Isı ve matkaplar, uzaylı mikrop aramalarında sondajda kullanılacak
Jüpiter ve Satürn’ün uyduları güneşin ısısından yararlanmaya oldukça uzaklar. Çoğunun atmosferi yok ve çoğu da kilometrelerce kalınlığında buzla kaplı. Kendi güneş sistemimizde hayat bulma olasılığımız en fazla olan yerler de bunlar. Donmuş kabuğun altında büyük okyanuslar var, ABD ve dünyadaki diğer uzay ajansları ise buraya birgün gönderecekleri robotların üzerinde çalışıyorlar.
‘Geçmişte, Venüs ve Mars arasında olduğunu varsaydığımız, sıvı su bulunduran ve Goldilocks alanı dediğimiz bölge, güneş sisteminde hayat bulunabilecek yegane yerdi,’ diyor Hari Nayar, NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı, Pasadena, California robotik grubu lideri. Şu anda, Jüpiter’in Europa’sı ve Satürn’ün uydusu Enceladus, yaşam için gerekli temel malzemeleri bulunduruyor gibi görünüyorlar- bol miktarda sıvı su, yiyecek ve derin deniz ventillerinden gelen enerji.
Bu hayat, eğer varsa, ona ulaşmak kolay olmayacak. Muhtemelen, soğuk uzay okyanuslarının diplerinde yüzüyorlarken bulunacaklar. Eğer, bir gün, bir uzay aracı, güneş sisteminde yolculuk yapabilirse ve Europa ya da Enceladus’a inmeyi başarabilse bile, halen bu suların çok çok üzerinde olacak. Robotik sondalar, hemen hemen sıvı nitrojen soğukluğunda olan buzu delmek zorunda.
Buz tabakasını aşmak için bir kaç farklı yol var. NASA, buzlu dünyaların keşfi için denediği robot prototiplerini açıkladı. Robot sondalardan biri buzu koparıp yukarı çıkartıyor ve artıkları eritip içine sürüklüyor. Almanya’da ise araştırmacılar yolu üzerindeki herhangi bir buzu eriten robot geliştiriyorlar. Başka fikirler de var.
Robotları tasarlayan mühendisler sadece aşağıya doğru kazan bir robot sondayla tatmin olmuyorlar. Tasarımları aynı zamanda, gezinecek ve aylardır kazdıkları tünelden yukarı numuneler yollayacak. Robot sondalar, buz dünyalarda nasıl hayat arayacak?
Aşağıda ne var
Europa ya da Enceladus’ta hayat varsa mikroskobiktir. ‘Balinalar ya da dev mürekkep balıkları hatta küçük solucanlar gibi şeyler beklememek lazım,’ diyor, Jet Tahrik Laboratuvarı’ndan bitki jeoloğu Cynthia Phillips. ‘Çok hücreli hayatı destekleyebilecek kadar enerji olmadığını tahmin ediyoruz.’
Deniz yüzeyindeki ventiller, uzaylı mikroplar için bir ev olabilir. (Dünya üzerinde de yaşam benzer bir ekosistem sayesinde başlamıştır muhtemelen.) Bu ventiller, her nerede olurlarsa olsunlar, yaşam oluşturmuşlarsa, bu yaşamın izleri buralardan çok daha uzaklara ulaşmıştır.
‘Dünya’da, okyanustan bir metreküp numune alacak olursanız, Dünya’daki çoğu organizmadan genetik materyaller içeriyordur (muhtemelen),’ diyor Jet Tahrik Laboratuvarı uzay mühendisi Brian Wilcox. Aynı şey, Europa ya da Enceladus’un denizleri için de geçerli olmalı. Yani, sondalarımız en sonunda denize ulaştığında, yakalayacakları her damla su aydınlatıcı olacaktır.
‘Eğer çok düşük konsantrasyonlarda bir şeyler bulabilecek kadar iyi enstrümanlara sahipseniz, eğer varlarsa biyolojik molekülleri bulma olasılığınız kesin gibi bir şey,’ diyor Wilcox.
