Güneş'in bir parçasını çalabilir miyiz?
Küçük bir uzay aracı boyundan beklenmeyecek bir cesaretle plazma fırtınalarına ve milyonlarca kilometre uzağa sıçrayan alev sütunlarına karşı koyarak Güneş'e yaklaşacak NASA'nın Pasadena Jet Propulsion Laboratuvarı mühendislerinden Jim Randolph son 10 yıldır küçük bir uzay aracı ile bir yıldıza gitme hayalleri kuruyor Ancak Rahdolph'un gözüne kestirdiği hedef herhangi bir yıldız değil Her türlü tehlikesine karşın Randolph'un amacı Güneş'e ulaşmak Bu araç, uzayda milyonlarca kilometre uzunluğunda akkor halindeki plazma halkalarından geçmek zorunda Bu uçuş sırasında araç, güneş yüzeyindeki yakıcı gazları, fırtınaları oluşturan Dünya büyüklüğünde tornadoları izleyecek Hatta yıldızdan bir parça bile çalabilecek Ayrıca olanaksız gibi görünmekle birlikte milyonlarca derece sıcaklığa da dayanmak zorunda Aslında Randolph üzerinde yıllarca çalıştığı bu projeyi yaşama geçirmek üzere
Bu ay NASA'nın bilim adamları biraraya gelerek, Solar Probe adı verilen bu araca yerleştirilecek donanımı ve sensorları seçecek Bütçesi onaylanan bu proje 6 yıl içinde uzay aracının tamamlanmasını öngörüyor
Bu yolculuk Güneş Sistemi'nin bugüne kadar bilinmeyen yönlerini gözler önüne serecek; Güneş'in plazma kabarcıklarını Dünya'ya doğru nasıl kustuğu, haberleşme uydularını çalışamaz hale getiren manyetik fırtınalarının ne zaman kopacağı hakkında tahminler yapmamızı kolaylaştıracak Yapacağı ölçümler yalnızca astronomların yıldızımızın fiziğini anlamasına değil, galaksimizde parıldayan milyarlarca diğer yıldızları da anlamasına yardım edecek
Randolph'un Solar Probe projesi ile ilgilenmesi tümüyle rastlantısaldır 1975 yılında yine Jet Propulsion Laboratuvarı'nda (JPL) NASA'nın Voyager misyonu üzerinde çalışıyordu O yıllarda İtalya, Padua Üniversitesi'nden astronom Guiseppe Colombo Jüpiter'in kütleçekiminden yararlanarak Güneş'in yörüngesine bir uzay aracının nasıl sokulacağı konusu üzerine bir araştırma raporu hazırlamıştı
JPL'nın İleri Çalışma Grubu Başkanı William O'Neill 'in dikkatini çeken bu rapor, JPL mühendislerinin önünde yeni bir pencere açtı Raporu Randolph'un önüne koyan O'Neill, tezde ileri sürülen görüşlerin ne kadar olanaksız görünürse görünsün incelenmesini talep etti
Projenin cazibesine anında kapılan Randolph, Güneş'e bu kadar yaklaşabilen bir uzay aracının sıcaklığa nasıl dayanacağı konusuna takılıp kaldı Bilim adamlarının ilk anda önerdiği çözüm koruyucu bir gölge oluşturan kalkandı Bu gölgeye Umbraadı veriliyordu Kalkan akkor haline gelse dahi sensorların ısınmaması gerekiyordu Her şey umbranın koruması altında kalmalıydıdiye konuşan Solar Probe projesi bilim damlarından Bruce Tsurutani , Bu gölge olmaz ise her şey buharlaşıp uçardiyor
Çetin müşteri
1970'li yılların sonlarına doğru Randolph, ısı kalkanının üretiminde kullanılacak malzemelerin dayanıklılık testlerinin yapılabilmesi için NASA'yı sponsorluğa ikna etti Randolph'un favorisi karbonkarbonadını verdiği sert, siyah kompozit malzemeydi Kalkan şöyle yapılıyordu: karbon fiberinden yapılmış bir kumaş, kalıbın içine seriliyor, daha sonra epoksi reçinesi ile ıslatılıyordu Reçine son aşamada fırında yakılıp yok ediliyordu Geriye şekilsiz karbon parçacıklarının birbirine bağladığı fiberler kalıyordu
