Yapay Yer Çekimi Nedir ve Nasıl Çalışır?

Yapay yerçekimine sahip konsept tasarım. (copyright:SPL)

Uzay ve uzay yolculuğuna olan ilgi çekilen filmlerin de etkisiyle artmakta, ve bu durum da bu gibi filmlerde görülen konseptlerin ne kadar uygulanabilir olduğu sorusunun sık sık sorulmasına neden oluyor. Bu yazıda Interstellar filminde de konu edilen yapay yer çekimli uzay araçlarının ne kadar mantıklı olduğuna bir göz atalım. 

Uzay yolculuklarında yer çekimi etkisi olmadığı için bu tür seyahatlere çıkacak olan insanların uzun dönemde kemik erimesi ve kas kütlesi kaybı gibi sorunlarla karşılaşması da kaçınılmaz oluyor. Bu etkilerin giderilmesi ya da en azından azaltılması için uluslar arası uzay istasyonundaki (ISS) mürettebat belli aralıklarla egzersiz yapmaktadır. Ancak bu egzersizler gene de tam olarak bir çare değildir. 

Koşu bandında egzersiz yapan astronot

Eğer uzun süre yer çekimi olmayan bir ortamda yaşamak zorunda kalacaksanız yapay yer çekimi oluşturmanın bir yolunu ararsınız. Pek çok filmde bu durumun çözümü için nasıl çalıştığı belli olmayan yapay yer çekimi cihazları jokeri kullanılır. Gerçekte ise yapay yer çekimi oluşturmak zahmetli bir iştir, ancak gene de birkaç yolu vardır.

Uçuk Fikirler

Bunlardan biri doğrusal ivmelenme ile yapay yer çekimidir. Araç sürekli hız kazanarak içindeki objeler üzerinde gidiş yününün tersine bir güç uygular. Aniden hızlanan bir arabanın içinde hissettiğiniz olaydır. Sadece bu olayın sürekli olduğunu düşünün. Ancak bir aracın hızlanabileceği maksimum bir limit olduğundan ve yörüngesel mekanik gereği böyle bir aracın kullanım alanı uzun yıldızlar arası seyahatin belli aralıkları ile kısıtlanmaktadır.

Bir diğer önerilen yöntem Maddenin diyamanyetik ya da paramanyetik özelliğinden yararlanarak yapay yer çekimi oluşturmaktır. Diyamanyetik maddeler çok güçlü manyetik alanlar tarafından itilir, paramanyetik maddeler ise çekilirler. Normal manyetizma ile farkarı (ferromanyetizma) oluşan kinetik etkinin küçüklüğüdür. Yani bir demir parçası ile mıknatıs arasındaki ilişki yanında yok denecek kadar azdır. Bu sebeple bu şekilde çakışacak bir uzay aracının çok güçlü mıknatıslar bulundurması gerekir.

Pek olası görünmeyen bir diğer yöntem ise kütleçekimsel elektromanyetizma ile işleyen yapay yer çekimidir. Einstein'ın kütleçekim formülleri ile Maxwell'in alan eşitliği formülleri arasındaki benzerliklerden faydalanarak bir kinetik etki yaratma fikrine dayanır. Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) bu alandaki araştırmaları sürmektedir.

Başka en azından yakın zamanda olası görünmeyen hipotez ise Higgs alanını maniple ederek yapay yer çekimi oluşturmaktır. Ancak bunu gerçekleştirebilmek için daha çok araştırma yapılması gerekmektedir.

Dönen Habitüasyon Modüleri

Bu fikrin şu ana kadar gerçekleşmemiş olmasının en büyük sebebi mali yetersizliklerdir. NASA'nın bu alanda bazı çalışmaları olmuştur, ancak uluslararası uzay istasyonundaki çalışmaların hepsinin sıfır yerçekimi araştırması olması yüzünden hepsi rafa kaldırılmıştır. 

Bu durum gene de bilim kurguda benzer tasarımların kullanılmasına engel olmamıştır. Bunların en güzel örneklerinden biri 2001: A Space Odyssey adlı Hal isimli yapay zekası ile ünlü filmde görülmüştür. 

"2001: A Space Oddessey" adlı filmdeki uzay istasyonu "Space station V" 

Yine yapay yer çekimi ile işleyen bir aracın olduğu diğer bir film ise Interstellar filminde adı geçen Endurance adlı uzay aracıdır. Farkı bir uzy istasyonu olmamasıdır, Satürn'ün yörüngesindeki bir solucan deliğinden geçerek başka bir galaksiye gider.

