Anders Johan Lexell – ensimmäinen suomalainen maailmankuulu matemaatikko ja astronomi

Teksti: Johan Stén

Turusta maailmalle

Matematiikkaa, fysiikkaa ja astronomiaa oli Turun Kuninkaallisessa Akatemiassa opetettu sen perustamisesta 1640 lähtien. Valistuksen ja hyödyn aikakaudella 1700-luvulla uudet tuulet alkoivat puhaltaa myös Auran rannoilla: matemaattinen fysiikka ja kokeellinen luonnontiede teki tuloaan. Anders Johan Lexell oli ensimmäinen Turun Akatemiasta lähtenyt kansainvälisesti tunnettu matemaatikko ja astronomi.

Lexell syntyi kultasepän perheeseen jouluaattona 1740 vanhan kalenterin mukaan, eli 4 tammikuuta 1741 nykykalenterin mukaan. Perheen koti sijaitsi aivan tuomiokirkon ja Akatemian tuntumassa. Anders Johanin koulunkäynti sujui mallikkaasti: korkeatasoinen harjoitteluväitöskirja optiikasta ilmestyi 1759 ja pro gradu vuotta myöhemmin, hänen ollessaan vasta yhdeksäntoistavuotias. Hänen opettajiaan olivat matematiikan professori Martin Johan Wallenius ja fysiikan professori Jakob Gadolin, molemmat ansiokkaita tutkijoita. Wallenius toi differentiaali- ja integraalilaskun opetukseen Turussa, ja Gadolin harrasti erityisesti astronomiaa ja geodesiaa. Lexellin lähipiiriin kuuluivat Gadolinin seuraajaksi valittu Anders Planman, joka tunnettiin taitavana astronomina ja fyysikkona, kuten myös luokkatoveri H. G. Porthan.

Nuori Lexell jatkoi matemaattista harrastustaan kotiopettajana Turussa ja laati samalla tutkielman tasokäyrien differentiaaligeometriasta. Talvella 1763 hän matkusti Upsalan yliopistoon ja esitteli tutkielmansa väitöskirjana, mikä herätti ansaittua huomiota. Lexell oli väitöstilaisuuden preeses. Vaikkei hän onnistunutkaan saamaan havittelemaansa työpaikkaa Upsalasta, hän käytti lyhyen oleskelunsa Ruotsissa hyväkseen solmimalla tärkeitä ystävyyssuhteita sikäläisiin tutkijoihin. Pian Turkuun palattuaan hänet nimitettiin matematiikan dosentiksi ja kaksi vuotta myöhemmin lehtoriksi, mikä oli tuolloin palkaton virka. Lisäksi hän haki, muttei saanut, matematiikan professorin virkaa Karlskronan laivastotukikohdan kadettikoulusta.

Vuoden 1766 suureksi uutiseksi tiedemaailmassa nousi kuuluisan Leonhard Eulerin muutto Berliinistä Pietariin. Uutinen herätti myös nuoren Lexellin uteliaisuuden. Hän päätti koettaa omia siipiään lähettämällä välikäsien kautta Pietarin Keisarilliseen Tiedeakatemiaan kirjeen, jossa hän ilmaisi työhalukkuutensa. Ranskankieliseen hakemuskirjeeseensä hän liitti latinankielisen tutkielman keksimästään menetelmästä ratkaista moniasteisia differentiaaliyhtälöitä. Käsikirjoitus teki halutun vaikutuksen itseensä Euleriin, jonka vaatimuksesta Lexell sai kutsun Pietariin. Lexellin hakemus tuli sopivaan aikaan, sillä kuten nähdään, Pietarissa hänen palveluksiaan tarvittiin kipeästi. Lexellin saatua Kuninkaallisen Majesteetin matkustusluvan sekä vakuutuksen siitä, että hänet huomioitaisiin ansioidensa mukaisesti mahdollisissa tulevissa virkanimityksissä kotimaassaan, hän siirtyi loppuvuodesta 1768 Venäjälle.

Sofia Saaren veistämä Lexell-reliefi Turun yliopistossa paljastettiin tammikuussa 2016 (sijainti Quantum-rakennuksessa). Silhuetin taustalla oleva diagrammi kuvaa Lexellin teoreemaa.
(valokuva: Johan Stén)

Pietarin tiedeakatemiassa

Vuonna 1725 perustettu Pietarin Keisarillinen Tiedeakatemia oli kansainvälisessä vertailussa aikansa tärkeimpiä tiedekeskuksia. Lupaavasta alustaan huolimatta Tiedeakatemia oli välillä taantunut, mutta tieteen ja valistuksen ystävänä tunnettu keisarinna Katariina II antoi sille uuden sysäyksen. Pietarin akateemikot olivat pääosin keskieurooppalaisista perua ja heidän työkielenä oli latinan lisäksi saksa ja ranska. Tiedeakatemian apulaiset eli adjunktit olivat kuitenkin suurelta osin venäläisiä. Myös Lexell nimitettiin aluksi Tiedeakatemian astronomian apulaiseksi 1769. Hän asettui asumaan aivan Tiedeakatemian tuntumaan, Vasilinsaaren neulankärjessä (Strelka) sijanneeseen asuinrakennukseen, jota ei enää ole.

