Katuoja

Olen hieman jäljessä Gunnmin suomennosten lukemisessa, mutta eivätpä pari aiempaakaan kirjoitustani tieteestä sarjakuvissa käsitelleet erityisen ajankohtaisia julkaisuja. Tässä siis joitain Gunnm 2: Rautaneitoa koskevia huomioita.

Gunnm on Yukito Kishiron tieteissarjakuva, jossa kyborgi nimeltä Gally seikkailee dystopisessa kaukaisen tulevaisuuden maailmassa. Sarja sisältää runsaasti äärimmäistä ja fysiologisesti äärimmäisen epätodennäköistä kehonmuokkausta kyberneettisillä osilla, puhumattakaan sitten Newtonin liikelakeja rikkovista taistelukohtauksista, mutta koko konseptin olennaisina osina nämä menevät epäuskon vapaaehtoisen hillitsemisen piikkiin. Toisin kuin aiemmin, en tullut nyt valittamaan vähäistä tieteellistä asiantuntemustaan liian pitkälle venyttävistä sarjakuvantekijöistä, vaan tuomaan esille yleisesti ottaen hyvin huolettomasti todellisuuden lainalaisuuksiin suhtautuvasta sarjakuvasta löytyvää tieteellistä ihmettä, vaikkakin toistaiseksi täysin hypoteettista sellaista.

Gunnm elää synkässä ja rähjäisessä Rautakaupungissa, jonka yllä leijuu toinen kaupunki nimeltä Salem. Salem on ankkuroitu jättimäisillä kaapeleilla Rautakaupungin ylle, mutta sitä ilmassa pitävä voima ei ole aivan ilmeinen. Sarjan toisessa pokkarissa asia selitetään ohimennen. Gallyn romanttisen kiinnostuksen kohde Yugo kertoo isoveljestään, joka haaveili matkustavansa jonain päivänä Salemiin. Takaumassa isoveli kuvaa Salemia näin:

Veikkaanpa, että Salem riippuu akselin varassa. Se pitää kaupungin ilmassa. Akseli ulottuu kaiketi ilmakehän yläpuolelle. Se kiertää planeetan keskipistettä täsmälleen oikealla nopeudella, jottei putoa maahan eikä loittone avaruuteen.

[…]

Luulenpa muuten, että akselin toisessa päässä on Salemin pari… avaruuskaupunki.

Kappale, joka kiertää planeetan keskipistettä putoamatta maahan ja loittonematta avaruuteen on yksinkertaisesti sanottuna pysyvällä kiertoradalla. Toisin sanoen Salem on satelliitti. Salemilla on lisäksi se erityisominaisuus, että se pysyy koko ajan saman maanpäällisen pisteen yläpuolella. Tämä tarkoittaa, että Salem on ns. geostationäärinen satelliitti.

Legendaarinen tieteiskirjailija Arthur C. Clarke — muiden muassa — kehitti aikoinaan geostationäärisen satelliitin idean tietoliikennettä varten. Geostationäärisen radan käyttö tähän tarkoitukseen on avaruustekniikan mitta-asteikolla jo rutiinia, mutta Gunnmin Salem edustaa huomattavasti kunnianhimoisempaa ja vaikeammin toteutettavaa sovellusta. Salemia ja sen vastakappaletta, avaruuskaupunkia, yhdistävä akseli mahdollistaa tavaran kuljettamisen kiertoradalle, ylös maapallon painovoimakuilusta, ilman kemiallista polttoainetta kuluttavien rakettien tai vastaavien kantolaitteiden apua. Massan siirrosta maan pinnalta kiertoradalle tällaisella avaruushissillä tulee lähes ilmaista, jos siihen yhdistetään massan laskeminen kiertoradalta alas, esimerkiksi asteroideista louhittujen raaka-aineiden jalostamista varten. Lisäksi kiertoradalta riippuvan akselin varassa leijuva kaupunki vain näyttää aivan hillittömän makealta.

