SU DÜNYALARI - AstroNotlar

AstroNotlar’dan, merhaba! Bu hafta sizlere yine oldukça ilgi çekici bir konudan bahsedeceğiz. Konumuz Su Dünyaları! Evet, yanlış duymadınız. Nedir bu “Su Dünyaları”?

Su dünyası, su gezegeni, Okyanus gezegeni, okyanus dünyası ya da pantalasik gezegen olarak farklı farklı adlandırılan bu cisimler, yüzeyinde ya da alt yüzeyinde önemli miktarda sıvı içeren bir astronomik cisim türüdür. Hepsi kulağa aynı gibi gelse de aralarında aslında bir fark var. “Okyanus Dünyası” terimi her zaman su için kullanılmıyor. Örneğin Jüpiter’in uydusu Io örneğinde olduğu gibi lav, veya Satürn’ün en büyük uydusu Titan’ın yüzey okyanusunun durumunda olduğu gibi sıvı metan ve amonyak gibi farklı bir sıvıdan oluşan bir okyanusu olan astronomik cisimler için de bu tanım kullanılır. Yani bir cismin Okyanus dünyası olması için illa yüzeyinde sıvı su barındırması gerekmiyor. Fakat biz suyun peşinden gidelim ve “Su Dünyaları” hakkında konuşalım.

Bir cismin yüzeyinde kararlı bir biçimde, yani sürekli sıvı su bulunabilmesi için doğru şartlar altında birkaç ötegezegen bulunmuş olmasına rağmen Dünya, yüzeyinde sıvı suyun kararlı halde olduğu kesin olarak bilinen tek astronomik cisim. Ötegezegenler için mevcut gözlem teknolojilerimiz doğrudan sıvı yüzey suyunu gözleyemez, bu nedenle ötegezegen atmosferlerinde su buharı tespiti, bu olası su dünyalarını tespit etmek için şimdilik bir araç olarak kullanılıyor.

Tanımdaki “gezegen” kelimesi aslında sadece bir benzetme olarak kullanılıyor, benzetilen ise kendi Dünyamız! Yani su dünyaları birer uydu da olabilir, illa gezegen olmalarına gerek yok. Hatta kendi sistemimizde bile birkaç su dünyası adayı olduğunu söylesek fazla ileri gitmiş olmayız, üstelik oldukça güçlü adaylar bunlar.

Gaz devlerinin uydularından bahsediyoruz. Jüpiter’in uyduları Europa, Ganymede ve Callisto’dan ve Satürn’ün uydusu Encaladus’tan bahsedeceğiz, fakat özellikle Europa ve Encaladus hakkında uzun uzun konuşmamız gerek.

Europa’nın yüzeyi tamamen buzla kaplı, hatta oldukça kalın, yer yer 30 km derinliğe bile ulaştığı düşünülen bir buz tabakasından bahsediliyor Europa için fakat unutmayalım, bir su dünyası arıyorsak sıvı su gerekli. 3000 kilometre çaplı uydunun yüzeyinin tamamı buzla kaplı ama Europa’nın kalın buz tabakasının altında bütün uyduyu kaplayan suyla dolu bir okyanus olduğu ve hatta bu sebeple Europa’da yaşamın mümkün olabileceği bile düşünülmekte. 2011’de yapılan çalışmalarda buz katmanlarının altında büyük göllerin izlerine rastlandı.

