AURINGOSTA ATOMIKELLOON
Yleensä puhutaan erikseen ajanmittauksesta ja ajanlaskusta. Ajanmittaus käsittää
tunnit ja lyhyemmät ajan osaset, joiden mittaamiseen tarvitaan mekaanisia laitteita. Ajanlasku taas tarkoittaa päivien, kuukausien ja vuosien laskemista. Sen tuotteita ovat kalenterit, joista voimme seurata näiden ajanjaksojen kulkua.
Ajanmittaus perustuu jonkin säännöllisen ilmiön
havainnoimiseen. Tähtitaivaan ilmiöt ovat kautta
ihmiskunnan historian muodostaneet luonnollisen
kellon, jonka avulla on voitu ajoittaa niin päivän
askareet kuin vuotuiset juhlatkin. Lyhyiden ajanjaksojen mittaaminen auringon ja kuun avulla on
kuitenkin hankalaa, joten ajanmittauksen kehittymisen edellytys oli muiden mahdollisimman säännöllisesti toistuvien ilmiöiden löytyminen.
ajan virtaa
Maahan pystytetty tikku oli yksi varhaisimpia tapoja seurata ajan kulkua. Seuraamalla tikun heittämän
varjon liikettä oli mahdollista määritellä melko tarkasti, miten suuri osa päivästä oli kulunut ja miten paljon työtä oli jäljellä ennen pimeää. Ideasta
kehittyi aurinkokello, jonka avulla oli mahdollista
seurata varjon etenemistä kahteentoista sektoriin eli
tuntiin jaetulla asteikolla. Tunti ei kuitenkaan ollut vakioyksikkö. Riippumatta vuodenajasta, päivä
jaettiin aina 12 tuntiin, joten kesällä tunnit olivat
pidempiä kuin talvella.
Ainakin assyrialaiset, babylonialaiset ja egyptiläiset käyttivät sopivien kappaleiden varjoa ajan
mittaamiseen. Tällaiseksi ajanmittaamisen välineeksi kävi esimerkiksi torni, pylväs, obeliski, korkea rakennus tai vuorenhuippu. Tiedettiin, että
1
Aika ja ajanlasku - Auringosta atomikelloon - Mari Kyllönen
© Didrichsenin taidemuseo, Helinä Rautavaaran museo, Suomen Kellomuseo
kappaleen varjo oli pisin aamulla, lyhyempi päivällä
ja piteni taas illalla auringon laskiessa länteen.
Aurinkokellojen lisäksi ajan kulumista voitiin
seurata vesikelloista, jotka mittasivat aikaa myös
pilvisellä säällä ja yöllä. Vanhimmat vesikellomallit ovat peräisin Egyptistä noin 3400 vuoden takaa.
Ensimmäiset vesikellot olivat yksinkertaisia: vedellä täytettyyn maljaan oli tehty pieni aukko, josta
vesi virtasi tipoittain ulos. Vedenpinnan korkeuden
muutos ilmaisi ajan kulumista.
Aurinkokellon ja vesikellon lisäksi ajanmittaukseen kehitettiin muitakin välineitä. Hiekkakellot
keksittiin lasinvalmistustaidon myötä noin 1500
eaa. Tiimalasit olivat hämmästyttävän täsmällisiä.
Niiden ympärille syntyi kokonainen tieteenala, joka
tutki muun muassa eri hiekkalajien ominaisuuksia.
Veden ja hiekan lisäksi myös tulta käytettiin
ajan mittaamiseen. Kiinassa ja Japanissa käytettiin
suitsukkeita, jotka paloivat hyvin tasaisesti. Joissain
suitsutuskelloissa tuoksu vaihtui tietyssä kohtaa,
jolloin tarkkanenäiset saattoivat haistaa kellonajan.
Öljykello puolestaan oli öljylamppu, jossa öljyn
palaminen kesti tietyn ajan. Öljysäiliön kyljessä oli
tuntiasteikko, josta ajan kulkua seurattiin. Kynttiläkellon kyljessä oli myös asteikko. Kynttilän vahaan
saatettiin lisäksi valaa metallikuulia, jotka putosivat
kynttilän palaessa metallilautaselle ja äänellään kertoivat ajan kulumisesta. Kynttiläkelloja käytettiin
jo 600-luvulla.
Tiimalasi mittaa aikaa hiekan virtaamisen avulla.