Karbonkarbon oldukça sert, hafif ve yüksek sıcaklığa dayanıklıydı Böylece bu çalışmalar nükleer savaş başlıklarının üretiminde yol gösterici bir rol oynadı Dünya'nın atmosferine girerken çok ısınan nükleer savaş başlıkları aşırı sıcaklığa dayandığı sürece şeklini koruyabiliyordu Karbonkarbon ayrıca Dünya'ya geri dönerken uzay mekiğinin burun kısımlarını ve kanatlarını koruyordu
Ne var ki Solar Probe'u korumak apayrı bir konuydu Karbonkarbon kalkanı Güneş'in aşırı ısısına saatlerce dayanmak zorundaydı Randolph ve çalışma arkadaşları en dayanıklı karbonkorbonu bulmalıydılar Ancak her şeyden önce Güneş'in o muazzam gücünü Yeryüzü'nde yeriden oluşturmak gibi bir sorunla karşı karşıya idiler
Bu aşamada Fransızlarla işbirliğine gittiler 1980'li yılların başlarında Pireneler'de inşa edilmiş güneş fırınının içindeki vakum odasına bir parça karbonkarbon yerleştirdiler Fırın, vakum odasına kuvartz bir pencereden güneş ışığı gönderiyordu Ne var ki bu deneyler sırasında aksilikler ekibin peşini bırakmadı Fırının kuvartz camı sürekli kırılıyordu NASA ekibi deney sahasını terk etmek zorunda kaldı Randolph, bir anlamda buradan kovulduklarını ileri sürüyor Bir sonraki durakları Lockheed'in Colorado, Littleton'daki Martin Vortek Tesisleri'ydi Burada güneş ışığını simüle etmek için yapay ışıklardan yararlanıyorlardı
Bu arada Randolph kalkanın şekli üzerinde duruyordu Uzay aracı aşağı yukarı silindirik olacağına göre, kalkanın da dairesel olması gerekmez miydi? Fakat Dünya'ya veri iletmek için araca takılacak olan telsiz anteni sorun yaratacaktı Anteni gölge altında tutmak için aracın şekli üzerinde oynayıp duran bilim adamları, bir türlü akılcı bir çözüm bulamıyordu
Derken, bundan yaklaşık 8 yıl önce Randolph'un aklına çok parlak bir fikir geldi Isı kalkanı niçin anten olarak kullanılmasın? Ancak burada da bir sorunla burun buruna geldi Solar Probe, sensorları korumak için kalkanı Güneş'e doğru çevirmeliydi Ancak anten Güneş'e doğru yönlendirilirse, Yeryüzü'ne nasıl veri gönderecekti?
Bir gün öğle yemeğinde Randolph bu sorunu bir meslektaşı ile tartışırken, peçetelerden birinin arkasına ısı kalkanının ürettiği gölgeyi temsil eden konik bir şekil çizdi O anda aklına parlak bir fikir geldi Koniği bir çizgi ile böldü; ortaya çıkan kesik parçanın ön yüzünden görünümünü çizdi Randolph o günkü buluşunu şöyle özetliyor:Elde ettiğim şekil bir elipsti
Kalkana, dairesel değil de eliptik bir şekil verirse kalkanın yine de dairesel gölge vereceğini keşfeden Randolph, kalkanın ön tarafta bir açı çizerek yerleştirilmesi gerektiğini ortaya çıkarttı Böylece araç Güneş'e dik olarak yaklaşabilecekti Tasarım üzerinde biraz daha oynayınca Randolph elipsi üç boyutlu parabole dönüştürdü Ortaya televizyon uydularında kullanılan çanak antenlere benzer bir şekil çıktı Sonuçta 24 metre yüksekliğinde bir parabolün verileri kenardan dünyaya iletebileceği ve aynı zamanda Solar Probe üzerine de dairesel bir gölge düşüreceği anlaşıldı Randolph bu şekli şöyle tanımlıyor:Güneş kalkanı gördüğünüz en tuhaf şekil olarak karşımıza çıktı Kimse bu kadar tuhaf bir şekli akıl edemezdi
