Ancak bu yeni dünyanın kütlesi, sı­caklığı ve bileşimini incelemek için de bundan fazlasına ihtiyacımız yok. Bu kadarıyla bile, su buharıyla nem­lenmiş, metanla yoğrulmuş bol oksi­jenli bir atmosfer gibi, yaşama ilişkin kimyasal İşaretler aramamız müm­kün. Aradığımızı bulmamız duru-mundaysa, artık başka bir gezegen­de de yaşamın çok büyük olasılıkla varolduğunu, evrende yalnız olma­yabileceğimizi artık biliyor olacağız. Bu keşif, belki de insanlık tarihinin en büyük ve anlamlı keşfi olacak. Ama ya sonrası? Bundan 500 yıl ön­ce Kolomb, koskoca Atlantiğin karşı kıyılarında yeni bir dünyanın varlığı­nı muştuladıktan sonra, İngiltere,

zimkiyle ufak da olsa benzerliği olan bir gezegen. Nedeniyse, kullandığı­mız aygıtların yeterince duyarlı ol­mayışı. Ama yakında bu da değişe­cek. NASA, bundan 10 yıl kadar son­ra uzaya bir Dünya Benzeri Gezegen Araştırıcısı (Terrestrial Planet Fin-der) göndermeyi düşünüyor. Bu, başka bir dünya keşfetmek için özel olarak tasarlanmış bir uzay telesko­pu. Görece yakın 150 kadar yıldızın incelenmesiyle, en azından bir dün­ya benzeri gezegenin keşfedilme ola­sılığının, çok da az olmadığı düşünü­lüyor. Bu kardeş dünya, olasılıkla başlangıçta pek birşeye benzemeye­cek; olsa olsa yıldızının ışığı yanında sönük bir noktacık gibi görünecek.

NASA, yakınlardaki bir yıldızın çevresinde dolanan bir başka dünya bulabileceğimiz görüşünde. Ama böyle bir dünya bulsak bile, ona ulaşmak için onca ışıkyılını nasıl aşacağız? Gökbilimciler, bunun dü­şündüğümüz kadar zor olmayabile­ceğini söylüyorlar. Daha şu geçtiğimiz sekiz yıl için­de, gökbilimciler Güneş dışındaki yıl­dızlar çevresinde dolanan, şaşırtıcı sayı ve özellikte çeşitli dünyalar keş­fettiler: kuyrukluyıldızlar gibi buhar-laşacak kadar sıcak; yıldızlar gibi parlayacak kadar büyük gezegenler; yıldızları çevresinde eşzamanlı yö­rünge periyodu içinde dolanan ikiz gezegenler... Asıl bulamadığımız, bi-

GÖRELİLİKTE

Ay'a uzaklığımız, MÖ 2. yüzyıldan, Hipparc-hus zamanından beri oldukça büyük kesinlik­le biliniyor. Güneş ve Güneş Sistemi'ndeki öteki gezegenlere uzaklığımızsa, % 10'un içindeki bir hata payıyla 1672'de Gian Cassi-ni ve Jean Richer tarafından belirlenmiş, öte yandan, en yakın yıldızlara olan uzaklığımızın belirlenmesi, 19. yüzyılın İlk yarısını bekle­mek zorunda kalmış. Bunun bu kadar zaman almasının nedeni, uzaklıklar arasındaki farkların çok büyük ol­ması. Güneş ve Dünya arasındaki uzaklık olan 150 milyon kilometreye karşılık gelen "astronomik birim <a.u.)", gezegenlere olan uzaklığımızı ifade etmek için oldukça elveriş­li bir birim. Buna karşılık en yakın yıldız bile, bize çeyrek milyon astronomik birimden daha uzakta. Bu da, ancak "ışıkyıiı" gibi bir teri­min altına gönül rahatlığıyla gizleyebileceği­miz, çok büyük bir uzaklık. Bir ışıkyıiı yakla­şık 10 trilyon kilometre olduğuna göre, aşa­ğı yukarı 40 trilyon kilometre kadar! Işıkyılını kullanmanın tek avantajı, bizi, uzaklıkları milyonlarca astronomik birimle ifade etmekten kurtarması değil. Gökbilimsel bilgi birikimimizin 'ergenlik' döneminde, bize hiçbirşeyin ışığın hızını aşacak kadar hızlandı-rıiamayacağı öğretildi. Yani Sirius'a gitmeye