Fakat, göndereceğimiz sondalar üzerine bazı sınırlamalar da koymamız gerekiyor. Yani, robotun görevi yaşam aramak olduğuna göre, dönüşte Dünya’ya mikrop getirmemesi için konulmuş çok katı kurallara uyuyor olmalıdır. Yere inmeden önce, hiç bir şeyin- modern elektronik aletlerin bile- hayatta kalamayacağı yüksek ısılarda sterilize edilmelidir. NASA, 19. yüzyılda icat edilmiş, basit grafit ve bakır motorlara dayanan, sondalarla çalışmayı düşünüyor. ‘Bugünkü malzemelerle, bu fırınlamaya dayanabilecek, 120 yıl önce kullanılmış tipte bir motor yapabilirsiniz,’ diyor Wilcox.
Sadece yere inen, okyanusa hiç dokunmayan aletler bu aşırı temizlemeden muaf tutulabilir. Sondayı kontrol eden ve suyu analiz eden elektronik aletler burada tutulabilirler. ‘Sonda ipin ucundaki kukla gibidir, kendine ait bir aklı yoktur,’ diyor Wilcox. ‘En çok önem ve önceliği gezegeni korumaya vermeliyiz, çünkü, gerçekten en büyük problem bu.’
Dilimleme ve doğrama
Dünya’da, Antartika ve Grönland gibi yerlerde, kalın buzların içlerini incelemek için, etrafındaki buz eriyinceye kadar sonda veya matkaplarımızı ısıtarak daha derinlere batarız.
Jüpiter ve Satürn’ün uydularında bu yapılamaz. ‘Buzdan bir uyduya matkap ekipmanı götürmek neredeyse imkansızdır,’ diyor Almanya’daki Aachen Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, astronot mühendisliği profesörü Bernd Dachwald.
Buz donma noktasından yüzlerce derece daha soğuk. ‘Sonunda bütün sıcaklığı alıp götürür,’ diyor Nayar. O, Wilcox ve çalışma arkadaşlarının düşündüğü sonda tüm sıcaklığı içinde tutacak, kaçırmayacak.
Sondada, buzun içinden delerek geçmesi için dönen bir testere ve deliğin içinde derinlere ilerlemesi için de bir şahmerdan bulunuyor. Sonda ilerlerken, önce bir tarafa sonra da diğer tarafa kesikler açar. Buz talaşları, sondaya geri gönderilip burada eritilir. ‘Sondanın gövdesi vakumlu bir şişedir, tıpkı içeceğinizi gün boyunca sıcak tutan termoslar gibidir,’ diyor Wilcox.
Sıcaklık plutonyum ile sağlanır. (Curiosity Rover ve diğer uzay araçlarında yakıt olarak kullanılan cinsten, nükleer silah yapımında kullanılan cinsten değil). Erittiği buzun çoğu arka tarafından atılır. Sonda, aynı zamanda ufak kaplarla su numuneleri de toplayarak dahili alüminyum bir hortum vasıtasıyla yüzeye gönderir.
Eriyen su tekrar donunca, numune olduğu yere kilitlenir. Sonda kendi kablosunu kendi taşımak zorundadır, yüzeyden kablo çekemez. Aynı zamanda, sonda yüzeye geri de çekilemez. ‘Hiçbir kuşkuya yer bırakmaksızın sterilize edilmesi gerekiyor, çünkü sonsuza kadar orada aşağıda kalacak,’ diyor Wilcox.
Köstebek gibi kazmak
Alman Uzay Ajansı (DLR), Enceladus Keşif projesi tarafından, donmuş dünyalara yönelik Buz Köstebeği adında, başka bir sonda daha geliştirilmektedir. Adı kadar minyon değil yaklaşık 196 cm uzunluğunda, onu geliştirenler yeni jenerasyonlarını daha kısa ve hafif yapmayı planlıyorlar. Antarktika ve diğer buzlu yerel bölgelerde performansı denendi.