Salemin kaltainen rakennelma tietenkin poikkeaa melkoisesti olemassaolevista geostationäärisistä satelliiteista. Karkeasti ottaen kuitenkin fysiikka on sama: Kun kappale kiertää Maata n. 35 786 km:n korkeudella, sen kiertoaika on sama kuin alla olevan maanpinnan. Salem-rakennelma ei tietenkään voi olla kauttaaltaan kyseisellä etäisyydellä maanpinnasta, mutta oleellista on se, että sen painopiste on oikealla radalla. Koska painovoima on sitä pienempi, mitä korkeammalla ollaan, Salem-rakennelman massakeskipisteen — joka sijaitsee akselin puolivälissä, mikäli päissä olevat kaupungit ovat saman kokoiset — tulee olla jonkin verran geostationääristä rataa korkeammalla. Helppoa, vai mitä?

Vaikeaksi asian tekee vain se, että todellisuus ei noudata ideaalisia malleja. Varsin perusteellisesti olosuhteet sotkee se, että suuri osa Salem-rakennelmasta on ilmakehän sisällä. Pidemmän päälle rakennelmaan kohdistuva ilmanvastus kuluttaa sen liike-energiaa, mikä saa sen putoamaan vähitellen kiertoradaltaan. Lisäksi tietenkin hetkelliset sääolosuhteet tekevät järjestelmästä epävakaan. Rautakaupunkia ja Salemia yhdistävien kaapelien on ehkä tarkoitus auttaa tämän ongelman ratkaisemisessa, mutta radalla pysymiseen tarvitaan epäilemättä myös työntömoottoreita.

Eikä varmaankaan edes kannata ajatella sitä, millaisista materiaaleista rakennelma on tehty. Pelkkään taipuisaan kaapeliin perustuva avaruushissi vaatii suurempaa vetolujuutta kuin mitä nykyisillä valmistusmenetelmillä pystytään saavuttamaan, ja Salemin akseli näyttää olevan satoja metrejä paksu…

Mutta voimme silti unelmoida, ja se, että Gunnm omalta osaltaan auttaa siinä, on hieno juttu.

Tagit: manga, tiede.

Aiempi kolumnini tieteellisistä virheistä Yukinobu Hoshinon sarjakuvassa 2001 Nights nostatti vastalauseita kahdessa Katuojan lukijassa, jotka valitettavasti rohkenivat esittää kommenttinsa ainoastaan yksityisesti. Referoin nyt nämä kommentit ja annan niihin vastineeni johdantona seuraavalle ansiokkaan sarjakuvan ylianalysoinnilleni.

Ensimmäinen kommentti koski yleisesti ottaen tapaa, jolla käsittelin 2001 Nightsia: Ei sitä ole tarkoitettu luettavaksi tuolla tavalla. Olen tästä eri mieltä. Minusta Hoshino on ottanut tieteelliset näkökohdat hyvin vakavasti: Niiltä osin, mistä hänellä on selvästi ollut käytettävissään taustatietoa, hän on esittänyt asiat sangen pikkutarkasti kuvituksessaan ja selittänyt ideat perusteellisesti tekstiosuuksissa. Uskon, että hän ei olisi tietoisesti tehnyt niin helposti korjattavia virheitä asioissa, joiden esittäminen siten, kuin hän ne esitti, ei ollut välttämätöntä juonen kannalta. Mutta jospa kuitenkin oletetaan, että 2001 Nightsia ei ole tarkoitettu luettavaksi sillä tavalla, luonnontieteellisiä näkökohtia kriittisesti tarkastellen. Siinäkin tapauksessa ongelma on jokseenkin sama, kuin minkä edellisessä kolumnissani esittelin: Sarjakuvien maailmasta ei löydy yhtä vakavastiotettavaa tieteisfiktiota kuin proosasta. Ei löydy mitään, mikä olisi tarkoitettu luettavaksi sillä tavalla. Ja syy on selvä. “Kyllä minä pystyisin, mutta minä en vain halua”, sanovat yhtä uskottavasti nikotinisti, jota kehotetaan lopettamaan paha tapa, ja sarjakuvantekijä, jota pyydetään ratkaisemaan massa-energiaekvivalenssin yhtälö.