Lukuisat Leonhard Eulerin organisoimat projektit nostivat Pietarin Tiedeakatemian 1770-luvulla tieteen valokeilaan. Tästä valosta sai myös Lexell nauttia, vaikka hän toisinaan jäi mestarinsa varjoon. Aluksi Lexell osallistui Venuksen ylikulun havaitsemiseen 1769 ja siitä tehtyjen havaintojen käsittelyyn. Luotettavana laskijana Lexell sai vastuun auringon parallaksin määrittämisestä Eulerin suunnittelemalla geometris-tilastollisella menetelmällä, vertaamalla eri puolilla maapalloa tehtyjä havaintoja toisiinsa. Tulos auringon keskiparallaksille oli hämmästyttävän tarkka: 8,80 kaarisekuntia. Samana vuonna 1769 näkynyt komeetta kiinnitti myös astronomien huomion, ja kolmesta havainnosta Euler ja Lexell laskivat komeetan radan ja periodin. Tämän lisäksi Lexell osallistui Eulerin kuun liikettä koskevan teorian numeeristen laskujen suorittamiseen ja valmisteli omia pääasiassa matemaattisia tutkielmiaan. Monet Lexellin tehtävistä liittyivät epäsuorasti paikanmäärityksen, erityisesti pituuspiirin määrittämisen ongelmaan. Vuonna 1771 hänet kiinnitettiin Akatemian varsinaiseksi jäseneksi ja astronomian professoriksi.

Vuonna 1770 taivaalla loistanut komeetta työllisti Lexelliä melkein koko seuraavan vuosikymmenen. Komeetta tunnettaan Lexellin komeettana, ei siksi että hän olisi sen löytänyt, vaan siksi että hän selitti sen merkillisen liikkeen. Komeetan periodiksi todettiin 5,6 vuotta, ja se ilmestyi taivaalle vain kaksi kertaa. Lexell selitti mistä tämä johtui. Aluksi komeetta oli vuorovaikutuksessa Jupiterin kanssa muuttanut rataansa ja joutunut lyhyelle radalleen. Kaksi kertaa auringon ympäri kierrettyään, komeetta päätyisi jälleen Jupiterin välittömään läheisyyteen ja muuttaisi rataansa. Lexellin ennustus piti paikkansa, eikä komeettaa ole varmuudella enää tavattu. Lexell ymmärsi ongelman alkuarvoherkkyyden ja havaintotarkkuuden riittämättömyyden. Häntä tuskin voi pitää kaaosteorian perustajana, mutta ilmiön varhaisena oivaltajana kylläkin.

Differentiaali ja integraalilaskun sekä taivaanmekaniikan ohessa Lexell tutki pallogeometriaa ja polygonometriaa, joissa hän oli edelläkävijä. Lexellin teoreema (1778) liittyy pallon pinnalle piirretyn isoympyröiden segmenteistä rakentuvan kolmion pinta-alaan. Eulerin sokeuduttua täydellisesti 1771 Lexell sai myös hoitaakseen osan mestarinsa kirjeenvaihtoa kuuluisten matemaatikoiden kanssa. Hänen maineensa kasvoi ja hänet kutsuttiin useiden tiedeseurojen jäseneksi.

Myös kotimaassa Ruotsissa oltiin herätty Lexellin nousevaan maineeseen. Itse arkkiatri Carl von Linné oli järjestämässä Lexelliä professoriksi Upsalaan. Lopulta Kustaa III nimitti hänet 1775 Turun Akatemian matematiikan professoriksi. Lexell oli kuitenkin kaiken työn keskellä haluton ottamaan virkaa vastaan ja sai luvan jäädä virkavapaalle Pietariin viemään keskeneräiset työnsä loppuun. Virkavapautta jatkettiin aina vuoteen 1780, jolloin Lexell teki dramaattisen päätöksen ja erosi professuuristaan, olematta Turussa päivääkään virkaansa hoitamassa. Päätöstä ehkä hämmästeltiin, mutta kollegat Turussa olivat pääosin ymmärtäväisiä. Lexellin tiedot ja taidot olivat kansainvälisesti korkeaa tasoa eikä hän enää olisi viihtynyt Suomen pienessä ja varsin vaatimattomassa yliopistossa opettamassa matematiikan alkeita.

