Bilim insanlarının araştırması, Güneş sistemimizin en gizemli gezegenine yönelik bir takım ipuçları sunuyor.
Uranüs, Güneş sistemindeki belki de en gizemli gezegen. Hakkında çok az şey biliyoruz. Gezegeni şimdiye kadar sadece bir defa, Voyager 2 uzay aracıyla 1986 yılında ziyaret etmiştik. Bu buz devinin belki de en tuhaf özelliği, yan dönüyor olması.
Güneş sistemimizdeki diğer tüm gezegenler, Güneş etrafındaki yörüngelerine göre hemen hemen dik açıda duran dönüş eksenleriyle beraber kabaca diklemesine dönüyor. Fakat Uranüs, neredeyse dik bir açıyla yana yatmış halde duruyor. Bu yüzden yaz mevsiminde, gezegenin kuzey kutbu neredeyse doğrudan Güneş’e bakıyor. Ayrıca etraflarında yatay halkalar bulunan Satürn, Jüpiter ve Neptün’ün aksine, Uranüs’ün dikey halkaları ve yana yatık ekvatorunun etrafında dönen uyduları var.
Buz devinin aynı zamanda şaşırtıcı derecede düşük sıcaklıkları ve (Dünya ya da Jüpiter gibi diğer çoğu gezegende çubuk mıknatıs biçimindeki düzgün manyetik alanın aksine) merkezden sapmış, dağınık bir manyetik alanı var. Dolayısıyla bilim insanları, Uranüs’ün eskiden Güneş sistemindeki diğer gezegenler gibi olduğunu fakat birden bire yan döndüğünü düşünüyor. Peki ne olmuş olabilir? Bilim insanlarının üç yıl önce Astrophysical Journal bülteninde yayımlanan ve o dönem Amerikan Jeofizik Birliğinin bir toplantısında sunulan araştırması, bu konuda bir ipucu sunuyor.
Şiddetli çarpışma
Güneş sistemimiz eskiden çok daha şiddetli olayların yaşandığı bir yermiş. Öngezegenler (gezegen olma yolunda ilerleyen cisimler), bugün gördüğümüz dünyaların oluşmasına katkı sağlayan dev ve güçlü darbelerle çarpışıyormuş. Araştırmacıların çoğu, Uranüs’ün büyük bir çarpışma sonucunda yan döndüğüne inanıyor. Bilim insanları, üç yıl önce yürüttükleri çalışmada bu durumun nasıl gerçekleşmiş olabileceğini öğrenmeye koyulmuşlar.
Uranüs’teki dev çarpışmalar üzerinde çalışarak, böyle bir çarpışmanın gezegenin evrimini tam olarak nasıl etkileyebileceğini görmek istemişler. Maalesef, (henüz) laboratuvarda gezegen üretilemiyor ve bunlar birbiriyle çarpıştırılıp gerçekte neler olduğu görülemiyor. Bunun yerine araştırmacılar, ellerindeki en iyi imkanı kullanarak güçlü bir süperbilgisayar yardımıyla bu olayların canlandırıldığı sanal modeller yürütmüşler.
Temel düşünce, her biri gezegenlere ait birer madde öbeğini temsil eden milyonlarca parçacıkla beraber çarpışan bu gezegenleri bilgisayarda modellemekmiş. Bu canlandırmaya kütleçekim ve madde basıncı gibi fiziksel kuralların nasıl işlediğini tarif eden denklemler de veren araştırmacılar, böylelikle parçacıkların birbirlerine çarparken zamanla nasıl evrimleştiklerini hesaplamaya çalışmışlar. Bilim insanları bu yolla, dev bir çarpışmanın efsanevi derecede karmaşık ve içinden çıkılmaz sonuçlarını bile inceleyebiliyorlar. Bilgisayar canlandırmaları kullanmanın bir diğer faydası da, tam kontrolün sağlanabilmesi. Geniş çeşitlilikteki farklı çarpışma senaryoları test edilerek, olası sonuç aralığı araştırılabiliyor.
Bilim insanlarının yürüttüğü canlandırmalar (yukarıda), Dünya’nın en az iki katı ağırlığındaki bir cismin genç bir gezegene çarpıp onunla birleşerek günümüzde Uranüs’ün sergilediği o tuhaf dönüşü kolaylıkla meydana getirebileceğini gösteriyor. Doğrudan olmayan darbelerde çarpan cisimdeki maddeler, muhtemelen Uranüs’ün hidrojen ve helyum atmosferinin altında, buz katmanının kenarı civarındaki ince, sıcak bir kabuğa yayılarak son bulurdu.
Bu durum, Uranüs’ün içerisindeki maddelerin karışımını engeller ve oluşumdan kaynaklı ısıyı derinlerde hapsederdi. Söz konusu fikir, Uranüs’ün dış kısmının günümüzde çok soğuk olduğunu gösteren gözlemlerle uyuşuyor gibi duruyor. Isıl evrim çok karmaşık bir konu. Fakat en azından, dev bir çarpışmanın bir gezegeni hem içten hem de dıştan nasıl yeniden şekillendirebileceği net olarak biliniyor.