Buz Köstebeği, öncelikli olarak bir eritme sondası, buzu ısıtarak kendi yolunu açıyor. İşlem çok enerji gerektiriyor, sonda muhtemelen gücünü yüzeydeki buzdolabı büyüklüğünde bir nükleer jeneratörden sağlayacak. Mekanik köstebek, bir buz vidası da içerecek. ‘Bu kuvvet, eritme başlığını sıkıca buza bastıracak, böylece sıcaklık bağı her zaman çok iyi olacak,’ diyor sondayı yıllardır tasarlayan ve sadeleştiren, Dachwald.
Normal eritme sondalarında ki problemlerden biri, buza gömülen toz ya da kumun, robotun önünde, eriyen suyun dibine batması ve birikmesidir. Sonunda, sonda bir çamur plağı ile karşı karşıya kalır, yolunu eritip açamaz, sıkışır kalır. Buz köstebeği bu felaketten kaçınmaktadır, çünkü, buz vidası onu kirli buzdan çekip çıkartabilir. Tasarımcılar, Antarktika’daki Hoare Gölü’nde, sondayı toprakta ve tortulu buzda denediler. Buz Köstebeği, yavaşladı fakat durmadı. Kullanışlı buz vidası, aynı zamanda oyuk ve numune de toplayabiliyor.
NASA’nın önerdiği robot gibi, Buz Köstebeği’de görev değiştirebiliyor. Eritme başlığının bir tarafına daha fazla ısı yönlendirerek, eğimli yerlerde de ilerleyebiliyor. ‘Gerçek bir köstebek kadar iyi değiller, yaklaşık 10 metre yarıçapında dönebiliyorlar, büyük engellerden kurtulmak için yeterli olması lazım,’ diyor Dachwald.
Gezinmek için kullandığı farklı enstrümanları var, hatta yukarı doğru da eritebiliyor. Demek oluyor ki, Buz Köstebeği, belki de, yüzeye geri çıkabilecek.
Düşman bir çevre
Europa ve Enceladus, soğukötesi olmalarının dışında da, pek dost canlısı yerler değil. Yüzeyde dolaşacak robotlar bu aşırı koşullara maruz kalacaklar.
Güneşten oldukça uzaklar, güneş enerjisine bel bağlanamaz. Buz, üzerinden kolayca atlayarak sürüş yapmaya pek elverişli olmayabilir. Europa ve Enceladus uydularının yüzeylerinde, yerden su buharlarının püskürdüğü ve donarak ufak taneler halinde tekrar yere indikleri tahmin edilmektedir. ‘Bu materyalin davranışı, muhtemelen, çölde birbirine yapışmayan kum tepelerinin davranışı ile benzerlik göstermektedir, yani kolayca dibe batabilirsiniz,’ diyor, ekibi ile birlikte, kum tepesi taşıtına benzeyen bir hafif taşıt tasarlayan Nayar.
Europa üzerinde meydana gelen, Jüpiter manyetik alanı kaynaklı, radyasyon patlaması, korunaksız bir insanı 10 dk içinde öldürebilir. Robotlar için de durum pek parlak değil. ‘Yüzey, üzerindeki her çeşit uzay aracına oldukça zararlı, radyasyon parçacıkları ile dövülmektedir,’ diyor Phillips.
Yüzeyde robotlar, bu saldırıdan korunmak için barınağa ihtiyaç duyacaklardır. Yerin oldukça altında çalışacak, üstlerinde buzdan doğal korunakları olan, sondalar açısından, bu önemli bir problem gibi görünmeyebilir. Fakat aslında, sondalar kilometrelerce buza yavaşça batarken, kendilerini destekleyecek ekipmanları halen yüzeyde bulunmaktadır.
Buzun kendisi de tuzaklarla dolu olabilir. Örneğin, sadece saf sudan ibaret olmayabilir. ‘Asıl problem, bu materyalin nelerden oluşabileceği konusunda bilgimiz olmaması,’ diyor Nayar. Robot, taşların ya da çatlakların etrafından dolaşabilir, veya sülfürik asit gibi aşındırıcı kimyasallara maruz kalabilir.
