AstroNotlar’dan, merhaba! Geçtiğimiz haftalarda yer ve uzay tabanlı meteoroloji verilerinin öneminden bahsetmiştik. Bu hafta da yine ülkemizin gelecek on yıldaki uzay hedefleri arasında yer alan bir konuya, uzay meteorolojisine değineceğiz. Uzay havası da denilen, uzay durumu ya da uzay hava durumu ya da meteorolojisi nedir, onunla başlayalım.
Tıpkı Dünya’daki mevsimler gibi, uzayın da kendince mevsimleri olduğunu söyleyebiliriz. Her 11 yılda bir Güneş’in manyetik etkinliğinin artması uzay durumunu da etkiler. Güneş’in manyetik etkinliğine dair 25. leke çevrimini de açıklayan bir bölüm yapmıştık, daha detaylı bilgi için takipçilerimizi o bölüme yönlendirmek isteriz ama özetle belirtmek gerekirse bu uzay durumu dediğimiz şey, tamamiyle Güneş’in başının altından çıkan bir durumdur.
Güneş’imiz her ne kadar sessiz sakin görünse de aslında gayet vahşidir. Her saniye milyonlarca ton maddeyi, “flare” adı verdiğimiz parlamalar ve koronal kütle atımları vesilesiyle uzaya fırlatır ve haliyle uzaydaki durumun da çoğunlukla öngörülemez şekilde değişmesine neden olur. Buna “uzay hava durumu” ya da “uzay meteorolojisi” adı verilir. Daha genel bir tanım yapmak gerekirse; uzay durumu Güneş’in durumunun ve Güneş rüzgarlarının, Dünya’nın manyetosferini, iyonosferini ve termosferini nasıl etkilediğini ve uzay ve yer tabanlı teknolojik sistemlerin bunlardan etkilenişinin insanların yaşamına nasıl yansıdığını içerir.
Flare ve koronal kütle atımı; bir flare esnasında, parçacıklar ve radyasyondan oluşan bir bulut gibidir, ama neredeyse ışık hızında hareket eden bir bulut, Güneş yüzeyinden fışkırır. Koronal kütle atımı ise, milyonlarca ton plazma maddesinin saçılması durumudur.
Güneş’ten sürekli bir parçacık akımı mevcuttur ve parçacıklar bir koronal kütle atımı durumunda daha da hızlanır. Parçacıklar kimi zaman uzaydaki astronotlara ve uydulara zarar verebilecek düzeye gelebilir. Dünya’nın manyetik kalkanı sürekli Güneş rüzgarları ile etkileşim halinde ve jeomanyetik fırtına adı verilen bu aşırılıklar gerçekleştiği zaman Dünya’nın manyetik alanında çeşitli etkileri de görülebilir. Bunlara en basit örnek, kutup ışıkları olarak da bildiğimiz “Auroralar”dır. Her ne kadar yeryüzünden izlemesi çok keyifli olsa da, şiddetli bir manyetik fırtınanın yörüngedeki uydulara zarar vermesi çok olası bir süreçtir.
Bu Güneş rüzgarları Dünya’ya erişir. Güneş rüzgarları bizi teknolojik olarak etkilese de biyolojik olarak bir etkisi yoktur. Örneğin, uzay araçlarındaki elektroniklerin bozulmasına neden olabilir. 2003 Ekim’inde gerçekleşen jeomanyetik fırtına sırasında meydana gelen problemin yarısından fazlasının bu nedenle olduğu belirtilmiş. Uzay araçlarında uzay hava durumunun en sık neden olduğu iki problem var. Birincisi ışınım kaynaklı zarar; yüksek enerjili parçacıklar uzay aracının içine sızar ve elektronik bileşenler ile etkileşir. Çoğu zaman bu etkileşim uzay aracındaki elektroniklerin hafızasında kayıplara neden olabilir, kimi zaman da bazı devrelerin toptan hasar görmesi ile sonuçlanabilir. Sık karşılaşılan diğer problem ise uzay aracının aşırı miktarda elektrik yükü biriktirmesidir. Belirli bir seviyeden sonra, biriken bu fazla yükler bir kıvılcım şeklinde boşalmaya sebebiyet verebilir. Bu sorunun özellikle jeosenkron yörüngelerde yer alan uzay araçlarında baskın olduğu belirtilmektedir.