Toinen kommentti koski lausetta: “‘Vaimean gammasäteilyn’ sijasta antimateriakappaleen pinnan pitäisi olla valaistu kuin urheilustadion.” Tämä antoi sen virheellisen vaikutelman, että tarkoitin sähkömagneettista säteilyä näkyvän valon aallonpituuksilla. Tarkoitukseni oli kuitenkin vain kuvata säteilyn kokonaistehon suuruutta, ei sen aallonpituutta. Valo ja sähkömagneettinen säteily menevät käsitteinä iloisesti sekaisin alan kielenkäytössä, kun ei tarvitse välittää ihmisen silmän fysiologisista oikuista. Insinöörien tiedetään jopa valaisevan asioita radioaalloilla, mikä ei siis ole, maallikoille tiedoksi, sama asia kuin se, että käytetään kännykän näyttöä taskulamppuna.

Jos kuitenkin eräs asia maallikonkin pitäisi valosta ymmärtää sekaannuksetta, niin se on jotain sellaista, mitä Alan Moore ei voi meille opettaa. Moore on ehkä kaikkien aikojen paras sarjakuvakirjoittaja, mutta luonnontieteilijänä hän on… ehkä kaikkien aikojen paras sarjakuvakirjoittaja. Hieman hankalaksi asian tekee se, että hän on selvästi hyvin innostunut tieteestä. Vaikka hän onkin takkutukkainen ja -partainen hörhö, joka täysin tyytyväisenä palvoo villasukasta tekemäänsä jumalaa, hän ilmeisesti kuitenkin arvostaa tiedettä tapana ymmärtää asioita. Se ei silti tarkoita, että Alan Moore itse ymmärtäisi niitä asioita.

Yksi suosikeistani Mooren Tomorrow Stories -antologialehdessä oli Jack B. Quick, jossa pieni maalaispoika joutui kommelluksiin hillittömien tiedekokeilujensa takia. Jack B. Quick on kiistatta sarjakuva, jota ei ole tarkoitus lukea sillä tavalla. Paikkansapitävien tieteellisten faktojen noukkiminen fiktion seasta olisi pyrkimys, jota en suosittelisi kenellekään, ja johon kovin moni ei varmastikaan ole ainakaan tietoisesti hairahtunut. Silti yksi tarina on jäänyt erityisesti mieleeni siksi, että Moore näyttää tehneen siinä aidon, perustavanlaatuisen virheen, joka on saattanut vääristää hyvin valitettavalla tavalla lukijoiden käsitystä valon luonteesta.

Tomorrow Storiesin numerossa 2 julkaistussa tarinassa “The Unbearableness of Being Light” Jack B. Quick huolestuu oivaltamastaan mahdollisuudesta, että valon kulkureitin mutkat eivät aiheudukaan voimakkaista gravitaatiokentistä, vaan juopuneisuudesta. Tämän takia Jack auttaa poliisimies-Peteä pidättämään huomattavaa ylinopeutta kulkevan valon. Kun poliisi ei onnistu saamaan pidätetyltä valolta lausuntoa, Jack kertoo keksineensä keinon:

“You see, sound is the same stuff as light, but at a longer wavelength! This light-squeezer that I just patented will stretch it out until we can hear it!”

Tämä idea on perinpohjaisesti virheellinen. Ääni on aineessa aaltomaisesti etenevä mekaaninen häiriö, ja puhuttaessa äänestä yleisessä kielenkäytössä tämä häiriö on ilmanpaineen muutos. Valo, tai siis sähkömagneettinen säteily, sen sijaan voidaan käsittää sekä aaltomaisesti etenevänä häiriönä sähkömagneettisessa kentässä että sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkasina, fotoneina. Molemmille tulkintatavoille on yhteistä se, että toisin kuin ääni, jonka liike on aina suhteellista sitä kuljettavaan väliaineeseen nähden, valo kulkee myös tyhjiössä, ja aina havainnoijan liiketilasta riippumattomalla nopeudella. Suihkukone voi kiriä kiinni itse aiheuttamansa äänen, mutta avaruusalus jää omasta valostaan aina jälkeen valonnopeudella.

Jos viimeisen vuosisadan, tai oikeastaan 120 vuoden tieteellisistä edistysaskelista pitäisi ihmisen mitään asioita ymmärtää, niin tämä on ehdottomasti yksi: Ääni ja valo eivät ole samaa tavaraa.