‘Aylarca hatta yıllarca, hiç bilinmeyen bir çevrede, buzun içinde, çalışacak, en ufak bir hata görevin başarısızlıkla sonuçlanmasına yol açacak, işte zor olan bu,’ diyor Dachwald.
NASA, Antarktika ya da Grönland gibi yerlere, çalıştıklarından emin olmak için, saha denemelerine sondalar gönderebilir. Europa veya Enceladus gibi buzdan vahşi ortamlar ile karşılaştıracak olursak buralar çocuk oyuncağı kalır. Mühendislerin, bu aşırı koşullardan bir kısmını, özel soğuk, vakum odaları ve süper soğuk buz yatakları, kullanarak, laboratuvarlarda yaratması gerekli.
Olumsuz yanları olduğu gibi, buzun içerisinde seyahat etmenin pozitif yanları da var. Sonda, sert kayaları eriterek geçip kendisine kolayca yol açamaz. ‘Buzu eritmek istiyoruz, çünkü sıvı su ile çalışmak oldukça kolay,’ diyor Wilcox.
Sondanın, seyahatlerinde topladığı numuneleri ayıklamak ta kolay. ‘Ay ya da Mars gibi yerlerde, numune oldukça taşlı olacak, içinde ne olduğunu anlamak için de taşı kırmak gerekecek,’ diyor Phillips. Buz numuneler, sadece ısıtılır. ‘Buz ve buz olmayan materyalleri ayıklamak için kolay bir yöntem.’
Keşif için hazır olmak
Keşiflerimiz, Europa ve Enceladus gibi, iki belirsiz uydu ile sınırlı diye düşünmemeliyiz. Dünya ve Mars’ın ardında pek çok su içeren yapı var, büyük asteroitler, Pluto, Satürn’ün Titan’ı, gibi diğer uydular, Jüpiter’in uyduları Ganymede ve Callisto. ‘Güneş sistemimizin dışında, benzer tasarımları kullanabileceğimiz, düzinelerce dünya var,’ diyor Phillips.
Benzer taşıtlar, iniş roketleri, sondalar, bütün bu dünyalara erişmemizi sağlayacaklar. Bu teknolojinin görünümü nasıl olacak henüz bilinmiyor. ‘Kanıtlanmış bir çözümümüz yok,’ diyor Nayar. ‘Daha önce gittiklerimizden, çok farklı bir çevre.’
Cassini ve planlanan Europa Clipper görevlerinden gelecek yeni bilgilerle bu uzak dünyalar hakkında yeni şeyler öğreneceğiz. Bir gün buzlu yüzeyleri delecek sondalar tasarlamak böylece daha kolay olacak.
Europa ya da Enceladus üzerinde robotların dolaşmasına daha yıllarca vakit var, Europa’ya gidecek sondanın 2028’den önce yola çıkması mümkün değil. Bu zaman gelene kadar, uzay odaklı sondalar, Dünya üzerinde çalışacaklar. Dünya’da yapılabilecek tonla buz araştırması var. ‘Bilim amacı gütmeksizin, sadece gösteri için yatırım yapmak talihsizlik olur,’ diyor Dachwald. O ve ekibi, Antarktika, Blood Falls ‘dan Buz Köstebeği ile bakteri numuneleri topladılar bile. Buradaki, buzul tuzlu su haznesinde barınan, 1 milyon yıldan uzun süredir dünyadan soyutlanmış bakterinin içeriği pek az biliniyor.
Sondanın, değerini test edebileceğimiz, aynı zamanda sondayı çalıştırabileceğimiz başka fırsatlar da var. Antarktika’nın buz levhalarının altında, keşfedilmemiş göller mevcut. Buzun altındaki yaşamın ne kadar yayılmış olduğunu, nerelere kadar hayat olduğunu, el değmemiş donmuş bölgelerde ne kadar gelişmiş bir yaşam bulunduğunu halen bilmiyoruz. ‘Eğer, başka gezegenlerde ve uydularda, buzun altında yaşam var mı bilmek istiyorsak, oluşma koşullarını burada Dünya’daki buzun altında açığa çıkartmalıyız,’ diyor Dachwald.
Çeviren: Çiğdem Selcan
