En Şaşırtıcı Sıcak Buz ve Süper Sıvı Dünyası

Son zamanlarda hemen her gün Güneş Sistemi dışında Dünya benzeri gezegen bulundu haberi alıyoruz. Peki Dünya benzeri gezegenler Yeryüzüne ne kadar benziyor? Sonuçta Anadol da araba, DeLorean ve Audi de araba. Sıcak buz katmanı ve süper sıvı okyanuslarla kaplı olan en ilginç su dünyasını görelim.

Dünya benzeri dış gezegenler

HBO’nun Taht Oyunları dizisine esin kaynağı olan roman serisinin adı Buz ve Ateşin Şarkısı’dır. 14 yıl çevirdiğim Barbar Conan çizgi romanlarının bir sayısında da aksi yüzlü barbar, güzel bir gece geçirdiği Hiperborea kraliçesine “Akşam ateş, gündüz buz gibisin” demişti.

Edebiyat dünyasındaki ateşle buzu gerçek dünyada ve özellikle de dış gezegenlerde en ilginç formlarıyla görebiliyoruz. Örneğin, GJ 1214 b tümüyle okyanuslarla kaplı bulunuyor. Peki yüzde 70 oranında sularla kaplı olan Dünyamıza ne kadar benziyor?

Ne de olsa bu gezegenin el yakan sıcak buz katmanları ve yaklaşık mutlak sıfıra soğutulmuş sıvı helyum gibi hiç direnç göstermeden akan süper sıvı okyanusları var. Bunaltıcı sıcaklarından uzaklaşmak için uzayın en egzotik yerlerini görelim.

İlgili yazı: Biyoprinter ile Biyolojik Işınlama Geliyor

 

GJ 1214 b ile tanışın

Su ve buzun ne olduğunu biliyoruz, en azından bu dünyada biliyoruz. Ancak, Kepler uzay teleskopunu gökyüzüne çevirip son 10 yılda binlerce dış gezegen keşfedene kadar, uzayda tümüyle suyla kaplı gezegenler olduğunu bilmiyorduk.

Teknik adıyla süper dünyalar gezegenimizden birkaç kat büyük büyük ve çok daha ağır oluyorlar. Ancak, ağır oldukları için kendi üzerine çöküyorlar ve çapları kütlesine göre dar kalıyor.

Her durumda süper dünyalar Dünya benzeri kayalık gezegenlerden daha büyük ve en küçük gaz devi sayılan mini Neptünlerden daha küçükler.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Peki hayat var mı?

Burada su dünyası derken sadece sularla kaplı olan gezegenleri değil, 100 km kalınlığında okyanusları olan gezegenlerden söz ediyoruz. Süper dünyalar yüzeyinde büyük miktarda su tutacak kadar güçlü bir yerçekimine sahip bulunuyor ve bildiğimiz anlamda hayata elverişli olamazlar.

Yoksa Dünyamızın yüzde 86’sı olan Venüs de tıpkı ilk zamanlardaki gibi okyanuslarla kaplı olsaydı kıtalar yerine bir adalar gezegeni olacaktı. GJ 1214 b ise Dünya’dan yaklaşık 3 kat büyük ve en az 4 kat ağır. Bu yüzden de sadece yüksek basınç altında oluşan süper sıvı su okyanuslarına ve sıcak buz katmanlarına sahip bulunuyor.

Güneş’ten çok daha küçük bir kırmızı cüce yıldızın çevresinde dönen bu gezegen 2009’da keşfedildiği günden beri dikkat çekti: Kendisi burçlar kuşağının 13. takımyıldızı olan; ama kendine özgü bir simgesi olmayan Yılancı Takımyıldızı’nda bulunuyor. GJ 1214 b aynı zamanda 2011’de çapını ve kütlesini kesin olarak ölçtüğümüz ikinci gezegen olarak bilim tarihine geçti..

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Nasıl ölçtük?

Resimde su dünyasının yörüngesine bakarsanız asteroit kuşağının berisinde, kırmızı cüce güneşin önünden geçtiğini göreceksiniz. Yörüngesine kenardan baktığımız için bu geçişi her 38 saatte görebiliyoruz.

Böylece gezegenin yıldız ışığını gölgelemesine bakarak çapını ölçüyoruz. Gezegenin dönme hızı da kütlesini veriyor; çünkü yıldızların rengi sıcaklık ve kütlesini doğrudan gösteriyor.

Bize yaklaşık 40 ışık yılı uzaktaki gezegenin 1 yılı 38 Dünya günü olduğu için GJ 1214 b’de takvim açısından yaşlanmak çok kolay. Ancak, süper sıvı su okyanuslarıyla kaplı olan dünyanın tek ilginç yanı kelime oyunları değil.

