Uzay Yolculukları Nasıl Yapılır?

Hiç internette gezinirken gezegenlerin veya gök cisimlerinin büyüleyici fotoğrafları ile karşılaştınız mı? Peki bizden milyonlarca kilometre uzakta olan gezegenlerin bu netlikte fotoğrafları nasıl çekiliyor? Daha net bir şekilde uluslararası uzay istasyonundan yayın yapamıyoruz, o fotoğraflara bakınca neredeyse Satürn’ün halkalarını sayacağız. Bu nasıl oluyor?

Öncelikle şunu belirteyim ne Dünya, ne Mars, Güneş sistemindeki herhangi bir gök cisminin bu netlikte fotoğrafını çekemezsiniz. O fotoğraflar gerçek değil. Yani tam anlamıyla gerçek değil.(1) Atmosferi olan gezegenler yıldızları tarafından aldıkları ışığın bir kısmını soğururlar. Bu da gezegene uzaydan bakan kameralarımız için kirli bir tabaka gibi iş görür. Kirli tabaka, yani atmosfer ne kadar kalın olur ise üstündekileri görmemiz o kadar zorlaşır. İnsan gözü 360 ile 700 nm (nanometre) arası dalga boyuna sahip ışığı görebilir. Bunun için de Nasa Farklı spektrumlarda* fotoğraflar çekerek bunları bilgisayar ortamında düzenler. Gezegenleri bu kadar net görebilmemizin sebebi budur. İkinci olarak atmosferi bulunmayan gök cisimleri nasıl bu kadar net gözükebilir? Ay gibi yakın cisimler hariç atmosferi bulunmayan cisimlerden gelecek fotoğraflar yayın kalitesi yüzünden yeterince net gelmez. Bu yüzden yine bilgisayarlarda düzenlenir. Ay için diyecek sözüm yok.

Hadi tamam fotoğrafı çekiyorlar ve düzenliyorlar. Peki nasıl gidiyorlar fotoğrafı çekmeye?

Uzaya yolculukta bugünkü teknoloji ve teknikleri kullanıyor olmamızın tek sebebi kütleçekim kuvvetidir. Dışarı çıktığınızı ve elinize bir taş alıp fırlattığınızı varsayalım. Taşın en yüksek noktasını sabit kabul edelim. Taşı birinci atışınızda diğerine göre daha yavaş attığınızı da varsayalım. Şimdi hayal gücünüzü kullanarak taşın bulunduğu bölgeleri bir çizgi halinde görmeye çalışın. Bir parabol oluşturuyor. Peki ilk parabol ile ikinci parabol arasındaki fak nedir? İkinci parabol daha hızlı ve daha geniş bir alana yayılıyor. Parabol oluşmasının sebebi ise Dünya’mız ve onun kütleçekimi. Bunu uzayda yapsaydık ne olurdu? Pek bir şey değişmezdi. Kütleçekimi bizi kendine çekmeye devam ederdi. Fakat yeterince hızlanabilirsek tam bir daire çizebiliriz. Yani sürekli olarak düşeriz ve her zaman hedefi kaçırırız. Bu hız neye bağlı? Neye göre belirleniyor? Bir formülü var mı?

İlk olarak bu hız yörüngesi yapılan cismin kütlesine, yarıçapına, ve merkezden itibaren yörünge yüksekliğine bağlıdır.

Burada neden yörünge hızının yörüngede bulunan cismin kütlesine bağlı olmadığını sorabilirsiniz. Bu konu bize göreliliği açar ve görelilikten konuşmaya başlarsak bitiremeyiz. Buna başka bir yazıda değinelim. Kısaca anlatmak gerekirse 10 Kg kütleye sahip iki cisminizi ayrı ayrı yörüngeye soktuğunuzu varsayalım. Bunları birbirine bağlarsanız cisminiz yavaşlar mı? Hayır.