"Interstellar" filmindeki "Endurance" uzay aracı

Şimdi bu araçların nasıl olup ta çalıştığına bir göz atalım.

Merkezkaç Kuvveti

Bir cismin bir merkez etrafında ona bağlı bir şekilde  dönmesi ile cisim üzerinde oluşan etkiye verilen addır. Cismin eylemsizliğinden dolayı kaynaklanır. Bir cisim üzerindeki merkezkaç kuvveti F_mk=m.V²/r formülü ile hesaplanır. Burada m kütle, V cismin hızı ve r de cisim ile etrafında döndüğü merkez arasındaki uzaklıktır.  Küçükken ipe bağladıktan sonra elinize alıp hızlıca kendi etrafınızda çevirdiğiniz nesnelerde görülen olaydır. Eğlence parklarında gördüğünüz bazı oyuncaklar da aynı prensiple çalışır.

Peki ama nasıl çalışacak?

Uzayda bir cismin kendi etrafında kontrollü bir şekilde dönmesini sağlamak zor olabilir. Eğer ağırlıkta ufak bir dengesizlik bile olsa araç yalpalamaya başlayacaktır. İçine tuğla atılan çamaşır makinesini düşünün. Bu durumu düzeltmek için çok hassas dengeleyici ayarlanabilir ağırlıklar gerekecektir. Bu sağlanmadığı durumda tehlikeli durumlar oluşur. 

Endurance dönüş mekanizması

Kendi etrafında dönüşü nasıl sağladığınız da önemli bir konudur. İlk akla gelen şey bunu küçük iticilere sağlamak olabilir. İlk ateşlemeden sonra dönüş devam eder, ancak aracın bağlı olduğu bir merkezi varsa sürtünmeden dolayı yavaşlama olabilir. Bu da dönüşü sağlamak için daha fazla yakıt gerektirir. Yine dönüşü sağlamak için elektrik motorları da kullanılabilir. Bu durumda ise bağlantı noktalarındaki aşınma yüzünden düzenli bakım gerekecektir.

Bahsedilmesi gereken başka bir durum da içinde yaşayacakların hissedeceği etkilerdir. Dönme etkisinin kişi üzerinde etki yaratmaması için merkezden olan uzaklığın çok fazla olması gerekmektedir. Bu yüzden aracın çapının 60 metreden büyük olması gerekmektedir. Bu durumda bile "Space Station V" gibi dairesel değil de "Endurance" gibi düzgün onikigen bir şekil sorun oluşturabilir. Uzandığınızda merkeze göre başınızın ve ayaklarınızın ayrı etkiye maruz kalması yüzünden ufak bir iki uçtan çekiliyormuşçasına bir etki yaşamak ta mümkündür.

Resme tıklayarak büyütebilirsiniz

Resimde görülen birinci şekilde düz bir platform üzerinde duran bir insan görülmektedir. Platformun ortasında durduğu için herhangi ters kuvvet tarafından eklenmemektedir. 

İkinci figür ise düz bir platform üzerinde merkeze açı yapacak şekilde kenarda durmaktadır. Durduğu noktada yokuş aşağı yürüyormuş gibi bir etki hissedecektir. 

Üç numaralı figürde ise durmakta olduğu zemin oval olduğu için hareket ettiğinde bir gariplik hissetmeyecektir. 

Dört numaralı yatmakta olan figür ise ayakları ve kafasına uygulanan kuvvetlerin açısı sebebi ile aşağıdan ve yukarıdan çekiliyormuş gibi hissedecektir. Aracın dönüş eksenine dik bir şekilde (yanlamasına) yatıldığında etki eden kuvvetler azalacaktır.

Bu dibi etkiler aracın büyüklüğü artıkça azalır, yine aracın büyüklüğü azaldıkça artar. Bu gibi etkilere çok uzun süreler boyunca maruz kalındığında ne gibi yan etkiler görülebileceği bilinmemektedir.

Mars'a ve ötesine er geç gitmesi gereken türümüzün önünde keşfedilmesi gereken daha çok teknoloji bulunmaktadır. Tüm gereken biraz merak ve cesarettir. Yapay yer çekimi teknolojisi de yukarıda bahsedilen yöntemlerden biri olsun olmasın bu yolda gerekli ve önemli bir adımlardan biridir.

