Astronomi biliminde teleskopların önemi oldukça büyüktür. Bu yüzden Astronomi biliminde “görmek”, kritik bir öneme sahiptir. Çünkü galaksilerden, gezegenlerden ya da herhangi bir gök cisminden gelen ışık, bilgi taşır. Astronomide bugün sahip olunan geniş bilgi dağarcığı, yani bugün evren hakkında bildiğimiz çoğu şey, ışığın farklı tekniklerle analiz edilmesiyle ortaya çıkarılmıştır. Ancak ışığın gücüne bu denli bağımlı bir bilimin karşılaştığı en sık ve en büyük sorun da “yetersiz ışık” sorunudur.

Her ne kadar yıldızlar, galaksiler, ya da diğer birçok gök cismi çok yüksek enerjilerde parıldıyor olsalar da gözlerimiz bu gök cisimlerinden gelen ışığı sağlıklı biçimde toplayacak biçimde evrilmemiştir. İşte tam da bu yüzden, mümkün olduğunca fazla ışığı toplayabilmek adına sürekli büyük, çok büyük ve daha da büyük teleskoplar inşa edilmeye çalışılır. Terrascope adı verilen teleskop ise bizi sürekli daha büyük teleskoplar inşa etme derdinden kurtaracak gibi görünüyor.¹

Elektromanyetik Spektrum ve Teleskopların İşlevi

Dünya’daki teleskoplardan, uzay teleskoplarına kadar tüm teleskopların ana görevi ışığı toplayarak, normal şartlarda görebilmemiz için çok soluk olan gök cisimlerini görünür kılmaktır. Elbette buradaki görme ifadesiyle yalnızca görünür ışığı kast etmiyoruz. İnsanlar olarak bizler, elektromanyetik spektrumun yalnızca küçük bir kısmını; yani “görünür ışığı” algılayabiliyor olsak da aslında ışığın çok daha fazla çeşidi bulunuyor. Radyo dalgası, mikrodalga, kızılötesi, morötesi, X-ışınları ve Gamma ışınları elektromanyetik spektrumdaki diğer ışık çeşitlerine birer örnek ve astronomi gözlemlerinde her birinin ayrı bir önemi var.²

Hangi teleskop çeşidi olursa olsun, daha fazla ışık toplamanın mantığı oldukça basittir. Teleskopların çalışma mantığını anlatmak için kova analojisi iyi bir yöntemdir. Şöyle ki: Yağmur yağarken dışarıya ne kadar büyük bir kova koyarsanız, topladığınız su miktarı da daha fazla olacaktır. Benzer biçimde, gök cisimlerinden gelen ışıkları da daha büyük aynalar inşa ederek daha yüksek oranlarda toplayabiliriz. Ancak önümüzde ciddi bir sorun daha var.

"Houston, Bir Sorunumuz Var!": Çözünürlük Limiti

İnşa edilen büyük teleskoplar, daha fazla ışık toplama kapasitesiyle birlikte çözünürlük değerlerini de artırma görevine hizmet ediyor. Astronomide açısal çözünürlük, bize uzak, fakat birbirine yakın iki objenin net biçimde görülebileceği en küçük açıyı ifade ediyor. Bu etkiyi gözlerimiz üzerinde de test edebiliriz. Örneğin şimdi ekrandaki küçük noktayı (.) görebiliyorsunuz, çünkü gözünüzün ayrım gücü durduğunuz mesafe için yeterli. Ancak ekrandan birkaç metre uzaklaşacak olursanız, noktayı görmeniz gittikçe daha zor bir hâle gelir. Başka bir deyişle, gözünüzün çözümleme gücü yetersiz kalır.³

Dünya üzerindeki teleskoplar söz konusu olduğunda, ne kadar büyük teleskoplar yapılırsa yapılsın, bunun bir limiti bulunduğu biliniyor. Çünkü kaynaktan gelen ışık, en ufak bir sapmaya maruz kaldığında dahi ne kadar büyük bir teleskop kullandığımızın önemi olmaksızın, teoride mümkün gözüken en yüksek çözünürlüğe asla ulaşamıyoruz. Çünkü uzaydan gelen ışıklar, gezegenimizin türbülanslı atmosferinden etkileniyor ve bu da fotoğrafların çözünürlük değerlerini düşürüyor. Bu sorun, uyarlanabilir optik teknolojisiyle bir ölçüde çözülebiliyor olsa da teknik açıdan hayli zorlayıcı. Sorunu çözmenin ikinci yolu ise teleskopları Dünya’nın dışında konumlandırmak. Ancak bu da son derece maliyetli bir yöntem. Öyle ki şu an 10 metre çaplarıyla elimizdeki en büyük teleskopların maliyeti milyarlarca dolara kadar ulaşabiliyor.

