Fysiker Guglielmo Marconi og radiosystem

Taistelu radiosta

Nuori italialainen fyysikko sai kunniaa ja Nobelin palkinnon langattoman lennättimen kehittämisestä. Hänen keksintönsä oli kuitenkin pitkälti lainaa muilta ja perustui osin Nikola Teslan patentteihin.

Nuori italialainen fyysikko sai kunniaa ja Nobelin palkinnon langattoman lennättimen kehittämisestä. Hänen keksintönsä oli kuitenkin pitkälti lainaa muilta ja perustui osin Nikola Teslan patentteihin.

Scanpix/Science Photo Library

Viestien lähettäminen Atlantin yli ei ollut 1800-luvulla helppoa. Euroopan vallankumouksia tai Yhdysvaltojen sisällissodan kulkua koskevat uutiset välitettiin mantereelta toiselle laivoilla, ja joskus myrskyt, haaksirikot ja merirosvot estivät kokonaan niiden perillepääsyn.

Tilanne parani merkittävästi vuonna 1866, jolloin Atlantin pohjaan laskettiin Britanniasta Yhdysvaltoihin johtava lennätinkaapeli.

”Jonakin päivänä ihminen pystyy lähettämään langattomia viestejä kaukaisimpiinkin maailmankolkkiin.” Guglielmo Marconi

Kaapeli mahdollisti sähkösanomien lähettämisen valtameren yli. Yhteys oli kuitenkin epävarma, sillä 3  122 kilometrin pituinen kaapeli katkeili tuon tuostakin.

Keksijät ja lennätinyhtiöiden johtajat haaveilivat mahdollisuudesta lähettää viestejä ilman halki ilman hankalia kaapeleita ja johtoja.

Heidän joukkoonsa ­lukeutuivat myös serbialaissyntyinen Nikola Tesla ja nuori italialainen Guglielmo Marconi.

Ensimmäinen radioviesti Atlantin yli

Unelma langattomasta viestinnästä mantereelta toiselle toteutui 12. joulukuuta 1901 kello 12.30, kun 25-vuotias Marconi kuuli kuulokkeistaan vaimean signaalin ”pip, pip, pip”.

Ääni oli s-kirjainta tarkoittava morseaakkonen. Marconi oli seisonut päiväkausia tuulisella kukkulalla Newfoundlandissa Kanadassa odottaen signaalia, jota hänen avustajansa yrittivät lähettää 3  500 kilometrin päästä Etelä-Englannista.

Marconi ojensi kuulokkeet avustajalleen George Kempille, joka kuuli myös tasaisen piipityksen. Miehet katsoivat tyytyväisinä toisiaan. He tiesivät tehneensä historiaa.

”Tuolloin olin ensi kertaa aivan varma, että jonain päivänä ihminen pystyy lähettämään langattomia viestejä paitsi Atlantin yli myös kaukaisimpiinkin maailmankolkkiin”, Marconi kirjoitti historiallisesta hetkestä myöhemmin muistelmissaan.

Vindue, hvor Marconi sendte sit første radiosignal

Marconi lähetti ensimmäisen radiosignaalin kotitalonsa ikkunasta.

© Scanpix/Science Photo Library

Langaton lennätin

Marconin radiolähetin muunsi sähköimpulsseja radioaalloiksi, jotka vastaanotin muunsi takaisin sähköimpulsseiksi.

Ensimmäisellä radiolla ei voinut kuunnella musiikkia, kuten nykyradioilla. Marconin radiolaite oli pikemminkin langaton lennätin, jolla voitiin lähettää morsesignaaleja radio­aaltojen avulla.

Marconin radiolaitteessa oli lähetin, joka synnytti sähkömag­netismin avulla radioaaltoja, sekä vas­taanotin, joka vastaanotti radio­aallot ja muunsi ne sähkö­impulsseiksi. Laitteessa oli myös antenni, sähkötysavain ja paristo.

Lähettimen tärkein osa oli kipinäväli eli kaksi kuparielektrodia, jotka oli sijoitettu parin senttimetrin päähän toisis­taan. Kun niihin johdettiin sähkövirtaa, syntyi kipinä, joka sai aikaan radioaallon.

Radioaaltojen vastaanottamiseen Marconi käytti detektoria, joka oli paranneltu versio ranskalaisen Edouard Branlyn kehittämästä niin sano­tusta kohe­reerista.

Kohereeri ­koostuu lasiputkesta, jonka sisällä on metallijauhetta ja kaksi metalli­elektrodia. Kun kohe­reeriin ei kohdistu sähkömagneettista säteilyä, metallijauhe on putkessa irrallaan eikä johda sähköä.

