Van Allen Kuşakları Ay’a Gitmeye Engel mi?

Günümüzde insanları ikiye bölen “Ay’a gidildi mi, gidilmedi mi?” sorusunun cevaplarını ararken karşımıza çıkan ilk meselelerden biridir, Van Allen Kuşakları. Önce hep birlikte, nedir bu Van Allen, ne işimize derman oluyor, bir görelim.

Konuyu daha iyi anlayabilmek adına bazı ön bilgiler vermekle işe başlayalım. Teknik detayları okumak istemeyen ve doğrudan konuya girmek isteyenler yazının “Ve Nihayet Van Allen Kuşakları” başlığına geçebilirler.

Yüklü Parçacıklar ve Manyetik Alan

Atomlar, gözle göremediğimiz kadar ufak parçacıklardan oluşur. Bunlara “atomaltı parçacıklar” diyoruz. Bir insanı tarif ederken, onun bazı fiziksel özelliklerini kullanırız: Uzun boylu, esmer gibi… Atomaltı parçacıkların da bazı fiziksel özellikleri vardır: Kütle, spin, yük gibi… Bu özelliklerden biri olan yük, manyetik alanla doğrudan ilişkilidir.

Yükler negatif ve pozitif olmak üzere iki türlüdür. Bundan başka, bir parçacık yüksüz, yani nötr de olabilir. Hepimizin sık sık adını duyduğu elektron negatif yüklü, proton pozitif yüklü, nötron ise yüksüz parçacıklara birer örnektir.

Elektrik yüklü parçacıklar, birbirleri üzerine çekme ya da itme kuvveti uygularlar. İki tane negatif ya da iki pozitif yük bir araya geldiklerinde birbirlerini iterken, bir negatif ve bir pozitif yük bir araya geldiğinde birbirlerini çekerler. Nötr parçacıklar ise bu iki durumdan da etkilenmezler. Parçacıkların birbirlerine uyguladığı bu itme ve çekme hareketleri, orada bir elektrik alan oluşturur.

Eğer bu kuvvetleri uygulayan yüklü parçacıklar bir de hareket halindeyse, ortamda bu kez bir de manyetik alan oluşur. Yani özetle manyetik alan, hareket eden ve elektriksel olarak yüklü parçacıkların neden olduğu bir etkidir.

Mıknatıs ve Manyetik Alan Çizgileri

Mıknatıslar, manyetik alan üreten nesnelerdir. Doğal ve yapay çeşitleri bulunur. Doğal olanlar, içerisinde bir demir oksit bileşiği bulunan ve “manyetit” adı verilen kayaçlardır. Yapay olanlar ise, örneğin buzdolabına yapıştırmak için kullandığımız magnetler üzerinde bulunan mıknatıslardır. Bunlar kullanım alanlarına göre farklı şekil ve büyüklüklerde yapılır.

Mıknatıslık özelliği gösteren manyetik malzemelerde iki adet kutup bulunur ve bu özelliğe “dipol” adı verilir. Yapay bir çubuk mıknatısı ele alalım.

Bu mıknatısın N ucu, İngilizce’de kuzey anlamına gelen “north” kelimesinin, S ucu ise güney anlamına gelen “south” kelimesinin baş harfinden gelmedir. Yani bir mıknatısın kuzey ve güney olmak üzere 2 kutbu bulunur. İki mıknatısı yan yana getirdiğimizde, tıpkı negatif ve pozitif yüklerde olduğu gibi, aynı kutuplar birbirini itme, zıt kutuplar ise çekme eğilimi gösterir.

Manyetik alan çizgileri dediğimiz kavram, aslında normalde doğrudan gözümüzle görmediğimiz hayali çizgilerdir. Bunlar bir mıknatısın kuzey kutbundan çıkar ve güney kutbuna doğru hareket ederek orada sonlanır. Ancak bu çizgileri dolaylı olarak görebiliriz. Örneğin, bazılarımızın ilkokulda yaptığı demir tozu deneyini hatırlayalım. Deneyde bir mıknatısın üzerine bir kağıt koyup, kağıdın üzerine de demir tozu dökülür. Demir, manyetik etkilere tepki gösteren bir elementtir ve bu tozlar, kağıdın altındaki mıknatısın alan çizgilerine tepki göstererek belli doğrultularda yönlenirler. Bu da bize, mıknatısın alan çizgilerini dolaylı olarak gösterir.