Astronomlar Kepler uzay teleskopuyla yaptıkları keşiflerde uzaydaki en yaygın gezegen türünün süper dünya olduğunu gördüler. Bununla birlikte süper dünyaların içyapısı ve kimyasal bileşimi hakkında bilgileri yoktu. GJ 1214 b detaylı gözlemlere izin veren uysal yörüngesi ve göreli yakınlığıyla bizim için bilgi hazinesi oldu.

İlgili yazı: Yakıtsız Çalışan Roket EM Drive

 

Dünya’dan iki kat büyük

Bu gezegenin çapı 24 bin km ve Dünya’dan iki kat büyük. Kütlesi ise 4 kat büyük ve bu özellikleri ile mini Neptün sınıfına girmeden süper dünya kategorisinde kalan en büyük gezegenlerden biri. Mini Neptün geçiş aşamasında olduğu için her iki gezegen türünü de anlamamızı kolaylaştırıyor.

Bununla ilgili temel bilgi verecek olursak; Dünyamız gibi kayalık gezegenlerde kıtaların kaymasına yol açan tektonik plakalar ile atmosfer ve okyanus suyunu temizleyen volkanizma hareketleri var. Dünya benzeri gezegenler kıtaların ve denizlerin olduğu hayata elverişli gökcisimleri.

Süper dünyalar ise büyük bir kütleye sahip oldukları için çok derin okyanuslara sahip bulunuyor. Bu okyanusların derinliği 100 km’yi buluyor. Ayrıca gezegenin kütlesi Dünya’dan 4 kat büyük olabildiği için okyanuslar da 4 kat ağır oluyor ve deniz tabanına müthiş bir basınç uyguluyor.

Karşılaştırma açısından, Dünya’nın en derin yeri olan Mariana çukurunun 11 km derinliğinde olduğunu ve denizaltılara 1000 atmosfer basınç uyguladığını belirtelim. Şimdi 100 km derinlikte 4 kat ağır okyanus suyunun uygulayacağı basıncı düşünün (düşünemedi). Yine de bu gezegenler sıcak buz ve süper sıvı suyu anlamak için önemi. O yüzden aklımızda tutalım. 🙂

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Mini Neptünler ve gaz devleri

Mini Neptünler o kadar büyük ve ağır bir kayalık çekirdeğe sahip ki kalın bir helyum atmosfer tutuyor. Tüm gezegeni kaplayan 100 km derinlikteki global okyanus ise bu kalın atmosferin dibinde yer alıyor ve üstteki gazların uyguladığı yüksek basınç altında adeta eziliyor.

Jüpiter gibi gaz devleri ise o kadar kalın bir atmosfere sahip ki okyanus yerine, derinliklerde sıvı metalik hidrojen katmanı içeriyor.

Nitekim Jüpiter yörüngesinde dönen Juno sondası, bu gaz devinin gerçekten kayalık bir çekirdeği olduğunu; ancak süper sıcak ve yüksek basınçlı sıvı metalik hidrojen katmanı yüzünden, çekirdeğin dış kesimlerinin kısmen suda çözülen tuz gibi eridiğini gösterdi.

İlgili yazı: Sansüre Karşı TOR ve Orbot Rehberi

 

Peki ya GJ 1214 b

Bu dış gezegenin global okyanusla kaplı bir su dünyası olduğunu düşünüyoruz; ama atmosferik bileşiminden emin değiliz. Buna karşın elimizde iki teori var:

1) Su buharı ve belki de Satürn’ün uydusu Titan gibi hidrokarbonlardan oluşan kalın bir atmosferi olabilir. 2) Kalın su bulutlarından oluşan ve yüzeyini tıpkı Venüs veya Titan gibi gözlerden gizleyen (kısacası hava olayları gözlenen) dinamik bir atmosferi olabilir.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Neden kararsız kaldığımıza gelince

Gezegenin yüzey sıcaklığını bilmiyoruz! Elbette ki kırmıza cüce yıldıza yakınlığı bir fikir veriyor, ama bu tahmin 286 ile 120 santigrat arasında değişiyor; çünkü gezegen yüzeyinin Venüs gibi ısıyı uzaya yansıtıp yansıtmadığını bilmiyoruz.

Yansıtıyorsa 120 derece sıcaklıkta olmalı. Yansıtmıyorsa yıldıza çok yakın olduğu için ortalama sıcaklığı 286 derece olabilir. Dünya’nın küresel ısınmaya rağmen ortalama sıcaklığı 15 derece olduğuna göre, GJ 1214 b tam bir hamam olmalı. Üstelik bu sadece yüzey sıcaklığı! Bir de okyanus dipleri var.