Europa’nın en çarpıcı yüzey özellikleri, lineae adı verilen ve tüm uyduyu boydan boya çaprazlayan bir dizi koyu çizgi şeklinde görülen çatlak yapılar. Yakından incelemeler, Europa’nın kabuğunda bulunan bu çatlakların her iki yanındaki kenarlarının birbirine göre hareket ettiğini de bizlere gösteriyor. Daha büyük bantlar, genellikle koyu, dağınık dış kenarlar, düzenli çizgiler ve daha hafif malzemeden bir merkezi bant ile 20 km’den daha geniş yapılar olarak gözlemleniyorlar. Bu çizgilerin ve çatlakların oluşumunu açıklayan en olası hipotez, “Europan” kabuğunun altındaki daha sıcak katmanları ortaya çıkarmak için çatlakların kapanıp açılırken bir dizi buz patlaması tarafından üretildiği. Bu etki de, Dünya’nın okyanus sırtlarında görülene benzer bir etki gibi düşünülebilir. Bu kırıkların büyük ölçüde Jüpiter’in uyguladığı kütleçekim kuvvetinden kaynaklı gelgit esnemesinden, yani Europa’nın Jüpiter’in kütleçekim kuvvetinden kaynaklı esneyip büzülmesinden kaynaklandığı düşünülüyor. Europa çekimsel olarak Jüpiter’e kilitlendiğinden ve bu nedenle Jüpiter’e doğru her zaman yaklaşık olarak aynı yönelimi koruduğundan, uydu yüzeyindeki stres kırıkları ve çatlaklar, ayırt edici ve tahmin edilebilir bir model oluşturmalıdır. Ancak, Europa’nın kırıklarının yalnızca en küçüğü, öngörülen modele uygun. Bu, Europa’nın yüzeyinin, iç kısmından biraz daha hızlı dönmesiyle açıklanabilir ve yine bu sadece, yüzey altı okyanusunun Europa’nın yüzeyini kayalık mantosundan mekanik olarak ayırması ve Jüpiter’in, Europa’nın dış buz kabuğu üzerindeki çekim kuvvetinin etkileri nedeniyle mümkün olabilir. Yapılan modellere göre Europa’nın iç kısmına göre dıştaki sert buz kabuğun tam bir dönüşü en az 12.000 yıl sürer.

Voyager ve Galileo uzay araçlarının elde ettiği veriler, Europa’nın yüzeyindeki aktivitenin kanıtlarını ortaya çıkardı. Bu da çatlakların okyanus sırtlarına benzer olması gibi, dünyadaki tektonik plakalara benzer buzlu kabuk plakalarının da erimiş iç kısımda geri dönüştürüldüğünü öne sürmemizi sağlamış oldu. Bildiğimiz konveksiyon hareketi yani. Konveksiyon hareketini ise katı yüzey ile akışkan arasında gerçekleşen ısı transferinin bir çeşidi olarak tanımlayabiliriz. Hem bantlarda kabuk yayılımının hem de diğer bölgelerdeki yakınsamaların yıllar içinde çekilmiş fotoğraflardaki farklardan elde edilen görsel kanıtlar, Europa’nın Dünya’ya benzer aktif levha tektoniğine sahip olabileceğini bize düşündürüyor. Bununla birlikte, bu levha tektoniğini yönlendiren fiziğin, Europa’nın kabuğundaki potansiyel Dünya benzeri levha hareketlerine direnen kuvvetler, onları harekete geçirebilecek kuvvetlerden önemli ölçüde daha güçlü olduğu için (Jüpiter’in çekim gücü etkisi gibi), karasal levha tektoniğine benzemesi de pek muhtemel değil.

Bilim insanlarının fikir birliği, Europa’nın yüzeyinin altında bir sıvı su tabakasının var olduğu ve Jüpiter’in çekiminden kaynaklı olan gelgit esnemesinden gelen ısının, yeraltı okyanusunun sıvı kalmasına izin vermesi. Europa’nın yüzey sıcaklığı ortalamaları ekvatorda yaklaşık 110K ve kutuplarda sadece 50K ve bu sıcaklık değerleri de Europa’nın buzlu kabuğunu granit kadar sert yapar. Bir yeraltı okyanusunun ilk ipuçları, az önce bahsettiğim gelgit ısınmasının teorik düşüncelerinden geldi. Europa’yı inceleyen çoğu jeolog, okyanusun mevcut yüzeyle nadiren doğrudan etkileşime girdiği, yaygın olarak “kalın buz” modeli olarak adlandırılan modeli tercih ediyor. Kalın buz modeli için en iyi kanıt, Europa’nın büyük kraterleri üzerine yapılan bir çalışma. En büyük çarpma yapıları eşmerkezli halkalarla çevrili ve nispeten düz, taze buzla doldurulmuş gibi görünmekte; buna ve Europan gelgitleri tarafından üretilen hesaplanan ısı miktarına dayanarak, katı buzun dış kabuğunun yaklaşık 10-30 km kalınlığında olduğu tahmin edilmektedir. Modellere göre de bu buz tabakasının altındaki sıvı okyanusun yaklaşık 100 km derinliğinde olabileceği anlamına gelir. Bu, Dünya okyanuslarının hacminin iki veya üç katı bir Europa okyanusu anlamına geliyor. Yani orada Dünya’dan daha çok su var.