Suomen Kellomuseo
Osiin paloiteltu aika
Aurinkokello ei toiminut yöllä eikä pilvisellä säällä,
ja tiimalasi sekä vesikello vaativat jatkuvaa seurantaa. Koska varhaisimmat ajanmittauksen välineet
eivät aina olleet luotettavia, niiden rinnalle etsittiin
uusia tapoja seurata ajan kulumista.
Ensimmäiset mekaaniset kellot rakennettiin
viimeistään 1200-luvulla. Arabit ovat saattaneet
valmistaa mekaanisia kelloja jo 700-luvulla, mutta varmuutta tästä ei ole. Toisen tarinan mukaan
munkki nimeltä Gerbert suunnitteli ja rakensi ensimmäisen mekaanisen kellon vuonna 995 saksalaisessa luostarissa. Hänestä tuli myöhemmin paavi
Sylvester II. Paavien taustalle haluttiin aina liittää
merkittäviä urotekoja, joten tarinan todenperäisyyttä on epäilty.
Mekaaniset kellot ovat kuitenkin saattaneet
saada alkunsa juuri luostareissa, sillä luostarielämä
2
Aika ja ajanlasku - Auringosta atomikelloon - Mari Kyllönen
© Didrichsenin taidemuseo, Helinä Rautavaaran museo, Suomen Kellomuseo
säännöllisine jumalanpalveluksineen ja rukoushetkineen helpottui aikaisempaa luotettavampien ajannäyttäjien myötä. Keskiajan kuluessa sekä
luostareissa että kaupungeissa ajanmittauksen ja
kellojen tarve lisääntyi, mutta suurimmalle osalle
ihmisistä tuntien tarkka mittaaminen ei vielä pitkään aikaan ollut tarpeellista. Peltoa kyntäneelle talonpojalle riitti hyvin, että silmäämällä aurinkoa sai
tietää milloin työt sopi lopettaa.
Suuri muutos oli, että mekaaniset kellot rekisteröivät ajan pieninä askelina, mikä oli seurausta
säätäjän keksimisestä. Se muutti kellon jatkuvan
liikkeen jaksoittaiseksi. Toisin oli tiimalasissa, jossa
ajan kuluminen näkyi soljuvana virtana. Varhaisissa kelloissa säätäjänä toimi aluksi heilahduspalkki
ja myöhemmin heiluri. Aika siis pilkottiin pieniin
yksiköihin, mikä vaikutti ajattelutapaan. Aika hahmotettiin annoksina, ei enää virtana tai toistuvina
sykleinä.
Parhaiden kellojen käyntipoikkeama oli
neljännestunti vuorokaudessa, mutta kello, joka
heitti tunnilla vuorokaudessa, ei ollut mitenkään
poikkeuksellinen.
laivat kartalle,
junat aikatauluun
Kellon keksimisestä lähtien kellosepät ja tiedemiehet ovat pyrkineet kohti entistä tarkempaa ajanmittausta. Kelloseppien tekemät keksinnöt ovat
jatkuvasti parantaneet kellojen tarkkuutta.
1700-luvulla tarkkaa kelloa tarvittiin purjehtimiseen. Kyseinen vuosisata oli tutkimusmatkojen
aikaa, jolloin kartoitettiin suuria alueita eri puolilla
maailmaa. Laivaliikenne lisääntyi, kun siirtomaavallat laivasivat tuotteita alusmaistaan.
Aikaisemmin tarkka paikanmääritys oli ollut
laivoille lähes mahdoton tehtävä. Leveysaste määriteltiin auringon sijainnista, mutta pituusastetta
ei voitu ilman kiintopisteitä määrittää. Pituusaste
selvisi kun laskettiin ero laivan paikallisajan ja viimeisen lähtösataman ajan välillä. Tehtävään tarvittiin erityisen tarkkaa kelloa, muutoin laivan sijainti
saattoi heittää useilla kilometreillä.
Englantilainen John Harrison (1693–1776)
kehitti kronometriksi kutsutun kellon, jonka avulla
pituusasteen määrittäminen onnistui helposti. Merikronometria käytettiin laivojen sijainnin määrit-
3
Kellon koneisto hammaspyörineen.
Suomen Kellomuseo, Ulla Paakkunainen
Aika ja ajanlasku - Auringosta atomikelloon - Mari Kyllönen
© Didrichsenin taidemuseo, Helinä Rautavaaran museo, Suomen Kellomuseo
telyssä lähes 200 vuotta, minkä jälkeen sen tilalle
tulivat ensin radio ja sitten satelliittipaikantimet.