Manyetik Malzemeler

Mıknatıs yapımında kullanılan demir, kobalt, nikel gibi elementler manyetik malzemelerdir.

Peki neden içinde demir olan bir madde mıknatıslık özelliği gösterirken, mesela plastikten yapılmış bir cisim bu özelliği göstermiyor? Bunun yanıtı, atomaltı parçacıkların “orbital” ve “spin” özellikleri ile açıklanır. Bir başka yazının konusu olacak kadar uzun, önemli ve karmaşık olan bu konunun detaylarına burada girmemize gerek yok. Manyetik özelliklerin, atomik parçacıkların kimyasal özellikleriyle ilgili olduğunu bilmemiz şimdilik yeterli.

Yer’in Manyetik Alanı

Tüm bu anlattıklarımızın, Van Allen Kuşakları ile ilgisine geçmeden önce, gezegenimizin neden manyetik alana sahip olduğuna dair de bir iki kelam edelim.

Yer’in çekirdeğine, şu an elimizde bulunan teknoloji ile doğrudan inmemiz mümkün değil. Fakat tamamen çaresiz değiliz. Depremler gibi doğal bazı yöntemler kullanılarak yapılan modellemelerden biliyoruz ki, yüzeyden derinlere doğru inildikçe farklı katmanlarla karşılaşıyoruz. İç çekirdek dediğimiz ve en iç kısımda kalan bölge katı ve genel olarak demir elementinden oluşuyor. Bunun hemen dışını saran dış çekirdek bölgesinde ağırlıklı olarak demir ve nikel, daha az miktarda ise diğer bazı metaller bulunuyor. Ancak burası iç çekirdekten farklı olarak, bu elementlerin sıvı olarak yer aldığı bir bölge.

Bu iki bölge arasındaki sıcaklık farkı nedeniyle şöyle bir durum oluşur: Dış çekirdeğin, iç çekirdeğe yakın olan kısımları, iç çekirdek tarafından ısıtılır. Bu olay “konveksiyon akımı” dediğimiz, sıcaklık farklarından doğan bir madde hareketine neden olur. Yani ısıtılan dış çekirdek bölgesindeki daha az yoğun ve sıcak olan madde yukarıya doğru yükselirken, üst kısımlardaki daha soğuk ve yoğun madde alt kısma doğru iner. Bu durum, yukarıda anlattığımız “yüklü parçacık hareketi” ve sonucunda da manyetik alan oluşturmaya yeterlidir. Böylece bölgesel olarak yer yer manyetik alanlar oluşur.

Burada devreye bir de “Coriolis Etkisi” dediğimiz kuvvet girer. Bu kuvvet, atmosferdeki rüzgarların kuzey ve güney yarım küredeki hareketlerinden sorumlu olduğu gibi, Yer’in iç bölgelerindeki hareketleri de etkiler.

Coriolis kuvveti ve çekirdekteki konveksiyonel akım bir araya geldiğinde, spiral bir yüklü madde hareketi ortaya çıkar. Bu toplu hareket, bölgesel olarak gerçekleşen görece küçük manyetik alanların bir araya gelerek tek bir büyük manyetik alan oluşturmasıyla sonuçlanır. İşte gezegenimizin manyetik alana sahip olmasının altında yatan neden budur.

Yer’in manyetik alanına genel olarak manyetosfer diyoruz.

Sabit değil, Değişken…

Bir mıknatısın N ve S ucuna sahip olduğundan bahsetmiştik. Tıpkı devasa bir mıknatıs gibi, Yer’in manyetik alanı da çift kutupludur ve yine tıpkı bir mıknatısta olduğu gibi, onun da manyetik alan çizgileri vardır. Ancak bir mıknatıstan farklı olarak, Yer’in manyetik alanının kutupları, uzun zaman aralıkları sonunda yer değiştirir. Birkaç bin yıl içerisinde, manyetik kuzey ile manyetik güney tamamen yer değiştirmektedir. Bunu, bazı kayaç yapılarındaki mıknatıslanmanın gösterdiği yön değişimlerinden anlıyoruz.