Yörüngeye girme konusunda kafanızda soru işareti kalmadıysa diğer konumuz olan başka gök cisimlerine yolculuktan bahsedelim. Mesela Ay. Bildiğimiz üzere Ay Dünya’nın yörüngesine dolanıyor ve bizden bayağı uzakta. Dünya ile Ay arasındaki mesafe en yakınken 356.500 kilometre, en uzakken 406.700 kilometre civarıdır.2 Yani bayağı uzakta. Peki Apollo 11’den Apollo 18’e kadar insanlar Ay’a gitmeyi nasıl başardı? Bunu anlamak için taş örneğimize geri dönelim. Bu sefer uzayda taş attığımızı düşünelim. Yörüngedesiniz ve elinizde iki tane taş var. Birden canınız sıkıldı ve taşlardan birini hızlı, diğerini yavaş bir şekilde atmak istediniz. Yavaş attığınız taş sizden hızlı attığınıza göre daha yavaş uzaklaşır. Peki yörünge açısından bakarsak hızlı atılan taşta ne gibi bir değişiklik meydana gelir? Yörüngeye girmek için bulunduğunuz yükseklikten dairenizin diğer ucunu hava olmayan ortama yükseltmeniz gerekti. Şimdi aynı noktadan hızlanmaya devam ettiniz. Ne olur? Dairenizin diğer ucu daha da yükselir. Şimdi bunu Ay’ın yörünge çizgisine dik olarak yaptığınızı düşünün. Mantıken oraya gitmeniz bayağı zaman alacaktır. Işığın gitmesi 1 saniye alıyor. Yani siz Ay’ın yörünge çizgisine vardığınızda Ay çoktan oradan uzaklaşmış olacaktır. Peki sizin Ay’a varma zamanınıza bağlı olarak Ay’ın bulunacağı konuma göre bir hızlanma yapsak? Bu hızlanmalara yön vermeyi dairemizin iki ucuna bağlı olarak yapıyoruz. Peki yörüngeye girdik, Ay’ın bulunacağı pozisyona göre bir hızlanma gerçekleştirdik, Şimdi ne oluyor? Dünya bizi hala kendine çekmiyor mu? Aslında Dünya bizi hala kendine çekiyor ama şu an Ay da bizi yeterince etkili olarak çekiyor. Yani şu an baskın olarak Ay’ın çekimi altındayız. Ama bu sefer çok hızlıyız. Yani dairemizin ucu o kadar genişledi ki artık çekim etkisi bakımından Dünya galip geliyor. O yüzden bizim yavaşlamamız gerekiyor. En alçak noktamızın bulunduğu yerden (Perigee) yapmak her zaman daha mantıklıdır. Çünkü ileri hız vektörümüz orada en fazladır. Peki yeterince yavaşladık ve yörüngeye girdik. E şimdi ne oluyor? Şimdi biraz daha yavaşlıyoruz ve inişimizi gerçekleştiriyoruz. Sonra bir daha yörüngeye giriyor. Yörüngeden kaçıyor ve Dünya’nın yörüngesine giriyoruz. Sonra bir daha yavaşlıyor ve iniş için paraşütlerimizi kullanıyoruz. Bizim yörüngesini yaptığımız gök cisminin yörüngesindeki büyük kütleli cisimlere gitmeyi öğrendik. Peki Mars, Jüpiter, Venüs?

İşin bu kısmı biraz daha zor. Şu an aslında Dünya ile birlikte Güneş’in yörüngesindeyiz. Yani kendi yörünge çizgimiz aynı zamanda Dünya’nın yörünge çizgisi ile aynı. Yani Dünya’nın yörüngesinden kaçtığımız anda kendi yörünge çizgimizi oluşturacağız. Gezegene gitmek için gezegenin nerede olacağını bilmemiz gerekiyor ki oraya göre hızlanalım. Fakat gezegenin orada olabilmesi için bizimle doğru pozisyonlarda olduğu zaman bir hesaplama yapmamız gerek. Bu doğru pozisyonlar yörünge hızlarına göre değişiyor. Hepsini ayrı ayrı vermeye gerek olduğunu düşünmüyorum. Ama Mars ile yaklaşık 44 derece olduğunu bilmeniz yeterlidir. Mars ile yapılan doğru pozisyon zamanı ise Haziran 22 civarına denk gelir. İki farklı şekilde gidebiliriz. Diğeri ise bundan yaklaşık iki ay sonradır ve daha fazla yakıt harcamanız gerekir. Bu aşamada çözmeniz gereken bir sorun daha var. Açı. Sonuçta gezegenlerin dönme açıları da farklı. Bunun için açı düzenleyebilirsiniz. Sadece doğru yönde bir ateşleme yapmanız yeterli.

Yörünge konusunda bir şeyler öğrenebilmenize fayda sağlamışımdır umarım. Diğer yazılarda görüşmek üzere.

Notlar

1. Belirli ortamların değişimi sonucunda elektromanyetik dalgaların kırılmalarına denir.

2. https://evrimagaci.org/dunya-ile-ay-arasindaki-mesafeye-sigan-gezegenler-4769