Melkein jokainen on lapsena miettinyt, mitä tapahtuisi, jos kaivaisi maahan riittävän syvän reiän ja jatkaisi suoraan maapallon toiselle puolelle. Ajatus on leikkisä, mutta vastaus on aidosti kiehtova sekä maantieteen että fysiikan kannalta. Tässä jutussa käydään läpi, mihin oikeasti päätyisit Suomesta kaivaen, miksi tunnelin tekeminen on käytännössä mahdotonta ja mitä kuuluisa painovoimajuna-ajatuskoe kertoo matkan kestosta.
Pikafaktat
- Maapallon halkaisija: noin 12 742 km
- Suomen antipodi: eteläinen Tyynimeri (n. 60° S, 155° W), kaukana mantereista
- Syvin kaivettu reikä: Kuolan syväreikä 12 262 m (n. 0,2 % matkasta keskipisteeseen)
- Lämpötila ytimessä: jopa noin 6 000 °C
- Läpiputoamisen kesto (teoria): n. 42 min (tasainen tiheys) / n. 38 min (todellinen tiheys)
- Suurin nopeus keskipisteessä: noin 28 000 km/h
Mihin oikeasti päätyisit? Antipodi ratkaisee
Maapallon vastakkaista pistettä kutsutaan antipodiksi. Se on paikka, johon päätyisit, jos poraisit reiän tismalleen suoraan jalkojesi alta maapallon keskipisteen kautta pinnalle asti. Antipodin löytäminen on periaatteessa yksinkertaista: leveysaste kääntyy pohjoisesta yhtä suureksi eteläiseksi (tai päinvastoin) ja pituusastetta siirretään 180 astetta.
Yleinen väärinkäsitys on, että Suomesta kaivamalla pääsisi suoraan Australiaan, Uuteen-Seelantiin tai Kiinaan. Todellisuudessa lähes kaikki reitit päättyvät veteen, sillä etäisyydet maapallolla ovat valtavia ja meret peittävät noin 71 prosenttia planeetan pinnasta.
Suomen antipodi on keskellä Tyyntämerta
Esimerkiksi Helsingin antipodi sijaitsee noin 60,2 astetta eteläistä leveyttä ja 155,1 astetta läntistä pituutta – keskellä eteläistä Tyyntämerta, Uuden-Seelannin itäpuolella ja kaukana lähimmästä mantereesta. Jos siis onnistuisit kaivautumaan Suomesta läpi, nousisit pinnalle keskelle kylmää ja autiota valtamerta. Veneen lisäksi kannattaisi pakata lämmintä.
Miksi lähes kaikki päätyvät veteen
Suurin osa maapallon mantereista sijaitsee pohjoisella pallonpuoliskolla, ja niiden antipodit osuvat eteläisen pallonpuoliskon laajoille merialueille. Maalta maalle ulottuvia antipodipareja on yllättävän vähän – muutamia löytyy esimerkiksi Etelä-Amerikan ja Kaakkois-Aasian väliltä. Suomen kohdalla maali on käytännössä aina vesi.
Voisiko tunnelin oikeasti kaivaa?
Lyhyt vastaus on: ei. Maapallon halkaisija on noin 12 742 kilometriä, ja jo muutaman kilometrin syvyydessä lämpötila ja paine nousevat niin suuriksi, ettei mikään nykyinen kaivinlaite kestä niitä. Suoraan läpi kaivaminen tarkoittaisi myös tuhansien kilometrien matkaa sulan metallin läpi.
Maapallon kerrokset
Maapallo koostuu useasta kerroksesta, joiden lämpötila kasvaa syvyyden myötä. Ohuen ja kiinteän maankuoren alla on paksu vaippa, sen alla sula ulkoydin ja keskellä kiinteä sisäydin. Sisäydin pysyy kiinteänä valtavasta lämmöstä huolimatta, koska paine on niin suuri.
Maapallon kerrokset
| Kerros | Syvyys pinnasta | Lämpötila (arvio) | Olomuoto |
|---|---|---|---|
| Maankuori | 5–70 km | enintään n. 400 °C | kiinteä |
| Vaippa | 70–2 890 km | n. 1 250–3 700 °C | sitkeä, osin sula |
| Ulkoydin | 2 890–5 150 km | n. 4 400–6 000 °C | sula rauta-nikkeli |
| Sisäydin | 5 150–6 371 km | n. 5 200–6 000 °C | kiinteä (kova paine) |
Syvin ihmisen koskaan kaivama reikä
Syvin ihmiskäden kaivama reikä on Venäjän Kuolan niemimaalla sijaitseva Kuolan syväreikä. Poraus aloitettiin vuonna 1971, ja lopulliseen 12 262 metrin syvyyteen päästiin vuonna 1989. Sieltäkin työ jouduttiin lopettamaan, kun lämpötila nousi reiän pohjalla noin 180 celsiusasteeseen. Vaikka luku kuulostaa suurelta, se on vain noin 0,2 prosenttia matkasta maapallon keskipisteeseen. Nykyaikaiset jättimäiset tunneliporat kaivavat vaikuttavia tunneleita, mutta nekin raapaisevat vasta pintaa.