Randolph'un ekibi kalkanın koruma kapasitesini artırmak için dış yüzeyine sert ve parlak bir görünüm kazandırmak istedi Dış kaplama için karbonkarbonu fırına koyarak metan gazı ile doldurdular Randolph bu işlemi şöyle anlatıyor: Metanın içindeki karbon, karbonkarbonun içinde birikinti oluşturdu Daha doğrusu gözenekleri doldurdu Ancak bu kaplamanın niçin kalkanı soğuttuğunu hâlâ anlamış değiliz Açık konuşmak gerekirse burada olup biteni moleküler düzeyde açıklamakta zorlanıyoruz
Kör eden gaz
Tasarımın doğru olmaması durumunda tüm misyon tehlikeye girebilir Araç güneşe yaklaştıkça, Dünya yüzünde aldığımız güneş enerjisinin 3000 katına maruz kalacak Eğer bu yoğun sıcaklık kalkanın yalnızca üst katmanını buharlaştırsa bile buradan çıkan gaz parçacıkları aracın sensorlarını bozmaya yetecek
Neyse ki araştırmacıların bu ve bunun gibi sorunları giderecek zamanları var Kalkan iki yıl içinde üretilmeyeceği gibi, NASA da Solar Probe'u 2007 yılından önce fırlatmayı düşünmüyor Önce Satürn'e doğru yol alacak olan uzay aracı, daha sonra 2010 yılında Güneş'in çevresinde ilk geçişini yapacak Bu tarihte Güneş lekesi faaliyetlerinin zirveye çıkacağı tahmin ediliyor Daha sonra 2019 yılında Güneş'e en yakın konuma girecek Bu iki ziyaret bilim adamlarına Güneş atmosferini veya korona değişikliklerini inceleme fırsatı verecek
NASA'nın GüneşDünya Bağlantı Programı direktörü George Withroe , bu kadar uzun bir gecikmeye karşın NASA'nın bu projeye çok önem verdiğini belirtiyor Kurumun bu projeyi hızlandırmamasının arkasında yatan gerekçelerin başında, teknolojik gelişmelerin sorunları temelinden çözümleyeceğine olan inanç yatıyor 2000 yılında misyona ayrılan bütçenin 15 milyon dolar, 2001 yılında ise 2 milyon dolar olacağını söyleyen Withroe, ileride bütçenin koşullara göre artacağına dikkat çekiyor
NASA bilim adamları 1996 yılında araca yerleştirilecek araç gereç konusunda görüşlerini bildirmeye başladılar Geçen yılın sonlarına doğru NASA'nın çağrısına yanıt veren bilim adamları, misyona dahil edilmesini arzu ettikleri aygıtların listesini gönderdiler Bunlar manyetometre, spektrograf, parça dedektörleri gibi cihazları içeriyor Uzay aracında olmazsa olmazsınıfına giren en önemli donanım, bazı bilim adamlarına göre, koronanın yıldız tozlarınıyakalayacak olan plazma kolektörü Periskop benzeri kolektör aracın gövdesinden biraz dışarı çıkacak ve plazma parçacıkları üzerine elektrik verilmiş telden yapılmış bir ağa yapışacak Bu da elektrik yüklü parçacıklar için ayna vazifesi görecek Parçacıklar ağa girdiği zaman spektrometre bunların enerjisini ölçecek ve yapısını saptayacak
Solar Probe, ayrıca küçük kameralarla Güneş'in yüzeyinin fotoğraflarını çekecek Yanmasını önlemek için kameralar kalkanın arkasına yerleştirilecek Bunların kaydedeceği görüntüler küçük olamakla birlikte çok önemli ayrıntıları göz önüne serecek
Sensorlar Güneş'in şaşırtıcı davranışları hakkında çok önemli bilgiler saptayacaklar Örneğin, Güneş'in kutuplarına doğru manyetik alanlar nasıl hareket ediyor? Koronanın ayrıntılı yapısı, Güneş'in içinde olup biten faaliyetler hakkında ne kadar bilgi verebilecek? Güneş rüzgarlarının kaynağı ne?