Kun jauhe magnetisoituu, metallihiukkaset kiinnittyvät toisiinsa ja alkavat johtaa sähköä, jolloin radioaalto muuntuu sähköimpulssiksi.

Marconin detektori oli läpimitaltaan 2,5- millimetrinen lasiputki, jonka sisällä oli tyhjiö. Putken sisällä oli kaksi hopeaelektrodia ja niiden välissä metallijauhetta.

Laite kuulostaa yksinkertaiselta, mutta Marconi kertoi, että hän joutui uurastamaan tuhat tuntia ennen kuin sai laitteen toimimaan.

Marconin onnistunut koe sai runsaasti julkisuutta ja häntä ylistettiin kaikialla. Jotkut epäilivät hänen huijanneen, mutta useimmat uskoivat äänen lähettämisen ilman halki pitkänkin matkan päähän olevan mahdollista.

Marconin kunniaksi järjestetyillä illallisilla luettiin ääneen onnittelukirje, jossa nuorta italialaista kehuttiin vuolaasti. Kirjeen kirjoittaja oli Nikola Tesla, kiistattoman lahjakas mutta omalaatuinen serbialaissyntyinen tiedemies.

Tuolloin 56-vuotias Tesla oli patentoinut lukuisia keksintöjä, joista monet olivat ratkaisevan tärkeitä radiolennättimen kehityksen kannalta.

Tesla oli myös ­lähettänyt ensimmäisen radiosignaalin jo paljon ennen Marconia, ja yksi hänen meneillään olevista hankkeistaan oli kehittää laite radiosignaalin lähettämiseen Coloradosta Yhdysvaltojen poikki itään ja edelleen Atlantin yli Pariisiin.

”Näyttää siltä, että Marconi ehti ensin”, Teslan työtoveri totesi kuultuaan Atlantin yli lähetetystä radiosignaalista.

”Marconi on kunnon nuorukainen. Jatkakoon hän työtään, hänhän käyttää 17:ää patenttiani”, Tesla vastasi.

Tesla oli varma, että jonain päivänä hänen keksintönsä toisivat hänelle mainetta ja mammonaa. Marconi oli kuitenkin se, joka rikastui kokeiluillaan, ja hän sai myös kunnian radion kehittämisestä.

Vuonna 1909 hän sai saksalaisen Karl Braunin kanssa fysiikan Nobelin palkinnon langattoman lennättimen kehittämisestä, vaikka hänen lennättimensä perustuikin pitkälti Teslan työhön.

© Polfoto/Granger

1: Sähkötysavain lähettää signaalin

Sähköimpulssi lähetetään sähkötysavainta painamalla.

© Polfoto/Granger

2: Kela vahvistaa signaalin

Impulssi kulkeutuu vastaanottokelalle, joka vahvistaa sitä entisestään.

© Polfoto/Granger

3: Kondensaattori varaa energiaa

Sähkövirta varastoituu kondensaattoriin, kunnes se voimistuu ja purkautuu lopulta kipinänä.

© Polfoto/Granger

4: Kipinä aiheuttaa radioaallon

Jännite synnyttää kahden kuparielektrodin välille kipinän, joka puolestaan saa aikaan sähkömagneettisen radioaallon.

© Polfoto/Granger

5: Antennilevy lähettää radioaallon

Radioaallot siirtyvät metallijohtimia pitkin antennilevyyn, josta ne kulkeutuvat ilman halki vastaanottimeen.

© David Sparvell

6: Antenni vastaanottaa signaalin

Vastaanottimen antenni tavoittaa radioaallon, jonka kondensaattori sitten vahvistaa.

© David Sparvell

7: Kohereeri muuttaa ääneksi

Magneettista metallijauhetta sisältävä kohereeri muuntaa radioaallon ääneksi, jota voidaan kuunnella kuulokkeilla.

Teoria ei kiinnostanut Marconia

Guglielmo Marconi syntyi varakkaan italialaisen Giuseppe Marconin ja irlantilaisen Annie Jamesonin perheeseen ja varttui Bolognassa Italiassa.

Hän oli kekseliäs ja utelias mutta laiska koulussa. Ainoastaan fysiikan käytännön kokeet kiinnostivat nuorta Guglielmoa, ja niinpä hänen äitinsä palkkasi hänelle fysiikan yksityisopettajan.

Kun Marconi ei saanut opiskelupaikkaa yliopistosta, ­hänen äitinsä järjesti hänelle mahdollisuuden opiskella yksityisesti fysiikan professori Augusto Righin johdolla.