Alçak Dünya yörüngesinde yer alan uzay araçları görev süreleri bittiği zaman genellikle yavaş yavaş Dünya’ya yaklaşır ve nihayetinde yeryüzüne düşerler. Bu sürecin detaylarını uzay çöpleri ile ilgili bir bölümde incelemiştik. Bir jeomanyetik fırtına böyle bir yörüngedeki uzay aracının yıllar içerisinde kat edeceği yörüngesel değişikliği birkaç gün içinde gerçekleştirmesine neden olabilir. Termosfer katmanının ısısına katkıda bulunan jeomanyetik fırtına, termosferin genişlemesine ve yükselmesine de neden olarak uzay aracının sürüklenmesini arttırır.
Dünya etrafında sürekli mevcut olan ışınım kuşakları sabit durmaz. Bu kuşaklar uzay durumundan etkilenen dinamik bir yapıya sahiptir ve kimi zaman Uluslararası Uzay İstasyonu ve Uzay Mekiği yörüngelerine kadar inebilir. Bu araçlarda yer alan astronotların maruz kaldıkları radyasyon miktarı normal şartlarda kabul edilebilir sınırların altında olsa da şiddetli bir fırtına esnasında bu radyasyon miktarı on katına kadar çıkabilir. UUİ bu gibi durumlara karşı iyi bir yalıtım sağlamakta olduğu için oradaki astronotların güvende olduğunu söyleyebiliriz, ama diğer uzay araçları için bu biraz şaibeli bir konudur.
Peki Dünya’mız nasıl etkilenir? İyonosferin Güneş fırtınalarından etkilenmesi, bu katmandan iletilen radyo dalgalarının da çeşitli bozulmalara maruz kalması anlamına gelir. Bu durumda kaynaktan çıkan radyo dalgaları planlanan frekansta iletilmedikleri için alıcıya ulaşmayabilir. Benzer şekilde GPS sinyalleri de bu durumdan etkilenebilir. Bu etkiler birkaç dakikadan birkaç güne kadar sürebilir. Gerek radyo fırtınalar gerek X-ışın fırtınaları, düşük frekanslı radyo dalgaları ve hava yolları iletişiminde kullanılan yüksek frekanslı radyo dalgalarını ve gemilerdeki manyetik ölçümleri etkileyebilir ve bu da araçların rotalarını şaşırmasıyla sonuçlanabilir. Tabii ki bunun birçok maddi ve beşeri sonuçları olacaktır.
Manyetik fırtına, Dünya’nın iletken katmanı olan litosferde jeoelektrik alanlar yaratabilir. Bu da voltaj farklılıklarına neden olabilir ve bu da transformatörlere zarar vererek elektrik kesintilerine yol açabilir. Bu zincirleme etkileşim 1989 Mart’ında meydana gelen manyetik fırtına sırasında Kanada-Quebec’te elektrik santralinin çökmesine neden olmuş ve geçici bir süreyle de olsa 9 milyon kişinin elektriksiz kalmasına neden olmuştur.
Her ne kadar Güneş’in gezegenimiz üzerinde etkileri oluşumundan beri süre gelse de bunların sistemik incelenmesi ve anlaşılmasının tarihi çok da eski sayılmaz. Örneğin, 1859 yılında gerçekleşen şiddetli bir koronal kütle atımı ile Güneş’ten çıkan parçacıklar yaklaşık 18 saat sonra Dünya’ya varmış ve tabii ki bu da manyetik alanımıza etki ederek, tüm kuzey Avrupa ve Amerika’daki telegraf sistemleri hasar görmesine sebep olmuştur. Bu olay “Carrington Olayı” olarak bilinmektedir. Eğer böylesi bir olay bugün olsa, katastrofik sonuçları olabilir. Bütün iletişim sistemleri, cep telefonlarından tablet ve bilgisayarlara, üniversite ve hastanelerdeki elektrik sistemlerine kadar irili ufaklı bir çok sistem tehdit altında olur. Böyle bir facianın Dünya çapında yaklaşık iki milyar dolarlık bir zarara yol açabileceği ve neden olduğu zararı tamamen telafi etmenin yıllar süreceği tahmin ediliyor. 1859 yılında gerçekleşen bu gibi büyük ölçekli manyetik fırtınaların yaklaşık 150-200 yılda bir tekrarlanması istatistiksel olarak olası öngörülüyor. 2012’de benzer bir durumu ucuz atlattık. Güneş’te gerçekleşen bir koronal kütle atımını 9 günle kaçırdık. Yani kütle atımının gerçekleştiği bölge o esnada Dünya’ya dönük değildi, ama 9 gün sonra gerçekleşseydi Güneş’ten fırlayan bu parçacıklar doğrudan bizim üzerimize gelecekti.