Süper hesaplamalar
Araştırma, hesaplama açısından da heyecan verici nitelikte. Tıpkı bir teleskobun boyutu gibi, bir canlandırmadaki parçacık sayısı da araştırmacıların çözüp inceleyebileceği şeylerin sınırını belirliyor. Fakat yeni keşiflerin mümkün kılınması amacıyla daha fazla parçacık kullanılmaya çalışılması, hesaplama açısından ciddi bir yük meydana getiriyor. Bunun için güçlü bir bilgisayarda bile uzun bir süre gerekiyor.
Araştırmacılar, yürüttükleri canlandırmalarda 100 milyonu aşkın parçacık kullanmış. Bu miktar, günümüzdeki diğer çoğu araştırmada kullanılan parçacık sayısının 100 ila 1.000 katı kadar. Çalışma, bu dev çarpışmanın nasıl meydana geldiğine yönelik bir takım çarpıcı görüntüler ve canlandırmalar sunmanın yanısıra, bilim insanlarının artık ele almaya başlayabileceği her türden yeni bilimsel soruya da kapı aralıyor.
Bu başarı, araştırmacıların çağdaş “süperbilgisayarlardan” tam anlamıyla faydalanmak üzere tasarladığı yeni bir sanal canlandırma kodu olan SWIFT sayesinde mümkün olmuş. Bunlar esasında birbirine bağlanan çok sayıdaki normal bilgisayardan oluşuyor. Dolayısıyla yapılacak hesaplamalar süperbilgisayarın bütün parçalarına bölüştürülerek, büyük bir canlandırma hızlıca yürütülebiliyor.
SWIFT, canlandırmadaki her bilgisayar görevinin ne kadar süreceğini tahmin ederek, en yüksek verimi elde etmek için yapılacak işi dikkatli şekilde paylaştırmaya çalışıyor. Tıpkı yeni ve büyük bir teleskop gibi, 1.000 kat daha yüksek çözünürlük sağlayan bu sıçramayla birlikte daha önce görülmeyen detaylar ortaya çıkıyor.
Uranüs’ün Merkezindeki Basınçlar, Laboratuvarda İlk Defa Oluşturuldu
Ötegezegenler ve ötesi
Uranüs’ün özel tarihiyle ilgili daha fazla şey öğrenmenin yanında bir diğer önemli motivasyon da, gezegen oluşumunun daha genel biçimde anlaşılması. Bilim insanları, son yıllarda en yaygın ötegezegen tipinin (Güneş’imizin dışındaki yıldızların etrafında dönen gezegenler), Uranüs ve Neptün’e epey benzer olduğunu keşfetmiş. Bu yüzden kendi buz devlerimizin muhtemel evrimleri hakkında öğrendiğimiz her şey, onların uzaktaki kuzenlerini ve yaşam barındırabilecek gezegenlerin evrimini daha iyi anlamamızı sağlayacak.
Bilim insanlarının üzerinde çalıştığı ve Dünya dışı yaşam sorusuyla çok alakalı olan bir diğer heyecan verici detay da, bir atmosferin dev bir çarpışmadan sonraki kaderi. Araştırmacıların yüksek çözünürlüklü canlandırmaları, atmosferin ilk çarpışmadan kurtulmayı başaran bölümünün, gezegende daha sonradan meydana gelen şiddetli genişleme olaylarıyla yok olabileceğini ortaya seriyor. Atmosferin olmaması, bir gezegenin yaşama ev sahipliği yapma ihtimalini büyük ölçüde düşürüyor. Fakat bu devasa enerji girdisi ve eklenen maddeler, yaşam için faydalı kimyasalların oluşmasına katkı sağlayabilir. Çarpan cismin çekirdeğinden gelen kayaç maddeler, dış atmosfere de karışabilir. Bir ötegezegenin atmosferinde söz konusu cisimleri gözlemliyorsak, benzer çarpışmaların işaretleri olabilecek belli iz elementleri bulmaya çalışabiliriz.
Uranüs ve genel olarak dev çarpışmalar hakkında halen cevap bekleyen bir sürü soru var. Bilim insanlarının canlandırmaları daha detaylı hale gelse de, öğrenilecek çok şey var. Dolayısıyla pek çok kişi, Uranüs ile Neptün’e yeni bir uzay görevinin gönderilmesini ve bu yolla gezegenlerin tuhaf manyetik alanlarının, ilginç uydu ve halka ailelerinin ve hatta sadece nelerden meydana geldiklerinin incelenmesini istiyor.
Bunun gerçekleşmesini çok isteriz. Gözlemlerin, kuramsal modellerin ve bilgisayar canlandırmalarının birleştirilmesi, nihayetinde sadece Uranüs’ü değil, evrenimizi dolduran sayısız gezegenin ve bunların nasıl oluştuğunun anlaşılmasına da yardımcı olacak.
Yazar: Jacob Kegerreis – Durham Üniversitesi/The Conversation. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