niyetleniyorsak, ona 8,6 yıldan daha kısa sü­rede ulaşamayacağımızı, gidiş-gelişin de 17,2 yıl alacağını bilmemiz gerekiyordu. 25 ışıkyı-lı ötemizdeki Vega'ya gidip gelmemiz de yak­laşık bir insan Ömrü kadar zaman alacaktı. Ama gökadamızın merkezi ya da diğer göka­dalara yolculuk yapmak, ışık hızıyla sınırlı kaldığımız sürece, gerçekçi olmaktan hayli uzak hedefler olmaya mahkumdu. İyi de, ışığın hızı bizi sınırlamak zorunda mı? Bu, yalnızca bir sayı; değeri saniyede 300.000 km olan bir sabit. Tamam, ışığın inanılmaz ölçüde hızlı olduğu gerçeğini kabul ediyoruz; ama yine de neden ondan hızlı gi-demeyelim? Biraz Yavaş! Albert Einstein, bu soruya 1905 yılında yayımlanan özel görelilik kuramıyla yanıt ver­di. Bugün modern fiziğin temeli sayılan bu kuram, bütün görkemine karşın birçok yö­nüyle insanı deliye çevirecek bir mantığın da barınağı. Einstein, fizik yasalarının her yerde ve her zaman aynı olduğu, ışık hızının da sa­bit olduğu önermeleriyle işe başlıyor. Bunlar­da fazla tartışılacak birşey yok. Ama sonra da tutup, bu önermelerin de ışığında, yüksek hızlarda hareket eden cisimlerin hareket yö­nünde basıklaştığı, saatlerinin de yavaşladığı sonucuna varıyor. Üstelik oldukça tutarlı bir mantık silsilesi içinde. Yetmezmiş gibi, ışık hızına yaklaşmakta olan bîr cismin momentu-mu da sınırsızca artıyor; hızda gerçekleşecek küçük artışların bile gerektirdiği muazzam enerji de, ışıktan hızlı yolculuğu olanaksız ha­le getiriyor. En azından şimdiki bilgilerimizle. Bunu, l'in 2'ye eşit olduğu ya da bir eş­kenar üçgenin farklı uzunlukta kenarlar içer­diğini kanıtlamak için kullandığımız ve görü­nüşte çürütülemez bir mantık yürüttüğümüz paradokslara benzetmek mümkün. Ama bu örneklerin herbirinde, yürütülen mantık, ha­talı bir varsayımdan yola çıkıyor. Göreliliktey-se hem varsayımlar hem de içerilen mantık, deneysel olarak ve defalarca doğrulanmış du­rumda. Ancak özel görelilik, bir yandan yolculuk edeceğimiz hıza sınırlama getirirken, bir yan­dan da bize bir kapı açıyor. Kurama göre, ha­reket eden bir cisim için zaman yavaşlar. Ci­sim hızlandıkça, bu yavaşlama ya da "zaman genleşmesi" de o kadar artar. Bu genleşme, günlük standartlara göre oldukça hızlı sayılan cisimler için gözardı edilebilecek kadar kü­çük. Saniyede yaklaşık 17 km hızla hareket eden Voyager 1 uzay aracı için bile, 600 mil­yonda bir'lik bir oran sözkonusu, ki bu, far-kedilmeyecek kadar küçük bir oran. Kaldı ki