Gezegenimizi Devasa Bir Teleskoba Dönüştürmek

Peki yalnızca 1 metre çapında bir teleskop kullanarak, bu teleskobun 150 metrelik teleskop gücünde gözlem yapmamızın mümkün olduğunu söylesek? Hayır, henüz elimizde bulunmayan, uçuk kaçık ve fantastik bir teknolojiden bahsetmiyoruz aslında! Bu fikir, gerçekten mümkün. Bunu yapabilmemizin yolu ise Dünya’yı bir teleskop olarak kullanmak!

Astronomi ile ilgili olan dikkatli okurlar, bunun zaten daha önce yapılmış bir teknik olduğunu düşünebilir. Bilmeyenler için ise hatırlatalım: M87 Galaksisi’nin merkezindeki karadeliğin fotoğraflanması sırasında, Dünya’nın farklı yerlerindeki birçok teleskop senkronize edilmiş ve bu teleskoplar neredeyse Dünya büyüklüğünde çapa sahip tek bir teleskop görevi görmüştü. Ancak karadeliğin fotoğrafı, radyo teleskoplar aracılığıyla alınmış verilerin görünür ışığa “dönüştürülerek” elde edilmiş bir fotoğraftı.

Astronom David Kipping tarafından ortaya atılan ve Terrascope⁴ adı verilen fikir ise bundan tamamen farklı olarak, Dünya’yı gerçekten “optik” bir teleskoba dönüştürebileceğimiz söylüyor! Başta kulağa oldukça absürt ve zor gelse de aslında fikrin arkasında yatan mantık oldukça basit.

Teleskop yapımında kullanılan lensler, aslında yoktan var ettiğimiz şeyler değildirler; doğada halihazırda bulunurlar. Ve ışığı büken her şey, aslında bir lens olarak görev yapar. En basitinden, içi su dolu bir bardağa koyduğunuz nesneye baktığınızda cismin görüntüsünün kırılıma uğradığını kolayca fark edebilirsiniz. Yani su, bir tür lens görevi görür. Bu kadar basit! Benzer biçimde, uzaydaki gök cisimlerinin kütleleri de ışığı bükme görevini yerine getirebilirler.

Kütleçekimsel merceklenme olarak bildiğimiz bu etkiyi zaten Hubble fotoğraflarında sık sık görebiliyoruz. Bu fotoğraflarda, öndeki yüksek kütleli gök cisminin kütlesi, arkasında cisimden gelen ışığı bükerek görünür kılabiliyor. Aslında gök cisimleri kısa süreliğine de olsa devasa bir teleskop/lens görevi görüyorlar. Yani kova analojisine geri dönecek olursak; daha fazla ışık toplamak için kullanabileceğimiz tek yöntem daha büyük kova kullanmak değildir; eğer yağan su damlalarının yönünü kovaya doğru değiştirebilecek bir yöntem uygulanırsa, kovaya daha fazla su dolmasını sağlayabiliriz. İşte aslında kütleçekimsel merceklenme etkisi sayesinde olan şey de budur. Refraktör tipi teleskoplar da aynı mantıkla çalışırlar. Peki bunun Terrascope fikri ile bağlantısı neymiş bir bakalım.

Terrascope Nasıl Çalışır? Olası Sorunlar ve Çözümleri

Şimdi kendinizi Dünya’nın dışında bir yerde hayal edin. Bulunduğunuz yerin tam karşısında Dünya bulunuyor olsun. Dünya’nın arkasında ise bir yıldız olduğunu düşünün. Normal şartlarda elbette Dünya nedeniyle bu yıldızı görmeniz imkansızdır. Ancak, Dünya’ya yeterince uzak bir mesafede durursanız, Dünya’nın yarattığı merceklenme etkisi nedeniyle arkadaki yıldız görünür hâle gelecektir. Çünkü Dünya, yıldızdan gelen ışığı bir miktar kırılıma uğratacaktır. Tıpkı bardaktaki kaşığın bükülmesinde ya da kütleçekimsel merceklenme etkisinde olduğu gibi.

Hem de bu durumda yıldız, normalde göründüğünden onlarca kat daha büyük ve parlak bir şekilde görünür! Çünkü normalde size ulaşamadan geçip gidecek olan yıldız ışıkları, Dünya nedeniyle bir noktaya yönelecektir. Dolayısıyla bu yöntemin en önemli avantajlarından biri soluk gök cisimlerini bir anda çok yüksek parlaklıklara ulaştırabilmesidir. Yöntemin gücünü ve arkasında yatan naif mantığı daha iyi anlayabilmeniz için “gerçek” bir örnek verelim.