Bu arada şunu hatırlatmakta da yarar var; manyetik kuzey ile coğrafi kuzey aynı şey değildir. Coğrafi kuzey ve güney yön belirleyen tanımlardır. Manyetik kuzey ve güney ise manyetik çift kutupluluğu ifade eder. Manyetik kuzey ve güneyin yer değiştirmesi, coğrafi kuzey ve güneyi etkilemez. Manyetik kutuplar değişse de, örneğin Rusya Türkiye’nin kuzeyinde olmaya devam edecektir.

Pusula

Pusulaların çalışma prensibi, manyetik kuzey-güney kutupları üzerine kuruludur.

Bir önceki başlıkta gördüğünüz resimde, Yer’in manyetik alan çizgilerinin, ilk başta söylediğimiz gibi kuzeyden güneye değil, güneyden kuzeye gösterildiği dikkatinizi çekmiş olmalı. Peki neden?

Aslında başta söylediğimiz konuyla çelişen bir durum yok. Bir pusula iğnesi, rahatlıkla dönebilen manyetik bir metalden oluşur. İğne, Yer’in manyetik alanı ile hizalanır ve kuzeyi gösterir. Dünyamızın kocaman bir mıknatıs olduğundan ve mıknatısların zıt kutuplarının birbirini çektiğinden bahsetmiştik. Dolayısıyla bir pusula iğnesinin kuzeyi göstermesi, yani kuzey tarafından “çekilmesi”, gösterdiği şeyin teknik olarak mıknatısın güney kutbu olduğu anlamına gelir.

Bu kısım kafanızı karıştırdıysa üzerinde fazla durmanıza gerek yok. Ancak bir pusulanın gösterdiği kuzeyin coğrafi değil manyetik kuzey olduğunu bilmek yeterlidir.

Ve Nihayet Van Allen Kuşakları…

Adını, 50’li yıllarda kuşakların keşfedilmesini sağlayan cihazları tasarlayan, Amerikalı fiziçi James Van Allen’den alan bu bölge, iç ve dış olmak üzere iki kuşaktan oluşur. Bu kuşaklar, uzaydan, özellikle de Güneş’ten gelen ve Yer’in manyetik alanı tarafından yakalanan, çok yüksek enerjili yüklü parçacıkların tutulduğu görünmez halkalardır. Resimlerde yapısını anlayabilmemiz için temsili olarak simit yapılı halkalarla gösterilirler.

Bilinen bu iki kuşak dışında, Güneş’ten gelen yoğun parçacık akısı nedeniyle ortaya çıkan üçüncü bir kuşağın varlığı, 2013 yılında yayımlanan bir makale ile duyuruldu. Ayrıca iç kuşağın, sandığımızdan daha zayıf olduğu da çeşitli gözlem verileri aracılığıyla bulunmuş durumda.

Kuşaklar gezegenimizin yüzeyinden itibaren yaklaşık 1000 km yükseklikten başlayarak 60 bin km’ye kadar varan bir bölgede bulunuyor. İç kuşak ağırlıklı olarak protonlarla, dış kuşak ise ağırlıklı olarak elektronlarla dolu. Tabi bunların yanında farklı iyonlar da kuşaklar içerisinde yer alan parçacıklardan…

Tehlike Nerede?

Bir elektrik alan ve bir manyetik alanın birleşmesiyle meydana gelen elektromanyetik dalgalar, çok yüksek enerjiliden çok düşük enerjili olanlara kadar geniş bir skalaya sahiptir. Işık da elektromanyetik bir dalgadır ve bu skalanın “görünür bölge” dediğimiz kısmına düştüğünden onu algılayabilir, onun aracılığıyla cisimleri görebiliriz.