Tabii gezegenin atmosferini görebilseydik bulutlu olup olmadığına bakarak atmosferin ışığın ne kadarını uzaya yansıttığını ölçebilir ve böylece yüzey sıcaklığını daha net tahmin edebilirdik. 2018’de uzaya fırlatılacak James Webb teleskopu, ısıyı gören kamerasıyla atmosfere bakıp gezegenin sıcaklığın ölçecek.

İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en çarpıcı 5 yöntem

 

Kimyasal bileşimi

İlk ölçümler okyanus dünyasının yüzde 75 oranında su ve yüzde 25 oranında kayalık-demir çekirdek içerdiğini gösterdi; ama bu sizi yanıltmasın. Gezegene göre küçük olan kayalık çekirdek aslında Dünyamızdan daha büyük ve gezegenimizden çok daha ağır olduğu için o kadar suyu tutabiliyor.

Haliyle yerçekimi Dünya’dan 4 kat güçlü olan bu gezegenin, atmosferinde süper hafif gazları da tutması gerekiyor. Kısacası toplam kütlesi gezegenin binde beşine karşılık gelen kalın bir hidrojen ve helyum atmosferine sahip olması gerekiyor.

En azından 2012 yılına kadar bilim insanları böyle düşünüyordu. Ancak, Harvard Smithsonian Merkezi’nde çalışan astrofizikçiler atmosferin büyük ölçüde sıcak su buharından oluştuğunu söylediler.

İlgili yazı: Evrende Kaç Kara Delik Var ve Nerede?

 

Su dünyaları nasıl yaşlanır?

Normalde güneşin morötesi ışınları atmosferin üst katmanlarındaki su moleküllerini parçalayarak hidrojenin uzaya kaçmasına yol açar ve ağır oksijenin yere inerek gezegenin kayalarına nüfuz etmesini sağlardı (Mars atmosferini böyle kaybetti)

Ancak, bu gezegenin yerçekimi çok güçlü ve sudan ayrışan hidrojenin moleküler hidrojen olarak atmosferde kalması ve oksijenin de okyanus suyuna karışması gerekir. Süper yoğun su katmanı ve kalın su buharı senaryosunda, hidrojenle helyum atmosferin çok küçük bir kısmını meydana getiriyor. Bu da bizi konumuzun ana fikrine getiriyor; yani sıcak buz ve süper sıvı dünyasına.

İlgili yazı: Güneş’in kayıp ikizi nereye gitti?

 

Evrenin en ıslak gezegeni

Normalde James Webb uzay teleskopunu göndermeden bunu keşfedemezdik; ama gökbilimciler Hubble uzay teleskopunu GJ 1214 b’ye çevirdiler ve yıldızın önünden geçerken atmosferindeki ışık dalgalanmalarına baktılar.

Böylece Hubble’ın süper hassas derin tarama kamerası atmosferde su buharı olduğunu gördü. Bu da süper dünyada uzaylılar yaşıyorsa hava durumu tahmini yapmanın çok kolay olduğunu gösteriyordu: Bugün hava bulutlu, yarın bulutlu, ertesi gün de bulutlu. Kısacası bütün yıl (38 gün!) çok bulutlu. 🙂

Böyle bir dünyanın yüzey basıncının da Yeryüzünden çok daha yüksek olduğunu tahmin edersiniz. Öyle ki GJ 1214 b atmosfer basıncının Dünya’daki deniz seviyesine eşit olduğu nokta, tıpkı Venüs gibi yerden onlarca km ve belki de yüzlerce km yüksekte bulunuyor.

Ancak, atmosferi geçip GJ 1214 b’nin deniz seviyesine ulaşırsanız çok daha yüksek sıcaklıklara ve basınca erişiyorsunuz. Bu nedenle gezegenin yüzeyinde sıcak buz ve süper sıvı su olması bekleniyor. Bunların her ikisi de suyun egzotik halleri.

İlgili yazı: Fizikçiler Karanlık Madde SüperSıvı Olabilir Dedi

 

Dünya gezegeninde imkansız

Fizikçiler laboratuarlarda oluşturdukları yüksek ısı ve basınç altında 10 tür sıcak buz ürettiler. Sıcak buzun Jüpiter ve Güneş Sistemi’nin en büyük uydusu olan Ganymede’de ve diğer buzlu uydularda da olduğunu düşünüyoruz (sıcak buz su moleküllerinin kristal dokusundaki farklılıklara göre değişik türlere ayrılıyor).

Buna karşın evrende kaç tür sıcak buz olduğunu bilmiyoruz. Bilgisayar simülasyonları kesin bilgi vermediği için GJ 1214 b gibi süper sıvı su dünyalarını inceleyerek alternatif buz türlerini bulmayı umuyoruz.