Bütün bu bilgilerin ışığında Probe modern zamanların İkarus'u mu olacak? Randolph bu konuda farklı düşünüyor:Son 20 yıldır bu projenin İkarus'a dönüşmemesi için gayret sarf ediyoruz Güneş hakkında elde ettiğimiz bilgiler günlük yaşantımızda çok şeyi değiştirecek
Reyhan Oksay
Kaynak: New Scientist, 20 Ocak 2001
(genbilim)
Küçük bir uzay aracı boyundan beklenmeyecek bir cesaretle plazma fırtınalarına ve milyonlarca kilometre uzağa sıçrayan alev sütunlarına karşı koyarak Güneş'e yaklaşacak NASA'nın Pasadena Jet Propulsion Laboratuvarı mühendislerinden Jim Randolph son 10 yıldır küçük bir uzay aracı ile bir yıldıza gitme hayalleri kuruyor Ancak Rahdolph'un gözüne kestirdiği hedef herhangi bir yıldız değil Her türlü tehlikesine karşın Randolph'un amacı Güneş'e ulaşmak Bu araç, uzayda milyonlarca kilometre uzunluğunda akkor halindeki plazma halkalarından geçmek zorunda Bu uçuş sırasında araç, güneş yüzeyindeki yakıcı gazları, fırtınaları oluşturan Dünya büyüklüğünde tornadoları izleyecek Hatta yıldızdan bir parça bile çalabilecek Ayrıca olanaksız gibi görünmekle birlikte milyonlarca derece sıcaklığa da dayanmak zorunda Aslında Randolph üzerinde yıllarca çalıştığı bu projeyi yaşama geçirmek üzere
Bu ay NASA'nın bilim adamları biraraya gelerek, Solar Probe adı verilen bu araca yerleştirilecek donanımı ve sensorları seçecek Bütçesi onaylanan bu proje 6 yıl içinde uzay aracının tamamlanmasını öngörüyor
Bu yolculuk Güneş Sistemi'nin bugüne kadar bilinmeyen yönlerini gözler önüne serecek; Güneş'in plazma kabarcıklarını Dünya'ya doğru nasıl kustuğu, haberleşme uydularını çalışamaz hale getiren manyetik fırtınalarının ne zaman kopacağı hakkında tahminler yapmamızı kolaylaştıracak Yapacağı ölçümler yalnızca astronomların yıldızımızın fiziğini anlamasına değil, galaksimizde parıldayan milyarlarca diğer yıldızları da anlamasına yardım edecek
Randolph'un Solar Probe projesi ile ilgilenmesi tümüyle rastlantısaldır 1975 yılında yine Jet Propulsion Laboratuvarı'nda (JPL) NASA'nın Voyager misyonu üzerinde çalışıyordu O yıllarda İtalya, Padua Üniversitesi'nden astronom Guiseppe Colombo Jüpiter'in kütleçekiminden yararlanarak Güneş'in yörüngesine bir uzay aracının nasıl sokulacağı konusu üzerine bir araştırma raporu hazırlamıştı
JPL'nın İleri Çalışma Grubu Başkanı William O'Neill 'in dikkatini çeken bu rapor, JPL mühendislerinin önünde yeni bir pencere açtı Raporu Randolph'un önüne koyan O'Neill, tezde ileri sürülen görüşlerin ne kadar olanaksız görünürse görünsün incelenmesini talep etti
Projenin cazibesine anında kapılan Randolph, Güneş'e bu kadar yaklaşabilen bir uzay aracının sıcaklığa nasıl dayanacağı konusuna takılıp kaldı Bilim adamlarının ilk anda önerdiği çözüm koruyucu bir gölge oluşturan kalkandı Bu gölgeye Umbraadı veriliyordu Kalkan akkor haline gelse dahi sensorların ısınmaması gerekiyordu Her şey umbranın koruması altında kalmalıydıdiye konuşan Solar Probe projesi bilim damlarından Bruce Tsurutani , Bu gölge olmaz ise her şey buharlaşıp uçardiyor
Çetin müşteri
1970'li yılların sonlarına doğru Randolph, ısı kalkanının üretiminde kullanılacak malzemelerin dayanıklılık testlerinin yapılabilmesi için NASA'yı sponsorluğa ikna etti Randolph'un favorisi karbonkarbonadını verdiği sert, siyah kompozit malzemeydi Kalkan şöyle yapılıyordu: karbon fiberinden yapılmış bir kumaş, kalıbın içine seriliyor, daha sonra epoksi reçinesi ile ıslatılıyordu Reçine son aşamada fırında yakılıp yok ediliyordu Geriye şekilsiz karbon parçacıklarının birbirine bağladığı fiberler kalıyordu