Bu durumları öngörmemiz mümkün müdür? Ön görebiliriz, ancak bunu başarabilmek için önce Güneş’te gerçekleşen süreçleri anlamamız gerekmektedir. Bu koronal kütle atımlarının Güneş lekeleri ile ilişkili olduğunu biliyoruz. Güneş leke bölgelerinde manyetik alanın Güneş’in diğer bölgelerine göre daha güçlü olduğunu da biliyoruz.
Güneş’ten gelen yüksek enerjili parçacıkların Dünya’nın manyetik kalkanı ile etkileşmesi sonucunda oluşan, aurora dediğimiz kutup ışıkları, adı üstünde normalde kutup civarındaki bölgelerde gözlemlenir ancak ekstrem durumlarda orta enlemlere kadar inebiliyor. Arşivlere bakıldığında böylesi bir manyetik fırtına esnasında oluşan auroraların Almanya ve hatta Çin ve Japonya’ya kadar inen enlemlerde gözlemlendiği bildirilmiştir. 1850’lerde hala daha bunların ne olduğu bilinmiyor. Güneş ışığı ya da bulut olmadığı biliyor, ama ne olduğu bilinmiyor. Fakat bir şekilde Dünya’daki manyetik fırtınalarla ilişkili olduğu biliniyor. Manyetometre adı verilen bir aygıt ile Dünya’nın manyetik alan şiddeti ölçülüyor ve kimi zamanlar değerlerin çok yükseldiği fark ediliyor ve kuzeyden gelen aurora bilgileri de genellikle bu yüksek değerlerin okunduğu günlere denk geliyor. Böylelikle 1852 yılında, yani günümüzden yaklaşık 170 yıl önce, Edward Sabine adlı bir biliminsanı Güneş’te gözlemlenen leke sayısı ile Dünya’nın manyetik alan şiddeti değişimini bir grafikte birleştiriyor ve görüyor ki ne kadar çok Güneş lekesi olursa, o kadar çok aurora gözlemleniyor.
Güneş’in 11 yıllık leke çevrimi ve kelebek diyagramı denilen, manyetik etkinliğe bağlı olarak Güneş lekelerinin konumuna ilişkin bilgiler de bu konudaki araştırma sonuçları içinde yerini alıyor. Sabine, bir gün Güneş gözlemi yaparken 3 adet kısa süreli parlama gözlüyor, gözleminden şüpheye düşüyor ama neyse ki aynı gözlemi yapan bir başka astronom daha ortaya çıkıyor ve o esnada gözlemledikleri o Güneş lekesinde 3 tane flare yani parlama olduğu konusunda emin oluyorlar. Londra Kew Gözlemevi’ndeki manyetometrenin o gözlem anına denk gelen ölçümlerine bakıyorlar ve görüyorlar ki tam bu gözlem zamanında manyetik alan değeri normaldekinden çok düşük bir değer gösteriyor. Bundan yaklaşık 18 saat sonra ölçülen manyetik alan şiddeti ise o kadar yükseliyor ki o zamana dek ölçülmüş en şiddetli manyetik fırtına ile karşılaşıyorlar! Aynı manyetik fırtınanın Hindistan’da da kaydedildiği yıllar sonra ortaya çıkıyor ve hatta Avustralya-Melbourn’da bile auroralar gözlemleniyor. Bu olaydan bir kaç yıl sonraki 1859’daki etkinlikte ise El Salvador’da bile aurora gözlemlenebiliyor ama tüm bunlara rağmen bilim camiası Güneş lekeleri ile auroraları ilişkilendirmeyi kolay kolay kabullenemiyor. Örneğin 1892 yılında ünlü fizikçi Kelvin, “Dünya’daki manyetik fırtınaların sebebi Güneş olamaz” diyor katı bir şekilde, aslında matematiksel hesaplamalar yapıyor ama temel aldığı fiziksel varsayımlar yanlış olduğu için maalesef yanlış bir yola sürükleniyor. Gerçi Kelvin başarısız tahminleriyle ün salmış bilim insanlarından biri, uçaklar için de “havadan ağır makinelerin uçması imkansızdır” demişti.