İnce buz modeli, kalın buz modelinin aksine Europa’nın buz kabuğunun sadece birkaç kilometre kalınlığında olabileceğini söylüyor. Bununla birlikte, çoğu gezegen bilimcisi, bu modelin, Jüpiter’in gelgitlerinden etkilendiğinde elastik olarak davranan Europa’nın kabuğunun yalnızca en üst katmanlarını dikkate aldığı sonucuna varır. Bunun gibi modeller, buz kabuğunun dış elastik kısmının 200 metre kadar ince olabileceğini öne sürüyor. Europa’nın buz kabuğu gerçekten sadece birkaç kilometre kalınlığındaysa, bu “ince buz” modeli, sıvı iç kısmın yüzeyle düzenli temasının açık sırtlar yoluyla gerçekleşebileceği anlamına gelir.

Ganymede Jüpiter’in ve aynı zamanda Güneş Sistemi’nin en büyük uydusu. Hatta o kadar büyük ki Merkür’den bile büyük, fakat Jüpiter’in etrafında dolandığı için ona bir gezegen değil, uydu diyoruz. 1970’lerde NASA’daki biliminsanları, Ganymede’nin biri yüzeyde, diğeri sıvı okyanusun altında ve kayalık manto üzerinde olmak üzere iki buz tabakası arasında kalın bir okyanusa sahip olduğundan şüphelendiler. 1990’larda, NASA’nın Galileo görevi Ganymede’de böyle bir yeraltı okyanusunun ilk belirtilerini buldu. Su ve tuzun etkileri için termodinamiği hesaba katan ve 2014 yılında yayınlanan bir analiz, Ganymede’nin en düşük sıvı katmanı kayalık mantoya bitişik olacak şekilde farklı buz fazlarıyla ayrılmış birkaç okyanus katmanından oluşan bir tabakaya sahip olabileceğini düşündürüyor. Mart 2015’te bilim insanları, Hubble Uzay Teleskobu ile auroraların nasıl hareket ettiğinin ölçümleri, Ganymede’nin bir yeraltı okyanusuna sahip olduğunu doğruladığını bildirdi. Büyük bir tuzlu su okyanusu, Ganymede’nin manyetik alanını ve dolayısıyla aurorasını da etkiliyor. Ölçümler, Ganymede’nin okyanuslarının tüm Güneş Sistemi’ndeki en büyük okyanus olabileceğini gösteriyor.

Callisto başlı başına ilginç bir cisim. Büyüklükte Jüpiter’in uyduları arasında ikinci, Güneş Sistemi’ndeki tüm uydular arasında üçüncü sırayı alır. 7 Ocak 1610 tarihinde Galileo Galilei tarafından keşfedildi ve o dönemde tanımlanan 4 Galilei uydusu içinde gezegene en uzaktaki olması nedeniyle Jüpiter’in “IV” numaralı uydusu olarak da adlandırılıyor. Güneş Sistemi’nde, üzerinde en çok krater bulunan gök cismi ve yüzeyi son 4 milyar yılda hiç değişmemiş. Callisto’nun hırpalanmış yüzeyi, kalınlığı 80 ila 150 km arasında olan soğuk, sert ve buzlu bir katmanın üzerinde yer alır. Jüpiter ve uydularının etrafındaki manyetik alanların incelenmesinin bir sonucu olarak, kabuğun altında 150-200 km derinliğinde tuzlu bir okyanus yatıyor olabilir. Callisto’nun Jüpiter’in değişen arka plan manyetik alanına mükemmel iletken bir küre gibi tepki verdiği bulundu; yani, alan Callisto’nun içine nüfuz edemez, bu da içinde en az 10 km kalınlığında oldukça iletken bir sıvı tabakası olduğunu düşündürür. Su, ağırlıkça %5’e kadar az miktarda amonyak veya başka bir antifriz içeriyorsa, bir okyanusun varlığı daha olasıdır. Bu durumda su ve buz tabakası 250-300 km kadar kalın olabilir.