Los Angeles Gökbilim Derneği'nin bir üye­si ve Güney California Üniversitesi'nde bilgi­sayar bilimci olan Brian Tung anlatıyor: "Ten­ha ve küçük yerleşim bölgelerinde geçen ço­cukluğum sırasında, bahçede sırtüstü yatıp akşam karanlığını seyre koyulduğum zaman­ları hatırlıyorum. Önce tek bir yıldız belirirdi; belki de Sirius. Sonra bir tane daha, bir tane daha, ve bir tane daha... Yıldızlar giderek ar­tan bir sıklıkla görünmeye başlar, öyle ki bir süre sonra başımı her çevirdiğimde yeni bir yıldız beliriyormuş gibi gelirdi bana. Sonunda bütün gece gökyüzü, ufuk çizgisine kadar yıl­dızlarla dolardı. Göz kırpan minik ışıklarla dolu, bana yakın ve koskocaman bir kubbe... Elimi uzatsam yıldızlara dokunuverecekmişim gibi geldiğini, hayâl meyal de olsa hatırlaya­biliyorum. Gezegenler, bana tıpkı parlak yıldızlar gi­bi görünürdü. Eğer yıldızlara ulaşabilirsem, gezegenlere de ulaşabilirdim; ya da tersi." Tabii gerçekte, uzaklık bakımından arada büyük farklar var. Sözgelimi Neptün ve Plü­ton, sıradan ölçütlere göre çok uzaktalar. Yaklaşık 5 milyar kilometre kadar. Ama ışık hızında yolculuk yapabilseydik, oraya ulaşma­mız birkaç saatimizden fazlasını almazdı. Ne yazık ki, yıldızlar daha da uzaktalar.

İşık hızına çok yakın hızlarda yolculuk yapmak, uzak yıldızlar ve gökadalara ulaşmak için geçecek olan sü­reyi azaltacaktır. Bu resimlerde, Dünya'daki yerçekimi­nin değeri olan 1 g ivmesiyle sürekli olarak hızlanmak koşuluyla, nereye ne kadar zamanda ulaşabileceğimi­zin örnekleri verilmiş.

BİLİM ve TEKNİK42 Ekim 2003

uçuş

sözünü ettiğimiz, gökadaiar-arası bir yolcu­luk. Bunun tek nedeni, ışık hızının (c) bu ka­dar büyük olması. İşık hızının önemli bir ora­nını oluşturan hızlardaysa bu genleşme farke-dilir hale gelir. 0,8 c, yani ışık hızının 4/5'ü hızla ilerleyen bir uzay aracı, yaklaşık %40'lık bir yavaşlamaya maruzdur; öyle ki, Dünya'daki biri İçin 10 saat geçtiğinde, uzay aracı yalnızca 6 saat boyunca ilerlemiştir. Bu hızla Sirius'a giden bir uzay aracının yolculu­ğu da, Dünya'daki bir gözlemci için 11 yıl sü­rerken araç içindeki biri için yalnızca 6,5 yıl geçmiştir. Tam bu nokta, özel göreliliğin ihlali gibi görünüyor; çünkü uzay aracı, Sirius'a olan 8,6 ışıkyıllık uzaklığı, 8,6 yıldan daha kısa sü­rede almış durumda. Bu bariz paradoksun çö-zümüyse, özel göreliliğin bir başka öngörü­sünde yatıyor: "uzunluk kısalması". Dünya'da­ki bir gözlemci, aracın uzunluğunun % 40 ora­nında kısalmış olduğunu gözlerken, araçtaki gözlemci de Dünya ve Sirius arasındaki uzak­lığın % 40 oranında, yani 8,6 ışıkyılından yal­nızca 5,2 ışıkyılına kısalmış olduğunu gözleye­cek. Her iki gözlemci de, aracın 0,8 c hızla hareket ettiği konusunda hemfikirler; ancak yolculuğun sonunda araç içindekiler, Dün­ya'daki gözlemciler için geçen 11 yıla karşılık, yalnızca 6,5 yıl yaşlanmış olacaklar. Ve Dün-ya'dakiler bu uyuşmazlığı zaman genleşmesiy-le açıklarken, araçtakiler sorumluluğu uzun­luk kısalması üzerine atacaklar. 8i Genleşmiş Saniye Bekleşene! Bir uzay aracı, elbette 0,8 c hızına bir an­da ulaşacak değil; bunun için sürekli bir şe­kilde ivmelenecek. Ne kadar hızlı ivmelendigi de önemli. 0,8 c hızına bir gün içinde ulaş­maya çalışırsa, Dünya'da alıştığımızın yakla­şık 300 katma ulaşacak olan ivme, araç için­dekilerin ölümüne neden olacak. Bu nedenle, aracın ivmesini 1 g, yani saniyenin karesi ba­şına 9,8 metre olarak alalım. Bu ivme, araç içindekilere uzayın derinliklerinde bile nor­mal Dünya yerçekimi etkisi altında oldukları izlenimini verecek. Başlangıçta hareketsiz olup 1 g ivmeyle yer değiştiren bir uzay aracı, her saniye, hızı­nı saniyede 9,8 metre artıracak. Bunun bir yıl sürmesi durumundaysa araç, ışık hızını ge­çecek. Ama, özel göreliliğin bir başka öngö­rüsü sayesinde bu da gerçekleşmeyecek. Bir kere araç, her saniye hızını saniyede 9,8 met­re oranında artıramayacak; çünkü son hız, hızları üstüste ekleyip toplayarak bulunamaz. Öyle olsaydı, aracın önünden 0,8 c hızla gi­den ışığın, araç arkasından 1,8 c hızla çıkma­sı gerekirdi ki, bu da onun yapabileceği bir-şey değil. Bu ışığın da, diğer ışıklar gibi c hı-