Righi oli perehtynyt sähkömagnetismiin ja oli hyvin kiinnostunut saksalaisen Heinrich Hertzin sähkömagneettisiin aaltoihin liittyvästä tutkimuksesta. Nuori Marconi puolestaan vähät välitti teoriasta, mutta hän paloi halusta tehdä radioaalloilla käytännön kokeita.

Marconi teki ensimmäiset kokeensa vanhempiensa huvilalla vuonna 1894. Hän jäljitteli Hertzin yrityksiä ja otti vaikutteita myös Nikola Teslalta.

Sähkömagnetismista radiosignaaliksi

Sähkömagnetismin havaitseminen 1800-luvun alussa mahdollisti langattoman viestinnän kehityksen.

1820

Tanskalainen fyysikko H. C. Ørsted (1777–1851) havaitsi sähkömagnetismin eli sähkön ja magneettikenttien välisen yhteyden.

© digitaltmuseum.se

1821

Britti Michael Faraday (1791–1867) havaitsi, että sähköenergia voidaan muuttaa sähkömagnetismin avulla liike-energiaksi ja rakensi alkeellisen sähkömoottorin. Radio ja televisio perustuvat hänen havaintoihinsa.

Michael Faraday
© Wellcome Images

1886

Saksalainen Heinrich Hertz (1857–1894) todisti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon. Hän osoitti aaltojen kulkevan lähettäjältä vastaanottajalle ilman halki ilman johtimia.

Heinrich Rudolf Hertz
© Robert Krewaldt

1893

Serbialainen Nikola Tesla (1856–1945) luennoi keksinnöistään ja havainnoistaan Yhdysvalloissa ja todisti kuulijoilleen kokein, että radioaalloilla voitiin kuljettaa sähköisiä signaaleja.

Nikola Tesla
© Scanpix/Science Photo Library

1894

Tesla lähetti radiosignaalin laboratoriostaan New Yorkista noin 80 kilometrin päässä sijaitsevaan West Pointiin.

Nikola Tesla
© Wikimedia Commons

1894

Brittifyysikko Oliver Lodge (1851–1940) lähetti radiosignaalin yli 32 kilometrin päähän.

Oliver Lodge
© Wellcome Collection

1895

Guglielmo Marconi (1874–1937) lähetti ensimmäisen radiosignaalinsa noin kahden kilometrin päähän.

© Library of Congress

1897

Marconi perusti Wireless Telegraph Signal Company -yhtiön Lontoossa.

Wireless Telegraph Signal Company
© Flickr

1900

Tesla patentoi Yhdysvalloissa sähköenergiaa tuottavan järjestelmän ja sähköisen lähettimen. Marconi ”lainasi” kumpaakin keksintöä radiolaitteessaan.

© Wikimedia Commons

1901

Marconi lähetti ensimmäisenä langattoman signaalin Atlantin yli Englannista Yhdysvaltoihin.

Marconi modtager radiosignal fra England
© Scanpix/Science Photo Library

1904

Marconi sai Yhdysvalloissa patentin radiolaitteelleen, vaikka samat patenttihakemukset oli hylätty vain vuotta aikaisemmin.

© Shutterstock

1906

Radiota käytettiin ensi kertaa puhetta ja musiikkia sisältävän ohjelman lähettämiseen Massachusettsissa Yhdysvalloissa. Lähetys kuului Virginiassa saakka.

© Wikimedia Commons

1925

Tanskalaiset Peter Bang ja Svend Olufsen perustivat nimiään kantavan yrityksen ja alkoivat valmistaa radioita, kuten kuvan tyylikästä Beolit 39:ää.

Beolit-39-radio
© Wikimedia Commons

Tesla oli vuosina 1892 ja 1893 pitänyt Yhdysvalloissa sarjan luentoja sähkömagnetismin soveltamisesta viestintään. Luentoja oli julkaistu tieteellisissä lehdissä, joita Marconikin todennäköisesti luki.

Kesällä 1895 Marconin isoveli Alfonso vei radiovastaanottimen muutaman kilometrin päähän veljesten kotitalosta.

He sopivat, että jos ­Alfonso onnistuisi vastaanottamaan Guglielmon radiosignaalin, hän ampuisi merkiksi laukauksen ­kiväärillään. Guglielmo lähetti signaalin, ja pian hän kuuli laukauksen. Koe oli onnistunut!

Marconin koe ei ollut mikään suuri tieteellinen saavutus; jo edellisenä vuonna Tesla oli lähettänyt ­radiosignaalin New Yorkista 80 kilometrin päähän Hudsonjoen varrella sijaitsevaan West Pointiin.

