NASA’nın 2018 yılında fırlattığı Parker uzay sondası, yaklaşık 3 yıl süren yolculuğunun ardından nihayet Güneş’e ulaştı. Böylece tarihte ilk defa insan yapımı bir uzay aracı Güneş’e ulaşmayı başarmış oldu. Ancak, Dünya gibi gezegenler ve diğer gök cisimlerinin aksine Güneş gibi yıldızların katı bir yüzeye sahip olmadığını biliyoruz. O hâlde bilim insanları Parker sondasının Güneş’e ulaştığını hatta “dokunduğunu” söylerken, neyi anlatmak istiyorlar?

Güneş'in Yapısı ve Maddenin Plazma Hâli

Dünya üzerindeki maddelerden bahsederken bunları genel olarak üç kategoriye ayırırız: katı, sıvı ve gaz. Ancak uzaydaki maddelerin %99 kadarı maddenin bu üç halinden çok daha farklı bir formunda, yani plazma hâlinde bulunur.¹ Elbette, yıldızlardan bahsediyoruz.

Yıldızlarda atomların bir kısmı ya da tamamı birbirinden bağımsız hareket edebilen elektron ve iyonlara ayrılır ve maddenin plazma halini alır. İşte bu yüzden, her ne kadar Güneş katı bir yüzeye sahip olmasa da çok yüksek sıcaklıklara ulaşabilen atmosfer katmanları var. Örneğin fotosfer katmanı, sabahları baktığımızda Güneş’in görebildiğimiz o sarı renkli katmanına karşılık gelir. Güneş’in yüzeyi olarak da kabul edilen bu katmanda sıcaklık yaklaşık olarak 6.000 santigrat derece kadardır. Ancak Güneş’in normal şartlarda gözle görülemeyen çok önemli bir katmanı daha var, korona katmanı. 

Korona Katmanı ve Koronal Isınım Problemi

Korona katmanını Dünya’dan gözlemlemek her zaman mümkün olmasa da Güneş tutulmaları sırasında görünür hâle gelir. Bu yüzden, yüzlerce yıldır astronomlar, Güneş tutulmaları sırasında bu katmanı incelemeye çalıştılar. Ancak bu katman, astronomi biliminin gizemini uzun süredir bir türlü çözemediği bir sorun olarak da karşımıza çıkıyor.

Çünkü korona katmanı, Güneş’in en dış katmanı olmasına rağmen, Güneş’in yüzey sıcaklığından bile yüzlerce kat daha sıcak. Normal şartlar altında yüzeyden uzaklaştıkça sıcaklığın düşmesini bekleriz ancak, Güneş’in fotosfer katmanında katmandaki sıcaklık yaklaşık 6.000 santigrat derece kadarken, korona katmanında sıcaklığın birden 1 milyon santigrat dereceye kadar yükseldiğini görüyoruz. 

İşte sebebi tam olarak anlaşılamayan bu sorun, astronomide koronal ısınım problemi² olarak biliniyor ve 70 yıl kadar bir süredir bilim insanlarının kafasını karıştırıyor. Bu yüzden Güneş’e bir uzay aracıyla ulaşmak, NASA’nın uzun bir süredir en önemli hedeflerinden biriydi. Nitekim Amerika ve Sovyetler Birliği arasındaki uzay yarışının yeni başladığı dönemlerde, 1958 yılında Güneş’e bir uzay aracı gönderilmesine dair projeler yaratılmış olsa da zamanın teknolojisiyle bu gerçekleştirilememişti. Ancak fırlatılış tarihi olan 2018 yılından, Nisan 2021’e kadar Parker, Güneş’in etrafında tam 7 kez döndükten sonra, 8. yörünge geçişinde Güneş’in yaklaşık 8.5 milyon kilometre kadar yakınına, yani o bahsettiğimiz korona katmanına girmeyi başardı. Dolayısıyla Parker’ı, Güneş’e ulaşan bir uzay aracı olarak kabul edebiliriz. 