Skalanın x ışınları, gama ışınları gibi en yüksek frekanslı bölgesine düşen parçacıkların enerjileri oldukça yüksektir. O kadar yüksektir ki, bu parçacıklar bir atomdan rahatlıkla elektron kopartabilirler. Eğer bu parçacıklar vücudunuzla temas ederse, bu kopartma kabiliyetleri nedeniyle hücre yapınızı da bozabilirler. Bu nedenle yüksek enerjili parçacıklar canlılar için tehlikelidir. Elektromanyetik dalgaların bu şekilde enerji yayması ve aktarması olayına radyasyon diyoruz.

Hastanelerde teşhis için kullanılan tomografi gibi bazı yöntemlerin ya da güneş altında çok fazla kalmak gibi eylemlerin kansere yol açmasının nedeni, elektromanyetik dalgaların radyasyon etkisidir. Ayrıca bu tür ışınların elektronik aletleri bozucu etkisi de olabilir.

Elektromanyetik dalgalar konusunda detaylı bilgi için tıklayabilirsiniz.

Ne Kadarı Zararlı?

İnsan vücudu, radyasyonu belli bir doza kadar tolere edebilir. Ancak bu dozun üzerine çıkıldığında çeşitli rahatsızlıklar ve doz çok aşıldığında ölüm vakalarıyla karşılaşılır.

Radyasyon ölçümü çeşitli birimlerle ifade edilebilir; rad, rem, Sievert gibi…

Normal şartlarda tüm insanlar, kozmik radyasyona maruz kalırlar. Bunun dışında, hastanelerde bazı teşhis yöntemleri gibi nedenlerle, mesleki nedenlerle ya da çeşitli başka nedenler dolayısıyla ekstra radyasyona da maruz kalınabilir.

Bir insanın bir yıl boyunca maruz kaldığı kozmik radyasyon miktarı, 0.36 rad’dır. 10 rad altındaki miktar, insan için tehlikeli boyutlarda değildir. Saatte 100-200 rad’lık doz alındığında bulantı, kusma, kan hücrelerinde azalma gibi durumlar görülebilir. 200 rad ve üzeri dozlarda tıbbi yardım gerekir ve doz arttıkça olay ölümle sonuçlanmaya doğru ilerler.

Japonya’ya atılan atom bombası nedeniyle, vücudu 600 rad radyasyona maruz kalanların tamamı, 450 rad radyasyona maruz kalanların ise yarısı aşırı doz nedeniyle ölmüştür.

Van Allen Kuşaklarından Alınan Doz

Görevler sırasında araç fırlatma için Van Allen Kuşaklarının en zayıf olduğu bölge seçilmişti.

Apollo görevinde aracın hızı saatte 25 bin km’ydi. Bu da kuşaklardan geçişin toplam olarak 52.8 dakika sürmesi anlamına geliyordu.

1 saatten daha az olan bu süre içerisinde kuşaklardan alınacak toplam radyasyon miktarı, farklı bölgelerden geçerken alınacak olan 0.17 rad, 1.83 rad, 9.18 rad ve 0.23 rad’ın toplamı olan 11.4 rad’dı. Bu miktar, ölümcül olan ve saatte yaklaşık 300 rad olarak belirlenen dozun oldukça altındadır. Üstelik bahsi geçen doz, tamamen korumasız olan, araç dışındaki bir astronot için geçerlidir. Bu duruma, astronotun korumalı aracın içerisinde olduğu gerçeği de eklendiğinde, tüm Apollo görevlerinde astronotların maruz kaldığı radyasyon miktarı ortalama olarak 0.38 rad’dı ki bu miktar, kafanız için çektireceğiniz iki adet bilgisayarlı tomografiden alacağınız radyasyon miktarıyla aynıdır. Görevler boyunca en yüksek doz Apollo 12’de 0.58 rad olarak ölçülmüştü.

Burada dikkat edilmesi gereken en önemli konu, kuşakların içerisinde kalınacak süre. Eğer Apollo görevlerinde astronotlar bu kuşaklar içerisinde günlerce kalmak zorunda olsaydı, o zaman sonuç gerçekten ölümcül olurdu. Fakat yukarıdaki verilerden de görüldüğü üzere, kuşaklardan geçiş süresinin kısalığı, alınacak dozu da önemli ölçüde düşürmektedir.

Bu Video Bir İtiraf mı?