Çeşitli yıldızlararası hedeflere varmak için geçecek olan süreleri incelemek isteyenler için, yazar Brian Tung bir BASIC programı geliştirmiş. (Programa http://skyandtelesco-pe.com/resources/software/programs/roc-ket.bas adresinden ulaşmak mümkün.) Yolcu­luk süresini hem Dünya gözlemcileri, hem de araçtakiler açısından hesaplayan programda yolculuk süreleri girdi olarak alınmış ve ivme 1 g, geri dönüş noktası da yarıyol olarak var­sayılmış. Programın bir başka mahareti de, aracın yanyolda ulaşmış olduğu üst hızı he­saplamak. Aslında bu programla ortaya koyu­lan şey, ortalama insan ömründen yola çıkar­sak, çok uzun yolculukların bile pekala man­tık sınırları içinde olduğu. Buna göre gökada­mız merkezine yapılacak bir yolculuk 20 yıl, bize yaklaşık 60 milyon ışıkyıh uzaklıktaki Virgo gökadalar kümesine yapılacak bir yol-culuksa yalnızca 35 yıl sürecek. Tabii buna uygun bir uzay aracı yapmak da hiç kolay olmayacak. En azından, aracın yıllar boyunca 1 g ivmeyle hızlanması için ge­rekli yakıtın miktarı bile, inanılmayacak ka­dar büyük. Ayrıca, yolculuğun büyük bölümü boyunca ulaşılacak olan hızlarda, normalde zararsız parçacıklar, yolcuların gözünde yük­sek enerjili kozmik ışınlara dönüşecek. Ancak şimdilik arkamıza yaslanıp, uygulamada he­nüz olmasa da en azından fizik açısından mümkün olan bir düşü kurgulamamızda hiç bir sakınca yok. Alacakaranlıkta gökyüzünü seyre daldığınız bir dahaki sefere, bunu da aklınızın bir köşesinde tutun.