Çünkü Parker, korona katmanına girmekle birlikte bu katmanın sonunu belirleyen sınırı, yani Alfven kritik yüzeyi olarak bilinen bölgeyi de geçmiş oldu. Bu kritik yüzeyin içerisinde kalan plazma dalgaları hareket halinde olsa da manyetik ve kütleçekimsel olarak Güneş’e hala bağlı. Bu sınırın ötesindeyse, Güneş’in kütleçekimi ve manyetik alanı plazma akışlarını tutmak için yetersiz kalıyor ve bu dalgalar, Güneş rüzgârları olarak dışarı yayılıyor. 

Güneş rüzgarları sayesinde parçacıklar, uzayda süpersonik hızlarda seyahat edebiliyor ve Dünya’ya ulaştığındaysa iletişim ve teknoloji uydularına ciddi zararlar verebiliyor. Dolayısıyla Parker’in en önemli hedefi korona katmanında neler olduğunu anlamak olsa da Parker’ın Güneş rüzgarlarının nasıl çok yüksek hızlara ulaştığını da anlaması bekleniyor.³ Bu yüzden Güneş rüzgarlarının kaynağına yaklaştıkça Parker Güneş Sondası, çok daha aktif ve kaotik bir bölgeleri gözlemleme şansı buluyor. 

Parker Güneş Sondasının Keşifleri

Ayrıca Parker güneş sondası, Güneş rüzgarlarının içerisine girdiğinde manyetik zig-zak yapılarına rastladı. Bilim insanları böylece bu atımların kaynağını, Güneş’in görünür yüzeyine kadar takip etme fırsatı bulmuş oldular. Veriler, bu atımların Güneş’in tanecikli yapısını oluşturan granüllerde gizli olduğunu ortaya çıkardı.

Isı bu taneciklerden yükseldikçe ısı yayan granüller, yüzeyin üzerinde bir tür manyetik enerji alanı ortaya çıkarıyordu. Güneş’in granülleri içerisinde oluşan bu alanlar önce koronaya yükseliyor, ardından Güneş rüzgarlarıyla dışarı doğru atılıyor ve bu zig-zak akımlarının ortaya çıkmasına sebep oluyordu. 

Parker Yüksek Hızlara Nasıl Ulaşabiliyor?

Güneş’e ulaşan ilk uzay aracı olmasının yanı sıra Parker, saatte 586.000 kilometrelik akıl almaz hızıyla aynı zamanda insan yapımı en hızlı nesne olma özelliğini taşıyor. Bu hız, silahtan çıkan bir kurşunun ortalama hızından bile yüzlerce kat daha yüksek. Parker sondasının bu kadar yüksek bir hıza ulaşabilmesinin sırrıysa Güneş’in kütleçekiminde saklı.

Parker Güneş’e çok yakın bir mesafede hatta atmosferinin içinde seyahat ettiği için, maruz kaldığı kütleçekim, Dünya’dakine kıyasla yaklaşık 300 kat daha fazla. Ancak bu tür bir uzay aracını, düzgün bir yörüngeye yerleştirmek elbette burada anlattığımız kadar kolay değil. Örneğin, Dünya’nın kendi yörünge hızı sisteme dahil edildiğinde, Parker sondası Güneş’e doğrudan düşüp yok olabilir. İşte bunu engellemek için bilim insanları, her bir turunda Parker’ın Venüs’ün yakınından geçmesini sağladılar. Venüs’ün kütleçekimi sayesinde yörüngesi değiştirilen Parker, böylece hem Güneş’in daha yakınına gitmiş hem de yüksek hızlara ulaşma şansı bulmuş oldu. 

Güneş'in Sıcaklığına Nasıl Dayanabiliyor?

Muazzam hızının dışında Parker sondası hakkında sorulması gereken belki de en ilginç sorulardan bir diğeriyse bu aracın, bahsettiğimiz bu yüksek sıcaklıklara nasıl dayandığı sorusu... Sonuçta şu an bulunduğu bölgede 1.5 milyon santigrat derece gibi sıcaklıktan bahsediyoruz. Böylesine yüksek bir sıcaklıkta bu uzay aracının tamamen erimesi gerekmez miydi? 