Kelvin her ne kadar bilime birçok katkısı olan bir bilim insanı olsa da, bazı öngörülerinde trajikomik bir şekilde yanıldığını biliyoruz. 1900 yılında Birkeland, auroraların Güneş’in etkisiyle oluşabileceğine yeniden dikkat çekti. 1908 yılında Kaliforniya Mt. Wilson Gözlemevi’nde George Ellery Hale adlı bir astronom, Güneş’in manyetik alanını ölçtü. Hatta Güneş lekelerini tayfçeker ile de inceleyip oradaki manyetik alan şiddetinin Güneş yüzeyindeki diğer yerlerden daha yüksek olduğunu belirledi. Böylelikle Güneş’in de manyetik alanı olduğu ve lekelerde daha yüksek manyetik alan olduğu ispatlanmış oldu. Hatta bu ölçümlerin Güneş fiziğinin başlangıcı için bir temel inşa ettiği de söylenir.
O yıllarda artık Güneş’in bir manyetik alanı olduğu bilgisine sahibiz, fakat hala daha bu manyetik alanın Dünya’ya nasıl gelebileceğine dair bir ilişki kurulamıyor. 1920’li yıllarda, Güneş’in korona katmanına dair bilgiler artıyor, Güneş tutulması esnasında yapılan ölçümlerle Güneş yüzeyinden öteye doğru uzanan bu katmanın sıcaklığının milyon dereceler civarında olduğu keşfediliyor. Zaman içinde Güneş’in aslında gayet manyetik ve doğal olarak manyetik kutupları da olan bir yıldız olduğu anlaşılıyor. 1930’ların başlarında radyo bölgede çalışmalar yapılırken, bazı zamanlar radyo sinyallerinin daha verimli, bazı zamanlar da kesintili olduğu fark ediliyor ve bu sefer de neden bazen daha iyi neden bazen daha kötü olduğunu anlamaya yönelik radyo araştırmalar başlıyor. Aslında ilk uzay durumu tahmin çalışmalarının bu yıllarda yapıldığını söylemek mümkündür.
Peki uzay durumunu tespit etmemizi yarayan araçlar yapabildik diyebilir miyiz? 1980 yılında fırlatılan ve Solar Max olarak da bilinen Solar Maximum Mission uydusu, özellikle flare’leri incelemek üzere tasarlanmıştı. Fırlatıldıktan bir kaç ay içinde bazı sorunlar nedeniyle bekleme moduna alındı, ama 1984’te bir mekik görevi ile tamir edildikten 1989 sonuna kadar aktif olarak görev yaptı; Güneş’in leke çevrimi maksimum olduğu sırada, beklenenin aksine daha parlak olduğunu tespit etti.
1991-2001 yılları boyunca Güneş tayfının X-ışın bölgesini gözlemleyen “Yohkoh uzay aracı” hem araştırma hem de uzay hava durumu tahminleri için kullanıldı.
1994 yılında NASA’nın fırlattığı Global Geospace Science (GGS) Wind uydusu Güneş rüzgarlarındaki radyo dalgaları ve plazmanın Dünya’nın manyetosferine etkilerini araştırmak için fırlatılmıştı. 2004 yılında L1 noktasına yerleşen Wind uydusu bugün hala aktif ve en az 2070’e kadar da kendisine yetecek yakıtı olduğu düşünülmekte. 2020’ye kadar topladığı verilerle 5000’den fazla bilimsel yayına katkıda bulunmuş.