Satürn’ün en büyük ve Güneş sisteminin ikinci en büyük uydusu Titan, Güneş Sistemi’ndeki Dünya’dan sonra yüzeyinde sıvı barındıran tek cisim, ama bu sıvı su değil, sıvı metan. O yüzden Titan’ı bir “su dünyası” olarak anlatamıyoruz maalesef, fakat Encaladus’ta durum farklı. Enceladus’ta sıvı suyun varlığına dair ilk kanıtlar 2005 yılında bilim insanları uydunun güney kutbundan püsküren su barındıran gaz sütunlarını gözlemlediğinde ortaya çıkıyor. Saniyede 250 kg suyu saatte 2.189 km hızla uzaya püskürten bu sütunların keşfinin ardından 2006 yılında Enceladus’un sütunlarının Satürn’ün “E” halkalarının kaynağı olduğuna karar verildi. “Tuzlu” parçacıklar ağır oldukları için genellikle yüzeye geri düşmekte hızlı “su” partikülleri ise E halkasına kaçmaktadır ve bu da E halkasının %0,5–2 civarındaki düşük tuz oranlı bileşimini açıklamaktadır.Enceladus’un Satürn’ün yörüngesinde dönerken yaptığı “yalpalama” ölçümleri, buzlu kabuğun tamamının kayalık çekirdekten ayrıldığını ve bu nedenle yüzeyin altında küresel bir okyanusun bulunduğunu da gösteriyor. Yani Encaladus yüzeyinin altında sıvı halde su var!

Emektar Cassini uzay aracı, bileşim numuneleri almak ve analiz etmek için birkaç kez güney gayzerlerinden geçti. 2019 yılı itibariyle toplanan veriler halen analiz edilmekte ve yorumlanmaktadır. Gayzerlerin tuzlu bileşimi (-Na, -Cl, -CO₃) kaynağın tuzlu bir yeraltı okyanusu olduğunu gösterir. Cassini’de bulunan INMS cihazı, yani Ion and Neutrall Mass Spectrometer cihazı, çoğunlukla su buharının yanı sıra eser miktarda moleküler azot, karbondioksit, metan, propan, asetilen ve formaldehit gibi basit hidrokarbon izleri tespit etti. INMS tarafından ölçülen gayzerlerin bileşimi, çoğu kuyruklu yıldızda görülenlere benzer. Cassini ayrıca bazı toz taneciklerinde basit organik bileşiklerin yanı sıra benzen (C₆H₆) gibi daha büyük organikler ve 200 atomik kütle biriminde en az 15 karbon atomu büyüklüğünde karmaşık makromoleküler organiklerin izlerini buldu.

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

Kaynaklar

https://www.jsg.utexas.edu/news/2011/11/scientists-find-evidence-for-great-lake-on-europa/

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1998Icar..135..107G

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2004Icar..167..287F/abstract

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007Icar..186..218H/abstract

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2002Icar..157..490K/abstract

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1989Icar…79…75S/abstract

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2014NatGe…7..762K/abstract

https://www.jpl.nasa.gov/news/scientists-find-evidence-of-diving-tectonic-plates-on-europa

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019Icar..322…69H/abstract

https://web.archive.org/web/20060329000051/http://geology.asu.edu/~glg_intro/planetary/p8.htm