zıyla gitmekten başka şansı yok. Aynı şekilde, 0,8 c hızla hareket etmekte olan araç, saniyede 9,8 metre oranında hız­landığında, son hızı 0,8 c artı 9,8 metre/sa-niye değil, 0,8 c artı 3,5 metre/saniye olu­yor. Ayrıca ne kadar hızlanırsa, 1 g'lik ivme­nin sonucu olan hız artışı da o kadar küçülü­yor; öyle ki, araç her zaman ışıktan yavaş ha­reket eder durumda kalıyor. Yine de, yaklaşık bir yıl kadar sonra ara­cımız en azından ışık hızına yakın bir hızda yolculuk yapıyor olacak. Hatta öylesine yakın bir hızda ki, zaman genleşmesi de dahil ol­mak üzere, görelilik etkileri artık çok büyük oranda hissediliyor olacak. 25.000 ışıkyılı uzaklıktaki Samanyolu'nun merkezine yapı­lan bir yolculuk, Dünya'daki birinin gözüyle 25.000 yıldan biraz fazla alacakken, araçta­kiler için geçecek olan süre, 10 yıldan biraz fazlası. Tabii araç 1 g ivmeyle sabit bir şekilde hızlanırsa, gökada merkezine geldiğinde öy­lesine büyük hızla hareket ediyor olacak ki, içinden geçip gitmek zorunda kalacak. Bu yüzden yolculuğun ilk yarısında 1 g oranında hızlanıp, ikinci yarısında da 1 g oranında ya­vaşlaması daha uygun olur. Yolcuların, ayrıca tüm eşyalarının yerden tavana 'düşmesini' is­temiyorlarsa, aracı yarıyolda ters yöne çevir­meleri gerekir. Bu, uçuşa büyük bir sekte vurmasa da, uzun yolculukların süresini nere­deyse ikiye katlayabilir. Yolculuk Programı

Ekim 2003 43 BİLİM ve TEKNİK

■'■■■>•; ■':■ ■';'■. nti^ ■ :^1^^^^^^ • ■"■■ * 1 ■ ■■^Si •T ATOM 1903 yılında Rus fizikçi ^ Konstantin Tsiolkovsky, » yıldızlararası yolculuğun H karşısındaki büyük engeli W keşfetti: Bir roketin * ulaşabileceği en yüksek hız, ekzosundan çıkan gazın hızının iki katıyla sınırlıydı. Uzay

Nükleer Fisyon Mühendisler, atom bombaları ve nükleer reak­törlere güç sağlayan fisyonla 60 yıldır çalışıyorlar. Radyoaktif bir atomun çekirdeği parçalandığında, ortaya çıkan eiektrik yüklü parçacıklar ışık hızının %3'üyle, yani saniyede 8000 km hızla sağa sola saçılıyorlar. Lawrence Livermore Ulusal Laboratu-varı'ndan Ceorge Chapline yönetimindeki araştır­macılar da, işte bu yüksek hızlı parçacıkların ener­jisini dizgin altına almak için bir "fisyon par­çacıkları" reaktörü tasarladılar. Reaktör silindir biçimli bir kuleye giren bir vinil plak destesine benziyor. Her "plak" plütonyum ya da amerikyum gibi radyoaktif bir yakıtla kaplı grafitten oluşuyor. Yakıt döne döne kuleye girince içeride fazladan radyoaktif yakıtla karşılaşıyor ve kontrollü bir zin­cirleme tepkime başlatıyor. Reaktör çevresindeki güçlü mıknatıslar, tepkime sonucu fırlayan nükle­er parçacıkları tek bir doğrultuya yönlendirerek, roketi ışığınkinin %6'sı bir hıza ivmelendiren bir ekzos itkisi oluşturuyor. [şık               hızının Avantajlar Ki» dönemde gerçekleşebilir olması Frısbee, ıkı ttsyon roke- Sorunfar: Çok ağır;              ti yapılmasını ve bunla- işlenmiş yakıl gerektiriyor; rin İki kademe halinde ağır radyasyon kalkanları yerleştirilmesi­

tamda çekirdekler çarpıştıkça bazıları birleşiyor ve enerji açığa çıkarıyor. Sorun, deneylerde füz-yonla elde edilen enerjinin iki katının, girdi ola­rak kullanılması. Yeni ve daha güçlü (ve de pa­halı) düzenekler peşinde koşan araştırmacıların hedefi, bu oranı en azından eşitlik noktasına ge­tirmek. Frisbee, kontrollü ve düzenli füzyon enerjisi sağlayacak teknolojinin yakında elde edileceği konusunda iyimser. Bilim adamları bir kez harcanan ve üretilen enerjiyi denge noktası­na getirmeyi başarınca, tepkimelerde ortaya çı­kan elektrik yüklü parçacıkları manyetik bir ekzostan dışarıya atabilirler. Füzyon reaktörün­den çıkan parçacık yağ-