Karbonkarbon oldukça sert, hafif ve yüksek sıcaklığa dayanıklıydı Böylece bu çalışmalar nükleer savaş başlıklarının üretiminde yol gösterici bir rol oynadı Dünya'nın atmosferine girerken çok ısınan nükleer savaş başlıkları aşırı sıcaklığa dayandığı sürece şeklini koruyabiliyordu Karbonkarbon ayrıca Dünya'ya geri dönerken uzay mekiğinin burun kısımlarını ve kanatlarını koruyordu
Ne var ki Solar Probe'u korumak apayrı bir konuydu Karbonkarbon kalkanı Güneş'in aşırı ısısına saatlerce dayanmak zorundaydı Randolph ve çalışma arkadaşları en dayanıklı karbonkorbonu bulmalıydılar Ancak her şeyden önce Güneş'in o muazzam gücünü Yeryüzü'nde yeriden oluşturmak gibi bir sorunla karşı karşıya idiler
Bu aşamada Fransızlarla işbirliğine gittiler 1980'li yılların başlarında Pireneler'de inşa edilmiş güneş fırınının içindeki vakum odasına bir parça karbonkarbon yerleştirdiler Fırın, vakum odasına kuvartz bir pencereden güneş ışığı gönderiyordu Ne var ki bu deneyler sırasında aksilikler ekibin peşini bırakmadı Fırının kuvartz camı sürekli kırılıyordu NASA ekibi deney sahasını terk etmek zorunda kaldı Randolph, bir anlamda buradan kovulduklarını ileri sürüyor Bir sonraki durakları Lockheed'in Colorado, Littleton'daki Martin Vortek Tesisleri'ydi Burada güneş ışığını simüle etmek için yapay ışıklardan yararlanıyorlardı
Bu arada Randolph kalkanın şekli üzerinde duruyordu Uzay aracı aşağı yukarı silindirik olacağına göre, kalkanın da dairesel olması gerekmez miydi? Fakat Dünya'ya veri iletmek için araca takılacak olan telsiz anteni sorun yaratacaktı Anteni gölge altında tutmak için aracın şekli üzerinde oynayıp duran bilim adamları, bir türlü akılcı bir çözüm bulamıyordu
Derken, bundan yaklaşık 8 yıl önce Randolph'un aklına çok parlak bir fikir geldi Isı kalkanı niçin anten olarak kullanılmasın? Ancak burada da bir sorunla burun buruna geldi Solar Probe, sensorları korumak için kalkanı Güneş'e doğru çevirmeliydi Ancak anten Güneş'e doğru yönlendirilirse, Yeryüzü'ne nasıl veri gönderecekti?
Bir gün öğle yemeğinde Randolph bu sorunu bir meslektaşı ile tartışırken, peçetelerden birinin arkasına ısı kalkanının ürettiği gölgeyi temsil eden konik bir şekil çizdi O anda aklına parlak bir fikir geldi Koniği bir çizgi ile böldü; ortaya çıkan kesik parçanın ön yüzünden görünümünü çizdi Randolph o günkü buluşunu şöyle özetliyor:Elde ettiğim şekil bir elipsti
Kalkana, dairesel değil de eliptik bir şekil verirse kalkanın yine de dairesel gölge vereceğini keşfeden Randolph, kalkanın ön tarafta bir açı çizerek yerleştirilmesi gerektiğini ortaya çıkarttı Böylece araç Güneş'e dik olarak yaklaşabilecekti Tasarım üzerinde biraz daha oynayınca Randolph elipsi üç boyutlu parabole dönüştürdü Ortaya televizyon uydularında kullanılan çanak antenlere benzer bir şekil çıktı Sonuçta 24 metre yüksekliğinde bir parabolün verileri kenardan dünyaya iletebileceği ve aynı zamanda Solar Probe üzerine de dairesel bir gölge düşüreceği anlaşıldı Randolph bu şekli şöyle tanımlıyor:Güneş kalkanı gördüğünüz en tuhaf şekil olarak karşımıza çıktı Kimse bu kadar tuhaf bir şekli akıl edemezdi
