta sarjasta Skamista, ja hauskaa oli enemmän kuin tarpeeksi.

Nanomossa ei mitään hirveän tieteellistä ja teoreettista tullut tehtyä tai opittua, mutta itse tekeminen ja seuraaminen oli aidosti mukavaa, mielenkiintoista ja hauskaa, vaikka labrassa meinasikin olla hieman ahdasta, kunnes lopuksi siellä ei ollut paljon muita jäljellä kuin minä ja Turunen.

Kaiken kaikkiaan, tämä kulunut viikko on ollut parempi TET-viikko kuin mitä voisi edes toivoa. Olen saanut aivan korvaamattomia mahdollisuuksia tutustua niin moniin eri tieteen osa-alueisiin, ja nähdä niin monia eri paikkoja yliopistolla, joita jotkut siellä töissä olevatkaan eivät ole nähneet. Tämä on sellainen asia, jota kelpaa muistella vielä aikuisenakin.

-Kia Vuorenhuhta


Kia Vuorenhuhta

Ei kommentteja artikkelille “Kian TET-jakso tarjosi kokemuksen yliopiston matematiikan ja fysiikan toiminnasta

Kirjoita kommentti