NASA ve ESA’nın ortak bir projesi olarak 1995 yılında Güneş araştırmaları yapmak üzere fırlatılan SOHO uydusunun etkin olarak çalışmaya başlaması Mayıs 1996’yı buldu. Aslında 2 yıllık bir görev olarak tasarlamış olan SOHO, 25 yıl geçmesine rağmen hala aktif ve 2022 sonuna kadar da görev süresinin uzatılması planlanıyor. Her ne kadar temel görevi Güneş’i daha iyi anlamamızı sağlamak olsa da neredeyse gerçek zamanlı veri almamızı sağlayarak uzay hava durumu tahminleri için de temel bilgi kaynağı görevi görmekte. Bu da tıpkı Wind gibi L1 adı verilen sabit bir noktada, Güneş etrafında bir yörüngeye sahip.
Uzay durumu hem dünyanın manyetik alanındaki değişimlerin saniyelik ve günlük değişimleri üzerinden hem de Güneş’in atmosferinde oluşan radyo bölgedeki gürültünün gözlemlenmesi ile sürekli takip altındadır. Temel uzay durumu gözlemler, yer tabanlı manyetometreler ve manyetik gözlemevlerinden elde edilen verilerle yapılır. Zaten manyetik fırtınalar da ilk olarak yer tabanlı manyetik ölçümlerdeki dalgalanmalar vesilesi ile keşfedilmişti. Yer tabanlı manyetometreler hem fırtına esnasında hem de sonrasında yapılan ölçümlerle analizlere destek olmakta. Bu fiziksel süreçleri daha iyi anlamak ve öngörebilmek için, çeşitli matematiksel denklemler kullanarak uzay havasını simüle eden modeller oluşturulmakta ancak henüz hiçbir model Güneş yüzeyinden Dünya’nın iyonosferine kadarki bölge için güvenilir ölçekte bir önveri sağlayamamaktadır.
Yayınımızı bitirmeden önce bir de AstroNotların 2021 gelişmelerini yeniden hatırlatmak istiyoruz. Mart ayı takvimimizle telefon veya masaüstü arka planlarınızı şenlendirmek isterseniz sitemizi ziyaret edebilirsiniz. Ayrıca her ay takvimimizde Emre Erkunt tarafından çekilmiş farklı bir astrofotoğraf da yer alıyor! Poster şeklinde tasarladığımız bu takvimleri çıktı da alabilirsiniz. Yayınları kaydederken kayıt sırasında kırpılan ve eğlendiğimiz anlarımızı da dinleyicilerimizle buluşturduğumuz Kayıt Dışı seslerimizi dinlemek için sosyal medyadan bizi takip etmeyi unutmayın!
astronotlar.org@gmail.com e-posta adresimize konuştuğumuz içeriklere dair düşüncelerinizi ve değinmemizi istediğiniz konuları yazabilir, bir kitap, link veya bilgi paylaşımında bulunabilirsiniz. Sosyal medya hesaplarımızı Instagram ve Twitter’dan “astro_notlar” olarak takibe almayı unutmayın! Facebook’tan vazgeçmem diyenler ise bizi AstroNotlar sayfasında bulabilirler. Gelecek hafta görüşünceye dek, gökyüzüne iyi bakın, hoşçakalın!
E-posta: astronotlar.org@gmail.com
Facebook: facebook.com/astronotlar.org
Instagram: instagram.com/astro_notlar
Twitter: twitter.com/astro_notlar
Anchor: anchor.fm/astronotlar
KAYNAKLAR VE GÖRSELLER:
https://arstechnica.com/science/2012/05/1859s-great-auroral-stormthe-week-the-sun-touched-the-earth/
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Maximum_Mission
https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_(spacecraft)
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory
https://www.youtube.com/watch?v=TCdgpY-qloI
https://www.youtube.com/watch?v=wQGR81PxBxM