Aina 1800-luvun loppupuolelle saakka jokainen paikkakunta eli vielä omaa paikallisaikaansa,
joka saatiin auringosta keskipäivän hetken mukaan. Yhteisen ajan tarve kasvoi rautatieliikenteen
myötä. Esimerkiksi vuonna 1870 Yhdysvaltojen
halki matkustaessa piti kelloa siirtää 200 kertaa.
Kanadalainen rautatieinsinööri Sandford Fleming
(1827–1915) ehdotti maapallon jakamista 24 aikavyöhykkeeseen ja jako tehtiin vuonna 1884.
Suomessa ensimmäinen rautatieyhteys avattiin Helsingistä Hämeenlinnaan vuonna 1862.
Rautatien myötä Helsingin paikallisaika levisi vähitellen muillekin paikkakunnille. Virallisesti koko
maassa siirryttiin paikallisajoista yhteiseen aikaan
vasta vuonna 1921, jolloin Suomessa otettiin käyttöön Itä-Euroopan vyöhykeaika. Tuolloin kelloja
siirrettiin vappuyönä eteenpäin 20 minuuttia ja
10,9 sekuntia.
Viimeisen sekunnin metsästys
Mekaanista kelloa kehitettiin tarkemmaksi ja tarkemmaksi vuosisatojen mittaan. Todellinen harppaus kellojen tarkkuudessa tapahtui, kun keksittiin
kvartsikellot. Kvartsikellojen käyntiä säätelevät
kvartsikiteet. Sähköjännitteen avulla kide saadaan
värähtelemään sille ominaisella vakiotaajuudella.
1970-luvun puolivälissä muotiin tulivat digitaalinäytöt.
Kvartsikellojakin tarkempi atomikello keksittiin 1940-luvulla. Atomikellojen kehittyessä
yhä tarkemmiksi luovuttiin myös sekunnin määrittelystä tähtitieteen avulla. Vuonna 1967 sekunti
määritettiin cesiumatomin värähtelyn avulla niin,
että yksi sekunti on 9 192 631 770 cesiumatomin
tietyssä energiatilan muutoksessa syntyvän säteilyn
värähtelyjaksoa.
Siinä missä ensimmäiset kellot saattoivat
heittää päivässä useita tunteja, tekevät nykyiset atomikellot kolmessa miljardissa vuodessa vain yhden
sekunnin virheen. Atomikellon tarkkuutta ei ehkä
tarvitse arkielämässä, mutta fyysikot tarvitsevat äärimmäistä mittaustarkkuutta tutkimuksissaan.
Aika jaksottaa länsimaisen ihmisen päivää
tarkemmin ja tiukemmin kuin koskaan ennen. Eri
puolilla maailmaa useat atomikellot mittaavat cesiumatomien värähtelyä ja pitävät virallista aikaa
4
Aika ja ajanlasku - Auringosta atomikelloon - Mari Kyllönen
© Didrichsenin taidemuseo, Helinä Rautavaaran museo, Suomen Kellomuseo
yhtenäisenä. Tämä on niin sanottua koordinoitua
yleisaikaa (UTC, Coordinated Universal Time).
Ajan mittaamiseen etsitään myös koko ajan yhä
tarkempia menetelmiä.
Koordinoitu yleisaika poikkeaa hieman
Maan kiertokulkuun perustuvasta ajasta, sillä Maan
kierto hidastuu koko ajan Kuun ja Maan keskinäisen vetovoiman johdosta. Hidastumisen aiheuttamaa virhettä korjataan lisäämällä karkaussekunti
koordinoituun yleisaikaan aina tarvittaessa. Hidastuminen ei ole vakionopeuksista, joten karkaussekuntejakaan ei käytetä säännöllisesti.
Fyysikoiden käyttämillä laitteilla voi mitata
häviävän pieniä ajanjaksoja. Pienimmät tiedemiehillä käytössä olevat aikayksiköt ovat niin pieniä,
ettei niillä ole useimmille ihmisille kuin korkeintaan teoreettista merkitystä. Fysiikassa yksi sekunti
on pitkä aika.
Kvartsikelloa edeltänyt äänirautakello mittasi aikaa
ääniraudan värähtelystä.
Suomen Kellomuseo, Ulla Paakkunainen
5
Aika ja ajanlasku - Auringosta atomikelloon - Mari Kyllönen
© Didrichsenin taidemuseo, Helinä Rautavaaran museo, Suomen Kellomuseo