Suuri Euroopan kiertomatka

Vuonna 1780 Lexell toteutti haaveensa matkustaa Eurooppaan. Aluksi hän suunnitteli vain lomailevansa Span terveyskylpylässä ja irtisanoutui kokonaan Pietarin virastaan. Hän oli uupunut kaikesta työstä ja valitteli kirjeissään heikentynyttä terveyttään. Tiedeakatemian johtaja taivutteli hänet kuitenkin muuttamaan mielensä. Hän tarjosi rahoittavansa Lexellin matkan, mikäli se suuntautuisi aikansa merkittävimpiin tiedekeskuksiin. Matkansa aikana Lexellin oli määrä raportoida havaintojaan observatorioista, kasvitieteellisistä puutarhoista ja laboratorioista vastikkeeksi lupauksesta jäädä Pietarin Tiedeakatemian palvelukseen. Tähän Lexell ilomielin suostui. Puolitoista vuotta kestänyt matka vei Lexellin Berliiniin, Göttingeniin, Pariisiin, Lontooseen, Oxfordiin, Brysseliin, Hampuriin, Kööpenhaminaan, Tukholmaan, ja Turun kautta Pietariin, jonne hän palasi syksyllä 1781. Matka oli Lexellin elämän kohokohta, mistä hänen vilkas kirjeenvaihtonsa Pietarin ja Tukholman tiedeakatemioiden kanssa todistaa. Hän tapasi mm. Joseph Louis Lagrangen ja Johann III Bernoullin Berliinissä ja Jean d’Alembert’n ja Pierre Simon Laplacen Pariisissa. Häntä arvostettiin ei vain Eulerin läheisenä apulaisena vaan itsenäisenä tiedemiehenä.

Ollessaan kuninkaallisen astronomin Nevil Maskelynen vieraana Greenwichin observatoriossa Englannissa kesällä 1781 Lexell sai tiedon William Herschelin löytämästä uudesta taivaankappaleesta, jota vielä tuolloin arveltiin komeetaksi. Lexell poimi esiin laskentavälineensä ja määritti kolmesta havainnosta, että taivaankappale liikkuu jokseenkin ympyrärataa pitkin. Sen taivaalla piirtämä kaari oli vielä niin lyhyt, ettei laskelmaan kannattanut luottaa, mutta jo vuoden kuluttua Lexell alkoi olla varma siitä, että taivaankappale oli kaukana avaruudessa oleva jättiläisplaneetta. Kun vanhoista tähtikartoista vielä saatiin viitteitä planeetan aiemmista sijainneista, vahvistui uuden planeetan, Uranuksen löytyminen.

Viimeiset vuodet Pietarissa

Pietariin palattuaan sopimuksen mukaisesti loppusyksyllä 1781, Lexell jatkoi työtään vielä kolme vuotta, joihin sisältyi paljon dramatiikkaa. Tiedeakatemia oli välillä lamaannuksissa itsevaltaisen johtajan ajauduttua törmäyskurssille akateemikoiden kanssa. Lopulta 1783 akatemian johtaja vaihtui keisarinnan ukaasilla. Tiedeakatemian johtajaksi nimitettiin ensimmäistä kertaa nainen, prinsessa Dashkova. Syksyllä 1783 Euler kuoli halvauskohtaukseen Lexellin läsnä ollessa, jonka jälkeen Lexell nimitettiin yksimielisesti Eulerin seuraajaksi korkeamman matematiikan professoriksi. Myös Lexellin kollega ja kirjeenvaihtaja Tukholmassa, Pehr Wargentin, kuoli muutamaa kuukautta myöhemmin. Lexellin ääni vaikenee, hän osallistuu vielä Tiedeakatemian toimintaan vajaan vuoden ajan ennen sairastumistaan. Häneltä leikattiin kasvain, mutta leikkauksen jälkiseurauksena hänelle nousi kuume ja hän menehtyi 11. joulukuuta 1784. Kuolinsyy oli ilmeisesti infektio. Lexell kuului Pietarin ruotsalaiseen seurakuntaan, jonka jäsenet haudattiin Smolenskin luterilaiselle hautausmaalle Vasilinsaarella. Haudan tarkkaa sijaintia ei tiedetä.

Anders Johan Lexell oli harvinainen tähdenlento valistuksen ajan tieteen taivaalla. 43 vuotta kestäneen elämänsä aikana hän tuli kuuluksi yli sadalla merkittävällä julkaisullaan. Hänen runsas kirjeenvaihtonsa sisältää myös paljon julkaisematonta materiaalia astronomiasta, matematiikasta ja fysiikasta. Kirjeenvaihto julkaistaan allekirjoittaneen toimesta lähiaikoina. Luonnonilmiöistä häntä kiinnosti valon dispersion lisäksi erityisesti termodynamiikka, jonka matemaattista teoriaa hän hahmotteli kirjeissään. Merkittävää osaa hänen kirjeenvaihdosta säilytetään tieteellisissä arkistoissa ja kirjastoissa Baselissa, Helsingissä, Lontoossa, Pietarissa ja Tukholmassa.

Kirjallisuus

Johan Stén: A comet of the Enlightenment. Anders Johan Lexell’s life and discoveries. Birkhäuser / Springer, 2014.

Tapio Markkanen: Suomen tähtitieteen historia. URSA, 2015.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.