Bu sorunun cevabı aslında çok basit bir fen bilgisinde, yani sıcaklık ve ısı arasındaki farkta yatıyor. Basitçe sıcaklık bir sistemde parçacıkların ne kadar hızlı hareket ettiğini ifade ederken, ısıysa bu parçacıkların aktardığı toplam enerji miktarına karşılık gelir.⁴

Güneş’in korona katmanı da enerjiyi aktaracak parçacıkların oldukça seyrek bulunduğu bir bölge. Dolayısıyla korona katmanındaki parçacıklar çok yüksek hızlarda hareket etmelerine, yani yüksek sıcaklıkta olmalarına rağmen, uzay aracına aynı ölçüde enerjiyi yani ısıyı aktaramıyor. Bunu basitçe, elinizi kaynayan bi suyun içine sokmakla, sıcak bir fırının içine sokmak arasındaki farka benzetebilirsiniz. Elinizi fırına soktuğunuzda, fırının içerisindeki moleküllerin hareket hızı, yani sıcaklığı çok yüksek olsa da ısıyı kaynayan su gibi moleküllerin yoğun olduğu bir ortamdaki gibi aktaramazlar. İşte Parker’ın Güneş’in yakınında eriyip gitmemesinin ardında yatan mantık da buna benziyor. Ancak elbette milyonlarca derecelik sıcaklık, yine de bir uzay aracı için fazlasıyla sıcak. 

Bununla başa çıkabilmek için Parker’da son teknoloji bir ısı kalkanı bulunuyor. Bu ısı kalkanı, 2 adet karbon plakadan oluşuyor ve plakalardan Güneş’e bakan taraf özel beyaz seramik kaplama üzerine plazma sprey ile kaplanmış. Bu sayede uzay aracı, Güneş’ten gelen ısıyı çok yüksek bir oranda geri yansıtmayı başarıyor.

Bu uygulama aslında o kadar başarılı ki Parker’in Güneş’e bakan tarafındaki plakanın sıcaklığı yaklaşık 1.000 derece kadarken, plakanın koruması yani gölgesi altında kalan bilimsel cihazların sıcaklığıysa yaklaşık 30 santigrat derece kadar. Yani tamamen güvenli bir seviyede. Buna ek olarak, Parker’in Güneş panellerinde sürekli olarak akış halinde olan 3 litre kadar su bulunuyor. Su panellerde dolaştıkça ısıyı emiyor ve daha sonra ısıyı uzaya yayıyor. Böylece Parker’ın kendi ısı dengesi korunabiliyor. 

Elbette Parker’ın şu ana dek elde ettiği veriler ve Dünya’ya gönderdiği görüntüler, Güneş’in korona katmanını anlamak adına oldukça önemli olsa da görevi henüz yeni başlıyor bile diyebiliriz. Çünkü Parker gelecek 4 yıl içerisinde Güneş’e 16 kez daha yakın geçiş yapacak ve Dünya’ya Güneş’le ilgili veriler sağlamaya devam edecek.

Güneş, bizim bu kadar yakından inceleme şansı bulduğumuz tek yıldız ve muhtemelen insanlık tarihi boyunca da hep öyle kalacak. Bu yüzden Güneş’i anlamak, evrende Güneş benzeri yıldızların fiziğini daha iyi anlamak için de çok önemli fırsat. Bilim insanları bu fırsatı Parker sondasıyla birlikte en iyi şekilde değerlendirmeye çalışacaklar.

Çeviren ve Geliştiren: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referans:

1. NASA. Plasma, plasma, everywhere. https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/1999/ast07sep99_1
2. Güneş'in en dış katmanı neden en Sıcak Katmandır? Kozmik Anafor. https://www.kozmikanafor.com/gunesin-en-dis-katmani-neden-en-sicak-katmandir/
3. Hatfield, M. (2021, Aralık 13). NASA enters the solar atmosphere for the first time. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-enters-the-solar-atmosphere-for-the-first-time-bringing-new-discoveries
4. Garner, R. Traveling to the sun: Why won't Parker Solar Probe Melt? NASA. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/traveling-to-the-sun-why-won-t-parker-solar-probe-melt/