Tähdentäisin myös, että vaikka äänen aallonpituudet (ihmisen kuulemille taajuuksille ilmassa 1,7 cm – 17 m) ovat pidempiä kuin näkyvän valon aallonpituudet (400 nm – 700 nm), sähkömagneettista säteilyä esiintyy käytännössä kaikilla mahdollisilla aallonpituuksilla. Äänen aallonpituuksia vastaava sähkömagneettinen säteily sisältyy VHF- ja UHF-aaltoihin, joita käytetään TV-ja radioliikenteessä.

Jack B. Quickit ovat tietenkin vain humoristista viihdettä, ja asiavirheiden huomaaminenkaan ei estä nauttimasta niistä. En kuitenkaan voi olla miettimättä, kuinka paljon suurempi saavutus olisi sellainen sarjakuva, joka esittää luonnontieteellisiä ihmeellisyyksiä yhtä nokkelasti ja hauskasti kuin Jack B. Quick, mutta tekee sen syyllistymättä karkeisiin asiavirheisiin.

Tagit: manga, tiede.

Sisältää spoilereita Yukinobu Hoshinon sarjakuvasta 2001 Nights Vol 1.

Sarjakuva on kovan tieteisfiktion esittämisessä jotakuinkin yhtä rajoittunut väline kuin elokuva. Visuaalinen ilmaisu soveltuu ihmeen tunnun luomiseen, mutta tieteiskonseptien käsittely onnistuu tehokkaimmin proosassa. Harva tieteissarjakuva kuitenkaan pääsee edes lähelle täyttä potentiaaliaan, koska sarjakuvantekijät eivät juurikaan ymmärrä luonnontieteiden päälle. Asia nyt vain on niin, että Arthur C. Clarken tarinoissa ei käytetä Warren Ellisin keksimää teknologiaa, vaan päinvastoin.

Clarken Avaruusodysseian ja Tuhannen ja yhden yön tarinat yhdistävä 2001 Nights on yksi parhaista lukemistani tieteissarjakuvista, mutta sen luoja Yukinobu Hoshino ei myöskään näytä tietävän avaruusfysiikasta muuta kuin mitä jossain Tieteen kuvalehden japanilaisessa vastineessa on raportoitu. Ensimmäinen 2001 Nights -kokoelma huipentuu tarinaan, jossa joukko astronautteja tutkii aurinkokunnan laidalta löytynyttä antimateriaplaneetta Luciferia. Antimaterian historia alkuräjähdyksestä lähtien ja Luciferin muodostuminen esitetään varsin uskottavasti ja tyylikkäästi, mutta juoni tukeutuu muutamissa kohdissa eräiden fysikaalisten ilmiöiden puutteelliseen ja suoranaisesti virheelliseen ymmärrykseen.

Kuten mistä tahansa asiaa käsittelevästä populaariartikkelista epäilemättä käy ilmi, antimateria on eräänlainen tavallisen aineen peilikuva. Jokaisella alkeishiukkasella on antimateriavastineensa, jolla on sama massa mutta vastakkainen varaus. Kun hiukkanen kohtaa antimateriavastineensa, tapahtuu annihilaatio: Hiukkaset katoavat, ja niiden massaa vastaava energia, tutun kaavan E = mc² mukaisesti, vapautuu elektromagneettisena säteilynä. Reaktioon osallistuviin ainemääriin nähden vapautuvan energian määrä ei ole ainoastaan suunnaton verrattuna arkipäiväisiin kemiallisiin reaktioihin, kuten bensiinin hapettamiseen polttomoottorissa, mutta myös ydinvoimalaitoksissa hyödynnettävään fissioreaktioon verrattuna. Kuten 2001 Nightsin tarinassa hyvin käy ilmi, tämän takia antimateria on sekä potentiaalisesti mittaamattoman arvokas energialähde että kauhistuttavan vaarallista.