2017 yılında çekilen bu videodaki büyük cisim Neptün. Neptün’ün sol üstünde ise bir yıldız görünüyor. Neptün’ün uydusu Triton, yıldızın önünden geçiyor ve bu geçiş (tutulma) sırasında önce beklendiği üzere yıldızın parlaklığı düşüyor. Ancak ardından ilginç bir şey yaşanıyor. Yıldızın parlaklığı, bir anlığına normalde olduğundan çok daha yüksek bir parlaklığa ulaşıyor! Çünkü Triton’un atmosferi, bir tür lens görevi görerek arkadaki yıldız ışıklarını büküyor.⁵

Aynı mantıkla Dünya’yı bir lens olarak kullandığımızda ise, 1 metrelik teleskopla elde edeceğimiz parlaklık artışı 80.000 kata kadar ulaşabilir! Terrascope fikrinin kâşifi David Kipping’in yaptığı hesaplamalara göre teleskobun, Dünya’dan 360.000 kilometre uzağa yerleştirilmesi gerekiyor. Yani yaklaşık olarak Dünya - Ay arası uzaklık kadar bir mesafeden bahsediyoruz.

1 metrelik bir teleskobun bu kadar uzak bir mesafeye yerleştirilmesi ve yörünge kontrolünün sağlanması Terrascope ile ilgili en büyük sorunlardan biri gibi gözükse de aslında şu anki teknolojimizle bile kesinlikle imkânsız değil. Ancak Terrascope, Dünya atmosferini bir lens olarak kullanacağı için Dünya atmosferindeki hava hareketleri ve bulutlar da gözlemi etkileyecek unsurlardan bazıları.

Bununla birlikte Terrascope, yerleştirildiği bölgeden yalnızca Dünya’nın arkasında kalan sınırlı bir bölgede gözlem gerçekleştirebilecek. Terrascope’un gözlem bölgesini değiştirmek için cihazı çok uzun sürecek bir hareket sürecine sokmak ya da cisimlerin kendi hareketlerini beklemek gerekiyor. Ancak Kipping, makalesinde bu sorunların bir çözümünün olduğunu söylüyor.

Eğer teleskop, Dünya’dan 1.5 milyon kilometre uzaklığa yerleştirilirse, Dünya’nın 14 kilometre üzerinden gelen ışıklar bile bükülmeye uğrar. Böylece teleskop atmosferik etkilerden etkilenmemekle beraber, kızılötesi dalgaboyunda dahi gözlemler yapılabilir. İşte bu mesafede 1 metrelik bir teleskobun gücü, 150 metrelik bir teleskobun gücüne eşit hale geliyor.⁶ Yine de bu mesafede, Dünya’nın yarattığı parlaklığı engellemek adına bir tür koronagraf kullanmak gerekecek. Koronagraflar, ötegezegen tespit yöntemlerinden biri olan doğrudan tespit yönteminde kullanılıyor. Yıldızın parlaklığı örtmeye yarayan bu teknoloji, yıldızın etrafındaki gezegenlerin tespit edilmesini sağlıyor. Ancak bunu Terrascope üzerinde kullanmak ciddi bir mühendislik sorunu gibi gözüküyor.

Sonuç

Özetle, Terrascope fikrinin ardında yatan mantık oldukça naif ve güçlü. Ancak Terrascope fikrinin karşılaşabileceği olası sorunları tespit etmek ve çözümlerini bulmak oldukça uzun bir zaman alabilir. Ancak bir gün bu yapılırsa, şimdiye kadar yapılmış en büyük teleskoptan bile yüzlerce kat daha güçlü ve evrenin keşif yolculuğunda çığır açacak bir teknoloji olacak. Ayrıca Terrascope, sahip olduğu yüksek potansiyel sayesinde bugün milyarlarca dolar harcanan teleskoplara kıyasla çok daha düşük maliyetlerle yüzlerce kat daha fazla bilgi sağlayabilecek.

Çünkü bir Terrascope, evrendeki en soluk cisimleri bile görünür kılmasının yanı sıra, bizden yüzlerce ışık yılı uzaktaki ötegezegenlerdeki dağları bile tespit edebilmemizi sağlayabilir. Hatta, Dünya dışındaki akıllı yaşama ilişkin izleri doğrudan gözlemleyebilmemize imkân tanıyabilir.

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar

1. Plait, P. (2021, Nisan 1). Terrascope: The Whole Earth Telescope. Syfy Wire. https://www.syfy.com/syfywire/terrascope-the-whole-earth-telescope.
2. NASA. Introduction to the Electromagnetic Spectrum. https://science.nasa.gov/ems/01_intro.
3. Geach, J. (2015, Kasım 20). The universe's resolution limit-why we may never have a perfect view of distant galaxies. Phys.org. https://phys.org/news/2015-11-universe-resolution-limitwhy-view-distant.html.
4. Kipping, D. (2019, Temmuz 18). THE “TERRASCOPE”: ON THE POSSIBILITY OF USING THE EARTH AS AN ATMOSPHERIC LENS. https://arxiv.org/pdf/1908.00490.pdf?
5. Plait, P. (2018, Mart 14). A flash from Triton. Syfy Wire. https://www.syfy.com/syfywire/a-flash-from-triton.
6. Turning Earth Into a Telescope: The Terrascope. YouTube. (2019, Ağustos 2). https://youtu.be/jgOTZe07eHA.
7. Kapak Görseli: James Tuttle Keane California Institute of Technology