Nükleer Füzyon Frisbee, ağır atomları parçalamak yerine ha­fif atomları birleştirerek güç sağlayan bir füzyon motorunun, fisyon motoruna göre daha tercih edilir bir seçenek olduğunu söylüyor. Füzyon re­aktörlerinin istenmeyen radyasyonu çok daha az üretme potansiyellerinin yanısıra, bunlara yakıt sağlamanın daha kolay olacağı düşünülüyor: Bu reaktörler doteryum (ağır hidrojen) ve helyum 3 (sıradan helyumun daha hafif bir türü) ile çalı­şırlar ve bu izotopların her ikisi de hem Ay'ın yüzeyinde, hem de Jüpiter'in atmosferinde bol miktarda bulunur. Füzyon İtkili bir gemi, başka bir yıldıza yönelmeden önce Güneş Sistemi için­deki bir "yakıt istasyonu"na uğrayabilir. Sorun, onyıllar süren yoğun çabalara karşın mühendis­lerin çalışır bir füzyon reaktörü yapmayı başara­mamış olmaları. Bir hidrojen bombası içinde zincirden boşalmış füzyon tepkimesi oluşturma­yı biliyoruz. Ama iş bu enerjiyi kontrol etmeye gelince, ortada gösterebileceğimiz herhangi bir şey yok. Princeton'daki (ABD) Ulusal Küresel Torus Deneyi ve İngiltere'deki Avrupa Ortak Torusu gi­bi füzyon deney düzenekleri, güçlü mıknatısların yardımıyla doteryum çekirdeklerini simit (torus) biçimli bir tepkime odası içinde havada asılı ola­rak tutuyorlar ve milyonlarca dereceye (yaklaşık 150 milyon derece) ısıtı­yorlar. Bu sı­cak or-

m uru, ışık hızının %12'sine erişecek İki kademeli bir rokete itki sağlayabilir. Füzyon gücüyle el­de edilecek yolculuk

Avantajlar: Fisyon motorundan daha hafif, daha az radyasyon, olası yakıt yenileme Sorunlar: Ağırlık; sınırlı menzil; teknolojinin henüz

uygulanabilirlik kazanmamış süresi, aşağı yukarı fİS-yon enerjisiyle sağlana­na eşit olacaktır: Hız, en yakın yıldıza ulaşabilmek için yeterli olacak; ancak daha uzağı İçin yetersiz kalacaktır. Bir füzyon roketi de yolculuğu tamamla­mak için 2 milyon ton ya­kıta gereksi-

zorunlu; sınırlı maksimum hız ve menzil.

ni öneriyor. İkinci kade-

me roketin hızını ikiye katlayacağından, genişletilmiş versiyon ışık hızının %12'sinde yol alıyor. Yolculuğun sonunda yavaşla­mak için iki kademe daha ekleyin ve 46 yıl sonra Alfa Centauri sisteminde kardeş bir dünyanın yö­rüngesine usulca yerleşiverin. Ancak, ne kadar ka­deme eklerseniz ekleyin, insan ömrü daha uzağa yapılacak yolculuklara yetmeyecektir. Yükü en az­da tutmak için amerikyum gibi hızlı bozunan bir nükleer yakıt gerekiyor. Amerikyum da doğada kendiliğinden bulunan bir element olmadığın­dan, nükleer santrallerden çıkan yakıt atıkları yeniden işleyerek elde etmek zorundayız. Hadi radyasyondan korunmak için gereken kalkanları saymayalım, bir sonraki yıldıza ulaşabilmek için gereken amerikyumun ağırlığı 2 milyon ton. Daha ucuz uranyum ya da plütonyum yakıtları tercih edecek olursak yakıt kütlesi daha da artıyor. Ama tüm bu açmazlara karşın temel teknoloji yolculu­ğa hazır.

BİLİM veTEKNİK 44 Ekim 2003