C. Caner Telimenli

Kaynakça:

BBC

http://www.bbc.com/future/story/20130121-worth-the-weight 

Intelstellar Wikia

http://interstellarfilm.wikia.com/wiki/Endurance

Wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_Probe_B

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetism

http://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gravity

http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force

SPACE.com

http://www.space.com/19290-private-inflatable-space-station-bigelow.html

Sonun Başlangıcı Belgeseli Üzerine bir Değerlendirme

Böyle bir şeyin olma olasılığını gözardı edersek aşağıdaki gibi sorunlar yine de engel teşkil edecektir;

Sorun 1:
 İnsanlığın kaderini ve tek şansını milyonlarca kilometre öteden yapılmış tahminlere dayanarak rastgele bir sisteme gönderme fikri KESİNLİKLE kabul edilemez. Düşünün, gideceğiniz yerde üstüne inebileceğiniz bir gezegen olup olmadığını bilmiyorsunuz! Ne kadar güçlü bir teleskop olursa olsun size orası hakkında her şeyi söylemeyecektir. Bu şekilde şansına güvenerek yola çıkmayı düşünüyorsanız oturup nötron yıldızını beklemek daha iyi bir fikirdir. Yok eğer hayatta kalacaksanız ve güneş sisteminde bir yere kaçamayacağımız da kesin ise Gliese 581 gibi dünya benzeri gezegeni olabilecek sistemlere araçlar gönderip keşif yapmamız gerekecek. Bu gibi sistemlerin ortalama 20 ışıkyılı uzaklıkta olduğunu var sayarak yapacağımız keşif araçlarının yapım aşaması hariç gidişi ve bize sinyal göndermesi en az 40 küsür sene sürer. Sonuçta oraya kadar gidip hiçbir şey bulamamak var ve bu yüzden birkaç araç yapıp farklı sistemlere göndermek gerekecek. Aynı anda birkaç keşif aracı artı yıldız gemisi inşası aynı anda nasıl yapılacak?

Sorun 2:
 Bu gemileri yaptığınızı var sayalım. Peki bu gemileri nasıl uzaya taşıyacaksınız? Gezegende yapıp uzaya taşımak bu gemileri uzayda yapmak kadar pahalı olacaktır. Hele hele dünya yok oluşun eşiğindeyken birçok ülke ve ekonomi çökerken parçaları yörüngeye taşıyacak roketlerin yakıtı da dahil herhangi bir kaynağın bu büyüklükte bir proje için hala ulaşılabilir olacağını düşünmek en hafif ifadeyle ÇOCUKÇA düşünmek olur.Tek olası çözüm gelişmiş bir uzay madenciliği sistemiyle tüm ihtiyaçları uzayda karşılayıp üretimi uzayda yapmak olacaktır. Ancak uzay madenciliği sektörü oluşturmak zaman alacaktır.

 Belgeselde de anlatıldığı gibi o kadar insan içinde küçük bir grubu kurtaracak bir gemi bir çözüm değil zaman kaybı olacaktır. Çünkü bu multikatrılyonluk gemi bir ICBM ile ortadan kaldırılabilir. Bunu engellemek için hepsi olmasa bile olabildiğince fazla insanı kurtaracak projeler üretilmelidir.Bu projelerin bu yüzden bu belgeseldeki hayal gücünden yoksun sıradan çözümlerin aksine sıra dışı ve hayal gücünü zorlayan çözümler sunulması gerekmektedir. İnsanlık tarihi boyunca zor durumlarda bizi kurtaran sıra dışı düşünme kabiliyetimiz olmuştur. Bunun gibi günü kurtaracak (bu durumda bi kısım insanı) çözümler gerçek birer çözüm değildir.

 Bunlar dışında daha birçok sorun var ve bu sorunlar hakkında çok kafa yorulabilir. Ancak şunu söyleyebilirim ki dünyanın başına bunun gibi bir felaket gelecek olursa bu belgeseldekinden çok daha etraflıca düşünülmüş bir plan hazırlamamız gerekmektedir.