Tutkimusmatkailijoiden lähestyessä Luciferia he toteavat, että planeetta ei näy lainkaan tutkassa. Tämä selitetään sillä, että tutka-aaltojen elektronit katoavat kohdatessaan planeetan positronit. Myöhemmin planeetan renkaan läpi kulkeva kapseli pelastuu kuin ihmeen kautta annihilaatiolta, kun sitä lähestyvät jääkimpaleet katoavat vuorovaikuttaessaan tutka- ja radioaaltojen kanssa. Ongelma on vain siinä, että tutka- ja radioaallot ovat sähkömagneettista säteilyä, joka ei sisällä elektroneja tai mitään muitakaan massallisia hiukkasia, joita voisi luokitella materiaksi. Sen, että elektromagnetismin välittäjähiukkaset ovat fotoneja, pitäisi olla korkeintaan lukiotason tietoa.

Siinäkin tapauksessa, että avaruuskapselin ympärille jotenkin olisi syntynyt tarinassa esitetty suojavalli (jonka pitäisi sisältää elektronien lisäksi myös protoneja antiprotonien kumoamiseksi), seuraukset olisivat todellisuudessa hyvin erilaiset kuin Hoshino on esittänyt. Materian ja antimaterian kohtaaminen ei ole kohtalokasta pelkästään sen takia, että se saa materian katoamaan, vaan myös vapautuvan energiamäärän takia. Tarinassa viitataan tähän tosiasiaan, mutta sen käsittely ei ole lainkaan johdonmukaista. Tässä pieni laskelma, jota Hoshino ei vaivautunut tai kyennyt tekemään: Otetaan noin 1 kg antimateriajäätä ja annihiloidaan se vastaavalla määrällä materiahiukkasia, kuten tarinassa nähdään tapahtuvan. Vapautuva energiamäärä on 2 kg * (3 * 10⁸ m/s)² = 18 * 10¹⁶ J. Tämä energiamäärä vastaa noin 40 megatonnin räjähdystä, eli yli kahtatuhatta Hiroshimaan pudotettua ydinpommia. Noin metrin päässä avaruuskapselin edessä. Siitä ei selviä ehjin nahoin, vaikkei itse suoraan osuisikaan antimateriaan.

Itse asiassa nyt kun on todettu, että Hoshino ei aivan ole sisäistänyt ilmiön mittasuhteita, voidaan palata vielä tarinan alkuun, jossa Luciferin olemassaolosta saadaan ensimmäinen merkki, kun mineraalirahtarit tutkivat tuhoisin seurauksin Jupiterin tienoille eksynyttä antimaterialohkaretta. Juuri ennen räjähdystä yksi astronauteista varoittaa lohkaretta avaruuskävelyllä lähestyvää toveriaan oudosta havainnostaan: Jokin reaktio kappaleen pinnalla synnyttää vaimeaa gammasäteilyä. Kuinka vaimeaa?

Aurinko menettää massaa aurinkotuulen muodossa noin 10⁹ kg/s. Jos oletetaan, että massa virtaa tasaisesti joka suuntaan (todellisuudessa tiheys on suurempi planeettojen ratatasossa), Jupiterin kohdalla yhden neliömetrin läpi kulkee joka sekunti karkeasti ottaen 10^-15 kg ainetta. Tarinan mukaan antimaterialohkareen läpimitta oli 270 metriä. Tämän perusteella voidaan laskea, että aurinkotuulen kohdatessa lohkareen pinnan vapautuu joka sekunti noin 10⁷ J. Se ei ole paljon megatonneissa, mutta se vastaa kymmentätuhatta 1000 watin valonheitintä. “Vaimean gammasäteilyn” sijasta antimateriakappaleen pinnan pitäisi olla valaistu kuin urheilustadion.

Nämä eivät ole vaikeita laskuja. Ne kuitenkin edellyttävät, että fysiikan tuntemus on hieman parempi kuin mitä voi saavuttaa pelkästään populaarijulkaisujen valmiiksipureskeltuja tiedeartikkeleja lukemalla. Proosan puolella se ei ole mitenkään kohtuuton vaatimus tieteisfiktion kirjoittajalle, mutta sarjakuvamaailmassa siitä voi vain unelmoida. Olosuhteisiin nähden 2001 Nights on parasta tieteissarjakuvaa, mitä olen lukenut, hyvässä ja pahassa.

Tagit: manga, tiede.