Bir uç noktalar evreninde yaşıyoruz. Eğer Güneş o kadar sıcaksa, uzay neden bu kadar soğuk? Harika bir soru… Güneş Sistemi, Dünya’daki ılıman yaşam alanımızdan farklı olarak uç noktadaki sıcaklıklarla dolu. Güneş, çekirdeği yaklaşık 15 milyon ve yüzeyi de 10.000 °C’ye ulaşan bir gaz ve alev topu. Oysa kozmik geri plan sıcaklığı (yeterince uzağa gidip Dünya’nın sıcak atmosferinden kaçtığınız zamanki uzay sıcaklığı), -270 derecelerde geziyor. Peki bu nasıl olabiliyor?
Isı, evrende ışınım (radyasyon) şeklinde hareket ediyor; yani daha sıcak cisimlerden daha soğuk cisimlere göç eden kızılötesi bir dalga şeklinde. Bu ışınım dalgaları, temasa geçtiği molekülleri uyarıyor ve onların ısınmasına neden oluyor. Isı, Güneş’ten Dünya’ya böyle yolculuk ediyor. Fakat buradaki önemli nokta, ışınımın sadece kendi yolundaki molekül ve maddeleri ısıtması. Diğer her şey soğuk kalıyor. Merkür’ü ele alalım: NASA’ya göre gezegenin gece sıcaklığı, ışınıma maruz kalan gündüz kısmından 540 °C daha düşük olabilir.
Bunu, gölgede olsanız bile etrafınızdaki havanın sıcak kaldığı Dünya ile kıyaslayın; hatta bazı mevsimlerde hava, gecenin karanlığında bile sıcak kalıyor. Bunun sebebi, ısının bizim güzel, mavi gezegenimizde bir yerine üç yöntemle seyahat etmesi. Bu yöntemler ise iletim, taşınım ve ışınım. Güneş’in ışınımı, atmosferimizdeki moleküllere çarpıp onları ısıttığında, onlar da gelen fazladan ısıyı etraflarındaki moleküllere aktarıyorlar. Bu moleküller daha sonra kendi komşularına tosluyor ve onları ısıtıyor. Molekülden moleküle gerçekleşen bu ısı aktarımına ısı iletimi (kondüksiyon) deniyor. Bu zincir tepkime, Güneş’in güzergâhının dışındaki alanları ısıtıyor.
Fakat uzay boşluktan oluşuyor. Uzaydaki gaz molekülleri çok az ve birbirlerinden de uzak olduğu için, sürekli şekilde çarpışmıyorlar. Bu yüzden Güneş, kızılötesi dalgalar ile onları ısıtsa dahi, bu ısının iletim yoluyla aktarımı mümkün olmuyor. Benzer şekilde, kütleçekim varken gerçekleşen bir ısı aktarım biçimi olan taşınım da (konveksiyon) sıcaklığın Dünya geneline yayılmasında önem taşıyor. Fakat bu olgu, yerçekimi olmadan gerçekleşmiyor.
NASA’nın DART projesinde çalışan ısı mühendisi Elisabeth Abel, uzayda yapılacak uzun dönemli yolculuklar için araç ve cihaz hazırlarken böyle şeyleri düşünüyor. Kendisinin söylediğine göre bu durum, Parker Güneş Araştırma Aracı üzerinde çalışırken özellikle geçerli olmuş.
İsminden de anlaşılacağı üzere Parker Güneş Araştırma Aracı, NASA’nın Güneş’i araştırma görevinin bir parçası. Araç, yıldızın korona (taç) isimli atmosferinin en dış katmanından hızlı şekilde geçip veri topluyor. 2019 yılının Nisan ayında cihaz, bu cehennemvari yerin 24 milyon km yakınına gelmiş. Bir uzay aracı, Güneş’e ilk defa bu kadar fazla yaklaşmış. Fakat bu durumu ise, aracın bir kenarına yerleştirilen ısı katmanı mümkün kılmış.
“O ısı kalkanının görevi” diyor Abel, “Güneş ışınımının uzay aracına gelmemesini sağlamak.” Bu sebeple ısı kalkanı, ana yıldızımızdan gelen olağanüstü bir sıcaklığa maruz kalsa da (yaklaşık 121 °C), uzay aracının kendisi çok daha soğukmuş (yaklaşık -150 °C).
Bir asteroit ile çarpışıp onu yolundan saptırmak için tasarlanmış ufak bir uzay aracı olan DART’ın baş ısı mühendisi Abel, uzayın derinliklerindeki sıcaklıklarla başa çıkmak üzere pratik adımlar atıyor. Buz gibi soğuk boşluk ve Güneş’ten gelen kavurucu ısı arasındaki bu olağanüstü sıcaklık farkı, benzersiz zorluklar meydana getiriyor. Uzay aracının bazı bölümlerinin, kısa devreyi önleyecek kadar soğuk kalması gerekiyor; diğer bölümler ise çalışmaya devam edecek kadar sıcak tutulmalı.
Yüzlerce derecelik ısı değişimlerine hazırlanmak kulağa çılgınca gelebilir; fakat uzayda işler tam olarak böyle. Asıl garip olan şey ise Dünya: Uç noktadaki soğuk ve kızgın sıcaklığın arasında, atmosferimiz şaşırtıcı derecede ılıman duruyor; en azından şimdilik…
Yazar: Donavyn Coffey/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