İddia: NASA çalışanı, Van Allen Kuşaklarının geçilemeyeceğini (ya da geçmediklerini) itiraf etti.

Bahsi geçen video:

https://www.youtube.com/watch?v=4O5dPsu66Kw&feature=youtu.be

Yanıt: Videoda, Mars’a insanlı uçuş görevinde kullanılacak araç hakkında bazı bilgiler veriliyor. Araç, 5000 km’den biraz daha yüksekte bir yörüngede hareket edecek. Yani kuşakların bulunduğu bölgede.

Daha önce, radyasyonun elektronik aletleri bozucu etkisi olduğunu söylemiştik. Orion, Ay görevinde kullanılanlardan çok daha hassas elektronik aletlere sahip ve bu kuşaklardan gidiş ve dönüş olmak üzere iki kez geçmek zorunda. Bu nedenle elektronik aksamının dayanıklılığı mutlaka test edilmeli.

Ayrıca insanlı görev sırasında kuşaklar içerisinde, Ay yolculuğunda olduğu gibi, kısa süreli kalınmayacak . Bu nedenle önce planlanan insansız uçuşla kuşaklardan veri toplanacak ve bu veriler, insanları uzun süre kuşak içerisinde tutmak için neler yapılması gerektiğine dair yeni bilgilere de ışık tutacak. Aşağıda insanlı ilk uçuşa ait yörüngeyi ve görevin toplam 8 gün süreceğini görebileceğiniz bir çizim var. Apollo 11’de ise astronotlar 1 saatten daha kısa sürede Ay’a ulaşmıştı hatırlarsanız.

Özetle, bu video Van Allen Kuşaklarının daha önce geçilmediğine ilişkin bir itiraf değil, tamamen farklı bir içeriği olan ve çok daha uzun sürecek bir görev için, aracın ve insanların hazır hale getirilmesi gerekliliğinin bir ifadesi.

Eğer video ya da yazılarda bahsi geçen konuların içeriği hakkında bilgi sahibi olmadan, sadece duyduğumuz cümleleri dümdüz yorumlamaya kalkarsak çok yanlış yerlere varabiliriz. Bu nedenle internette gördüğümüz herhangi bir iddiayla ilgili derinlemesine inceleme yapmak akıllıca bir davranış olacaktır.

James Van Allen Dedi ki…

Bazı web sitelerinde, kuşakları keşfeden kişi olan Van Allen’in bile kuşakların geçilemeyeceğini söylediğine ilişkin iddialar var. Ancak bu pek de doğru bir ifade değil. Van Allen’in, kendisine konuyla ilgili sorular yönelten kişilere verdiği cevaplar, yukarıda yazdıklarımı doğrular nitelikte. Yani Van Allen, kuşakların tabi ki radyasyon nedeniyle insan vücuduna zararlı olduğunu, ancak Ay görevlerinde kuşaklardan hızlıca geçildiği ve içerisinde fazla oyalanılmadığı için bu zararın, görevdeki diğer risklerin yanında oldukça küçük ve etkisiz olduğunu söylemişti. Yani özetle Van Allen, kısa süreli geçişler için tehlike olmadığını ve bunu da kuşakların keşfinden sonra NASA’ya kendisinin bildirdiğini, görevlerin de buna uygun şekilde yapıldığını ifade etmişti.

Söylediklerinin bir kısmını alıp bir kısmını görmezden gelen komplo teorisyenleri nedeniyle ne yazık ki ortalık bilgi kirliliğinden geçilmiyor. Ancak umuyoruz ki bu yazı, kafanızdaki bazı soru işaretlerini giderebilmiştir.

Bilim dolu günler dileğiyle…

Yararlanılan Kaynaklar

http://web.deu.edu.tr/metalurjimalzeme/pdf/mmm2002Malzeme2/DERS9.pdf
https://hazmap.nlm.nih.gov/category-details?id=550&table=tbldiseases
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/o/orion-em1
https://spacemedicineassociation.org/download/history/history_files_1959/30090631-1.pdf
https://flatearth.ws/james-van-allen
http://www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html

Kapak görseli alıntıdır.

Bir Cevap Yazın