Randolph'un ekibi kalkanın koruma kapasitesini artırmak için dış yüzeyine sert ve parlak bir görünüm kazandırmak istedi Dış kaplama için karbonkarbonu fırına koyarak metan gazı ile doldurdular Randolph bu işlemi şöyle anlatıyor: Metanın içindeki karbon, karbonkarbonun içinde birikinti oluşturdu Daha doğrusu gözenekleri doldurdu Ancak bu kaplamanın niçin kalkanı soğuttuğunu hâlâ anlamış değiliz Açık konuşmak gerekirse burada olup biteni moleküler düzeyde açıklamakta zorlanıyoruz
Kör eden gaz
Tasarımın doğru olmaması durumunda tüm misyon tehlikeye girebilir Araç güneşe yaklaştıkça, Dünya yüzünde aldığımız güneş enerjisinin 3000 katına maruz kalacak Eğer bu yoğun sıcaklık kalkanın yalnızca üst katmanını buharlaştırsa bile buradan çıkan gaz parçacıkları aracın sensorlarını bozmaya yetecek
Neyse ki araştırmacıların bu ve bunun gibi sorunları giderecek zamanları var Kalkan iki yıl içinde üretilmeyeceği gibi, NASA da Solar Probe'u 2007 yılından önce fırlatmayı düşünmüyor Önce Satürn'e doğru yol alacak olan uzay aracı, daha sonra 2010 yılında Güneş'in çevresinde ilk geçişini yapacak Bu tarihte Güneş lekesi faaliyetlerinin zirveye çıkacağı tahmin ediliyor Daha sonra 2019 yılında Güneş'e en yakın konuma girecek Bu iki ziyaret bilim adamlarına Güneş atmosferini veya korona değişikliklerini inceleme fırsatı verecek
NASA'nın GüneşDünya Bağlantı Programı direktörü George Withroe , bu kadar uzun bir gecikmeye karşın NASA'nın bu projeye çok önem verdiğini belirtiyor Kurumun bu projeyi hızlandırmamasının arkasında yatan gerekçelerin başında, teknolojik gelişmelerin sorunları temelinden çözümleyeceğine olan inanç yatıyor 2000 yılında misyona ayrılan bütçenin 15 milyon dolar, 2001 yılında ise 2 milyon dolar olacağını söyleyen Withroe, ileride bütçenin koşullara göre artacağına dikkat çekiyor
NASA bilim adamları 1996 yılında araca yerleştirilecek araç gereç konusunda görüşlerini bildirmeye başladılar Geçen yılın sonlarına doğru NASA'nın çağrısına yanıt veren bilim adamları, misyona dahil edilmesini arzu ettikleri aygıtların listesini gönderdiler Bunlar manyetometre, spektrograf, parça dedektörleri gibi cihazları içeriyor Uzay aracında olmazsa olmazsınıfına giren en önemli donanım, bazı bilim adamlarına göre, koronanın yıldız tozlarınıyakalayacak olan plazma kolektörü Periskop benzeri kolektör aracın gövdesinden biraz dışarı çıkacak ve plazma parçacıkları üzerine elektrik verilmiş telden yapılmış bir ağa yapışacak Bu da elektrik yüklü parçacıklar için ayna vazifesi görecek Parçacıklar ağa girdiği zaman spektrometre bunların enerjisini ölçecek ve yapısını saptayacak
Solar Probe, ayrıca küçük kameralarla Güneş'in yüzeyinin fotoğraflarını çekecek Yanmasını önlemek için kameralar kalkanın arkasına yerleştirilecek Bunların kaydedeceği görüntüler küçük olamakla birlikte çok önemli ayrıntıları göz önüne serecek
Sensorlar Güneş'in şaşırtıcı davranışları hakkında çok önemli bilgiler saptayacaklar Örneğin, Güneş'in kutuplarına doğru manyetik alanlar nasıl hareket ediyor? Koronanın ayrıntılı yapısı, Güneş'in içinde olup biten faaliyetler hakkında ne kadar bilgi verebilecek? Güneş rüzgarlarının kaynağı ne?
Bütün bu bilgilerin ışığında Probe modern zamanların İkarus'u mu olacak? Randolph bu konuda farklı düşünüyor:Son 20 yıldır bu projenin İkarus'a dönüşmemesi için gayret sarf ediyoruz Güneş hakkında elde ettiğimiz bilgiler günlük yaşantımızda çok şeyi değiştirecek
Reyhan Oksay
Kaynak: New Scientist, 20 Ocak 2001
(genbilim)