İlgili yazı: LISA Kütleçekim Dalgalarını Uzayda Arayacak

 

Süper sıvı ve sıcak buz nedir?

Sıcaklık ve basınç arttıkça farklı sıcak buz türleri oluşuyor. Örneğin sıcak buz 100 derecede erimeye başlıyor. Süper sıvı suyu ise Dünya’da su kabına az miktarda silikon bazlı organik polimer molekülleri ekleyerek üretiyoruz.

Yüksek ısıyla basınç altında su moleküllerinin viskozitesi sıfıra iniyor; yani kapta hiç direnç göstermeden ve hiçbir şekilde sürtünmeye yol açmadan akıyor. Hatta bardağın kenarına böcek gibi tırmanıp dışarı taşabiliyor. Süperiletkenlerin elektriği direnç göstermeden iletmesine benzeyen bu mekanik duruma süper sıvı hali diyoruz.

Bugüne kadar su dünyalarının 100 km derinlikteki okyanus diplerinde görülen yüksek basınç ve sıcaklık altında sıcak buz oluştuğunu biliyorduk. Ancak, neredeyse mini Neptün olacak kadar büyük ve ağır bir gezegen görmemiştik. Anlaşılan, gaz devi olmanın kıyısından dönmüş bu tür süper dünyaların deniz seviyesinde süper sıvı su katmanı oluşabiliyor.

İlgili yazı: Dokuzuncu Gezegen Yok Derken 10. Gezegen Çıktı

 

Bilmece sürüyor

Buna karşın GJ 1214 b bizi çok şaşırttı; çünkü 2014 yılında yapılan gözlemlerde, yukarıda sözünü ettiğimiz su buharı atmosfer teorisini destekleyecek hiçbir kanıt bulamadık. GJ 1214 b atmosferinde su buharı, metan, azot, karbonmonoksit ve karbondioksit gazı yoktu.

Öyleyse bilinen evrenin en garip su dünyası olan bu gezegenin atmosferi hangi moleküllerden oluşuyordu? Gezegenbilimciler bilgisayar modellerine geri döndüler ve atmosferin potasyum klorür veya 232 derece sıcaklıktaki çinko sülfür gazından oluştuğu teorisini geliştirdiler.

Amerikalı gökbilimci Laura Kreidberg’e göre bu bulutlar dış görünüş itibarıyla da Dünya’daki bulutlardan çok farklı olmalı. Öyle ki bu tür egzotik bulutları hiçbir bilimkurgu bilgisayar oyununda görmedik.

Laura Kriedberg su dünyasını anlatıyor

İlgili yazı: Çıplak Tekillik: Kara Deliklerin İçini Neden Göremiyoruz?

 

Öyleyse bu gezegene ne oldu?

Ne oldu da standart bir sıcak buz, su buharı atmosfer ve süper sıvı okyanus dünyası olması gerekirken, ekmek fırınlarına benzeyen süper sıcak bir atmosfere sahip oldu?

Belki de yaşlandı

Gökbilimciler süper dünyanın çok yaşlandığı ve büyük bir değişim geçirdiği kasında. Buna göre gezegen son 5 milyar yılda uçucu bileşiklerinin (hidrojen, helyum vb.) büyük kısmını kaybetti.

Nitekim gezegenin büyük miktarda su içermesi, aslında güneşten uzak ve soğuk bir yörüngede doğduğunu gösteriyor. Ancak, tıpkı Jüpiter’in bir ara yaptığı gibi (ama kalıcı olarak) güneşin yakınındaki bir yörüngeye göç etmiş olabilir.

Bu durumda GJ 1214 b’nin 100 km derinlikteki süper sıvı okyanusları daha yeni buharlaşıyor ve atmosferinde yavaş yavaş su buharı birikmeye başlıyor. Biz de bu nedenle ne 1) numaralı seçenekteki hidrojen-helyum atmosferini ne de 2) numaralı seçenekteki su buharı içeren atmosferi görebiliyoruz.

İlgili yazı: 1 Milyar Yıllık Kayıp Kıtalar Bulundu

 

Gizemi nasıl çözeriz?

2018’de fırlatılacak olan James Webb uzay teleskopu ile: Bu teleskopun 6,5 metre çapındaki dev aynası süper sıvı su dünyası GJ 1214 b’nin atmosferini detaylı olarak görecek. Biz de süper dünyaların mini Neptünlere geçiş yaptığı sınırda yer alan egzotik dış gezegenlerin sırlarını çözmeye başlayacağız. Nasıl yapacağımızı James Webb uzay teleskopu yazısında okuyabilirsiniz.

Evde sıcak buz nasıl yapılır?

¹Clouds in the atmosphere of the super-Earth exoplanet GJ 1214b