Kunstige lyn i Nikola Teslas laboratorium

Tesla teki sähkövirralla lukuisia kokeita ja loi laboratoriossaan muun muassa keinotekoisia salamoita.

© Polfoto/Corbis

Annie Marconi oli kuitenkin haltioissaan poikansa kokeen onnistumisesta ja tarjosi tämän radiolaitetta Italian posti- ja lennätinlaitokselle.

Posti- ja lennätinlaitoksen torjuttua keksinnön ­Annie Marconi matkusti poikansa kanssa Britanniaan, missä tämän keksintö sai paremman vastaanoton.

Tesla joutui kaivamaan ojia

Siinä missä Marconi näytti onnistuvan kaikessa, häntä 18 vuotta vanhempi Tesla koki elämässään ja urallaan monenlaisia vaikeuksia.

Hän oli syntynyt Itävalta-Unkarissa serbialaiseen pappisperheeseen ja opiskeli vartuttuaan Prahan yliopistossa, kunnes perheen rahat loppuivat, ja hän joutui keskeyttämään opintonsa.Hän muutti Pariisiin, missä hän pääsi töihin keksijä Thomas Edisonin sähköyhtiöön.

Vuonna 1884 Tesla muutti Yhdysvaltoihin. Siellä hän pyrki Edisonin puheille ja esitti tälle esimiehensä Charles Bachelorin kirjoittaman suosituskirjeen, jossa luki: ”Parahin Edison. Tunnen kaksi suurmiestä. Sinä olet toinen, ja toinen on tämä nuorukainen.”

Teslan tulevaisuus näytti valoisalta. Hän teki yhteistyötä Edisonin kanssa, mutta irtisanoutui jonkin ajan kuluttua palkkaukseen liittyvien erimielisyyksien vuoksi.

Sitten hän perusti oman sähköyhtiön ja työskenteli ahkerasti, mutta ei osannut muuntaa keksintöjään rahaksi. Lopulta nerokas tutkija joutui hankkimaan elantonsa kaivamalla ojia kahden dollarin päiväpalkalla.

Teslan onneksi hän sai varakkaan tukijan ja pystyi jatkamaan tutkimustyötään. Vuonna 1898 Tesla esitteli New Yorkin Madison Square Gardeniin kokoontuneelle väkijoukolle radio-ohjattavan veneen.

Hän kehitteli myös radio-ohjattavia aseita, jotka toteutettiin vasta puoli vuosisataa myöhemmin.

Marconi niitti menestystä

Nuori Marconi menestyi Britanniassa erinomaisesti. Vuonna 1897 hän sai siellä radiolennättimelleen patentin, vaikka keksintö oli lähes identtinen Teslan vuonna 1893 kuvaileman laitteen kanssa.

Kun Marconi muutamaa vuotta myöhemmin yritti patentoida laitteensa Yhdysvalloissa, hänen hakemuksensa hylättiin sillä perusteella, että Tesla oli jo patentoinut vastaavan laitteen. Marconi yritti turhaan vakuutella, ettei hän tiennyt Teslan tutkimuksista.

”Marconi on aasi!” Nikola Tesla

Marconin lopullinen läpimurto oli radiosignaalin lähettäminen Englannin kanaalin yli vuonna 1899. Häntä alettiin pitää suurena keksijänä, ja Atlantin yli vuonna 1901 lähetetty radiosignaali vain vahvisti hänen mainettaan.

Kuin pisteenä i:n päälle Yhdysvaltain patenttiviranomaiset muuttivat syystä tai toisesta mielensä ja hyväksyivät vuonna 1904 Marconin langattoman radiolennättimen patenttihakemuksen.

Tesla sai tunnustusta kuoltuaan

Nikola Tesla yritti turhaan saada tunnustusta työstään radion kehittäjänä, mutta hän piti katkeruutensa enimmäkseen omana tietonaan. Vasta vuonna 1943 Yhdysvaltojen korkein oikeus päätti, että Tesla oli itse asiassa keksinyt radiolähettimen jo ennen Marconia, jonka oli täytynyt olla selvillä Teslan tutkimuksista.

Kumpikaan kilpakumppanuksista ei kuitenkaan ollut kuulemassa tuomiota, sillä Marconi oli kuollut sairauskohtaukseen 63-vuotiaana vuonna 1937.

Nikola Tesla puolestaan kuoli 86-vuotiaana tammikuussa 1943 – yhdeksän kuukautta ennen kuin hän vihdoin sai ansaitsemansa kunnian radion keksijänä.

Harva kuitenkaan tietää oikeuden päätöksestä, ja niinpä useimmat pitävät edelleen Marconia radion ”isänä”.