C. Caner Telimenli

NASA'nın iklim değişikliği tahminleri 2008-2099

Güneş Sistemi Dışına Çıkan İlk Uydu

Güneş Sistemi dışına çıkan ilk uydu 35 yıl önce uzaya fırlatılan Voyager 1 uydusu oldu. Voyager 1, gelen son veriler verilere göre Güneş'in ve Güneş sisteminin sınırlarını belirleyen heliyosferin etkisinden çıkıp yıldızlararası ortama girmiş bulunuyor.
Heliyosfer, Güneş merkezli ve Güneş rüzgarının oluşturduğu yüksek enerjili parçacıkların etkin olduğu bir büyük balon olarak görülebilir. Bu sanal balonun dışına çıkılınca Samanyolu gökadasında  yıldızlararası gaz ve toz parçacıklarının oluşturduğu ortamın bulunduğu varsayılıyor.
Voyager 1 uydusundan gelen veriler 25 Ağustos 2012'de ani bir değişiklik göstermişti. Uydu o zaman Güneşten 18 milyar km uzaklıktaydı. Heliyosfer sınırında sıkışmış olarak bulunduğuna  inanılan kaynağı belirsiz (anamolous) kozmik ışınların şiddeti birdenbire %99 azalarak neredeyse sıfıra yaklaşmıştı. Bunun hemen arkasından galaktik kozmik ışınların, yani Güneş sistemine dışardan gelen kozmik ışınların şiddeti fırlatılıştan beri görülmeyen en yüksek düzeylere ulaştı. Bu düzeyler daha önce ölçülenlerin iki katıydı.

Buluşlar Geophysical Reserach Letters bilimsel dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi. Konu uzmanlarından New Mexico Eyalet Üniversitesinde astronomi profesörü Bill Webber'in sözleriyle, "Belirsiz kaynaklı sıkışmış kozmik ışınların birden azalması ve galaktik kozmik ışınların birden artması, beklendiği gibi heliyosfer sınırına gelindiğini gösterir." demektedir.
Makalenin yazarları ayrıca, hidrojen ve helyum spektral çizgilerindeki değişimin heliyosferin bittiğini belirleyen diğer bir kanıt olduğunu yazmaktalar. Ancak Webber ve bazı gökbilimciler heliyosferin dışına çıkıldığını kabul etmekle birlikte, acaba tam yıldızlararası ortama girildiği kabul edilebilir mi diye sormaktalar. Belki arada bulunan henüz bilinmeyen yeni bir geçiş ortamı da olabilir demekteler.

Ancak her durumda insanlık tarihinde ilk kez bir insan yapısı aracın Güneş Sistemi dışına çıktığı kayıtlara geçmiş bulunuyor.

(bilimania)

Robonot’tan sekiz ayaklı Spidernot’a geçiş yapılanması

NASA, sahip oldukları ve uzayda var olan çalışmalarda kullandıkları Robonot robotik sistemlerine artı donanım eklemeyi düşünüyor. Böylece sistemi birden fazla ayağa sahip Spidernot projesi haline çevirmek hedefleniyor.  

(Bilim.org)

Tarihi Fotoğraf

 Astronomi dünyası bugün tarihi dakikalara sahne olacak. Satürn’ün yörüngesindeki uzay aracı Cassini, gaz devinin arkasında Dünya’yı fotoğraflayacak. 15 dakika sürecek olan fotoğraflama süreci, TSİ 00.27’de başlayacak. Cassini'ye, Merkür'ün yörüngesindeki Messenger uzay aracı da eşlik edecek. Gökbilimcilerin insanlara mesajı ise ‘gülümseyin.’ 

Cassini’nin tarihi fotoğrafını çekeceği günün anısına, NASA Dünya’nın Uzay’ın farklı noktalarından çekilen fotoğraflarını yayımladı. 2004’te Satürn’ün halkalarına ulaşan Cassini, 2006 yılında Güneş’in ışınlarını bloke eden Satürn’ün arkasından görünmez olan halkalarını görmeyi başardı ve çektiği fotoğraflarla bu görüntüyü oluşturdu.
(ntvmsnbc)

Cassini uydusundan çekilmiş Dünya ve Ay

Mars keşif aracı

2020’nin Mars keşif aracı 

(ntvmsnbc)

NASA Uzay Yoluna mı Hazırlanıyor?

Açık Bilim okuru Caner Telimenli, NASA’nın EagleWorks laboratuvarında bir “büküm motoru” (warp drive), yani Uzay Yolu dizisindeki Yıldız Gemisi Atılgan gibi uzayın yapısını bükerek hızlanma sağlaya…

Devamı 

(Açık Bilim)