Painovoimajuna – kuuluisa 42 minuutin ajatuskoe
Vaikka tunnelia ei voi oikeasti kaivaa, fyysikot ovat pohtineet, mitä tapahtuisi kuvitteellisessa, ilmattomassa ja kitkattomassa tunnelissa. Tätä ideaa kutsutaan painovoimajunaksi. Jos hyppäisit tällaiseen tunneliin, putoaisit kohti keskipistettä koko ajan kiihtyen ja saavuttaisit puolivälissä huippunopeuden, joka olisi luokkaa 28 000 kilometriä tunnissa.
Miksi matka kestäisi aina yhtä kauan
Klassisen laskelman mukaan matka pisteestä toiseen kestäisi aina noin 42 minuuttia riippumatta siitä, mitkä kaksi pistettä tunneli yhdistää – kunhan maapallon tiheyden oletetaan olevan kaikkialla sama. Tulos on yksi fysiikan tunnetuimmista yllätyksistä: liike vastaa heiluriin verrattavaa harmonista värähtelyä. Mittakaavaa hahmottaa hyvin, kun vertaa aurinkokunnan kokosuhteita Maan pieneen kokoon.
Uudempi laskelma: 38 minuuttia
Vuonna 2015 fyysikko Alexander Klotz osoitti American Journal of Physics -lehdessä, että kun huomioidaan maapallon todellinen tiheysjakauma – ydin on huomattavasti vaippaa tiheämpi – matka lyheneekään noin 38 minuuttiin ja 11 sekuntiin. Ero klassiseen 42 minuuttiin ja 12 sekuntiin syntyy juuri siitä, ettei planeetta ole tasaisen tiheä. Planeettojen ja galaksien kokoa vertaileva video auttaa suhteuttamaan, kuinka valtavista mitoista silti puhutaan.
Mistä ajatus on peräisin?
Idea läpi maapallon kulkevasta tunnelista ei ole uusi. Jo 1600-luvulla brittitutkija Robert Hooke kuvaili Isaac Newtonille lähettämässään kirjeessä, miten kappale kiihtyisi planeetan sisällä. Kirjailija Lewis Carroll mainitsi painovoimajunan – ilman laskelmia – teoksessaan Sylvie and Bruno Concluded vuonna 1893. 1960-luvulla fyysikko Paul Cooper puolestaan esitti American Journal of Physics -lehdessä painovoimajunaa vakavissaan tulevaisuuden liikennemuodoksi. Käytännön esteet ovat kuitenkin pysyneet samoina kautta vuosisatojen.
Kokeile itse antipodikartalla
Oman kotipaikkasi antipodin voi tarkistaa helposti selaimessa toimivilla karttatyökaluilla. Esimerkiksi Antipodes Map ja alkuperäinen ubasics.com/dighole-työkalu näyttävät rinnakkain sekä lähtöpisteen että sen vastakkaisen pisteen. Kokeile ja katso, päädytkö sinäkin veden äärelle. Kaikki lähteet ja työkalulinkit löytyvät alta.
Lähteet
- Phys.org – What if we dug a tunnel through the Earth?
- Alexander R. Klotz – Gravity Tunnel Drag (American Journal of Physics, 2015)
- Science.org – How long would it take you to fall through Earth?
- Geodatos – Antipode of Helsinki
- Encyclopædia Britannica – Earth: The interior
- Geological Survey of Norway (NGU) – Crust, Mantle and Core
- HowStuffWorks – Kola Superdeep Borehole
- Damn Interesting – The Gravity Express
- Antipodes Map -työkalu
- ubasics.com/dighole – Alex Harfordin antipodikartta
Usein kysytyt kysymykset (UKK)
Mihin päätyisin, jos kaivaisin tunnelin Suomesta maapallon läpi?
Päätyisit eteläisen Tyynenmeren autioille vesille, Uuden-Seelannin itäpuolelle. Esimerkiksi Helsingin antipodi on noin 60,2° eteläistä leveyttä ja 155,1° läntistä pituutta, kaukana lähimmästä mantereesta.
Kuinka syvälle ihminen on oikeasti kaivautunut?
Syvin kaivettu reikä on Kuolan syväreikä Venäjällä, 12 262 metriä. Se on vain noin 0,2 prosenttia matkasta maapallon keskipisteeseen.
Kauanko putoaminen maapallon läpi kestäisi?
Ideaalisessa, kitkattomassa tunnelissa matka kestäisi noin 42 minuuttia, jos maapallo oletetaan tasaisen tiheäksi. Todellinen tiheysjakauma huomioiden aika on noin 38 minuuttia.
Miksi tunnelia ei voi oikeasti kaivaa?
Syvyyden kasvaessa lämpötila ja paine nousevat valtaviksi. Ulkoydin on sulaa rauta-nikkeliseosta, eikä mikään laite kestäisi tuhansien kilometrien matkaa sulan metallin läpi.
Pääseekö Suomesta kaivamalla Australiaan tai Uuteen-Seelantiin?
Ei suoraan. Suomen antipodit osuvat merelle, joskin eteläinen Tyynimeri on Uuden-Seelannin suunnalla. Kuivalle maalle nouseminen ei siis onnistuisi.