Güneş Yelkeni ile 3 Günde Mars’a Gidelim

NASA güneş yelkeni ile Mars’a 3 günde uzay sondası göndermeyi planlıyor. Roket alevi yerine gün ışığının itiş gücünden yararlanan güneş yelkenleri ile uzay yolculukları hızlanacak ve insanlar Mars’a sadece iki ay içinde ulaşacak. Astronotları radyasyondan korumak için Mars’a hızlı gitmeliyiz.

Işığa binmek

Klasik roketler yaktığı yakıttan çıkan gazları dışarı püskürtüyor ve sıcak egzoz gazı da roketi ileri doğru itiyor. Ancak, bunun için ağır motorlar ve yakıt tankları kullanmak gerekiyor. Üstelik uzaya yakıt taşımak zorunda kalıyoruz. Kısacası roketler yavaş gidiyor.

Mars’a insan göndermek içinse bize daha hızlı uzay gemileri gerekiyor. Bu açıdan bakarsak Güneş ışığını oluşturan fotonların itiş gücünden yararlanan güneş yelkeni çok daha hafif; çünkü gücünü sadece güneşten alıyor. Bu yüzden daha uzağa çok daha hızlı gidiyor.

Nitekim 380 bin km ötedeki Ay’a gitmek 3 gün sürüyor; ama Mars bizden 50-60 milyon km uzakta ve kızıl gezegene astronot göndermek 6 ay alıyor. Oysa daha hızlı gidersek hem astronotları uzaydaki tehlikeli radyasyondan koruruz hem de insanlar yolda küçük bir geminin içinde yaşamaktan sıkılmazlar.

İlgili yazı: En Yakın Yıldızda Dünya Benzeri Gezegen

 

İdeal süre 2 ay

Enflasyona rağmen her yıl aynı bütçeyi aldığı için ödeneği sürekli azalan NASA bu sorunu çözmek için düşük maliyetli güneş yelkeni kullanmaya karar verdi.

Güneş yelkeni ile Mars’a tek seferde 100 insan gönderip kızıl gezegene 1 günde yerleşemeyiz; ama hiç değilse araştırma sondalarıyla 5 kişilik bir araştırma ekibini kısa sürede ulaştırabiliriz. Güneş yelkeni sayesinde küçük ve hafif sondaları 3 günde ve insanlı gemileri de 2 ayda Mars’a gönderebiliriz.

İlgili yazı: Bizi Dinlemeye Devam Edin >> Chrome ve Messenger konuştuklarımızı nasıl dinliyor?

 

Fotonik itiş

Güneş yelkenlerine fotonik itiş teknolojisi de diyebiliriz. California Üniversitesi Santa Barbara kampüsünden Philip Lubin ve ekibi NASA için güneş yelkeni geliştiriyor. Işığın itiş gücü roketten zayıf olduğu için bu yelkenlerin ultra hafif materyallerden üretilmesi gerekiyor.

Sadece güneş ışığından yararlanarak iPhone boyundaki küçük sondaları Mars’a 2 ayda gönderebiliriz. Ancak, NASA Yenilikçi ve İlerici Tasarımlar (NIAC) fonundan 100 bin dolar alan Lubin çok daha ihtiraslı bir plan yaptı ve güneş yelkenini uzaya gönderilen lazer ışınlarıyla itmeye karar verdi.

Bu teknolojiye Yıldızlararası Keşif İçin Yönlendirilmiş Enerji İtişi (DEEP-IN) diyoruz ve ben de detaylarını Starshot yazımda anlatmıştım.

Rusya’nın zengin iş adamlarından Yuri Milner ve Stephen Hawking geçen yıl bize en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri’ye lazer yelkenli sondalar göndermeyi planladıklarını duyurmuştu. Bu konuda önemli bir gelişme var; ama ona geçmeden önce Mars’a lazer yelkeniyle gitmeyi anlatalım.

İlgili yazı: Süper Zeka ve Tekillik >> Bilimkurguda En Şeytani 20 Yapay Zeka

 

Neden lazer yelkeni?

Güneş yelkenini sadece gün ışığıyla itersek daha yavaş gidiyor. Üstelik bu şekilde Mars’a astronot göndermek imkansız. Roketle gitsek daha iyi olur; çünkü insanlı uzay gemisi güneş yelkeni için fazla ağır olacaktır.

Öte yandan, Starshot projesinde belirtildiği gibi Dünya’da 100 adet dev lazer topu inşa ederek uzaydaki yelkenleri süper güçlü lazer ışınlarıyla itmenin maliyeti 100 milyar dolardan başlıyor. Bu yüzden Lubin, Mars’a lazer ışınlarıyla ucuz ve hızlı sonda göndermenin yollarını araştırdı.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Yörünge lazeri

Lubin’e göre en iyisi Dünya yörüngesine Hubble uzay teleskopu büyüklüğünde bir lazer topu yerleştirmek. Uzayda hava olmadığı için bulutlar lazer ışınının önünü kesip ışığı dağıtmayacak. Böylece uzaya güçlü, hafif ve düşük maliyetli bir lazer topu gönderebiliriz.

Bu sayede hem güneş yelkeni takılı küçük sondaları Mars’a lazerle iterek 3 günde göndeririz hem de yörüngeye birkaç lazer topu yerleştirirsek insanları Mars’a 2 ayda göndeririz. Elbette bu projenin maliyeti de en az 10 milyar dolar olacak.

Açıkçası biz bu projeyi geliştirene kadar Mars’a roketle insan göndermek daha kolay olur. Elon Musk bu yüzden güneş yelkenlerine yatırım yapmıyor ve 2025’ten sonra Mars’a insan göndermek için metan gazı yakan roketler kullanmak istiyor. Yine de lazer yelkenleri NASA ve insanlık için avantajlı.

Bir kere Mars ve Jüpiter’e hızlı bir şekilde sonda göndereceğiz ve para bulursak bunu 10 yılda yapabiliriz. İkincisi de gelecekte Mars’a düzenli olarak insan göndermek için lazer ışınlı ve güneş yelkenli bir taşımacılık hattı kurabiliriz. Kısacası sadece bugünü değil, sürdürülebilir geleceği düşünmek lazım.

İlgili yazı: 5 Adımda Başka Yıldızlara Nasıl Gideriz?

 

Mars sana geliyoruz

Elbette Mars’a Bruce Lee’nin uçan tekmesi gibi hızla gitmek için elimizde alternatif teknolojiler var. Ben de bunlar arasında yer alan iyon motorlarını, ölümsüz plazma roketlerini, yakıt kullanmadan çalıştığı öne sürülen EM sürücüsünü ve Mars’a iki günde ulaşmaya çalışan uzay treni Solar Express’i önceki yazılarda anlattım.

Ancak şimdi gözümüzü uzaklara, bize en yakın komşu yıldız olan Proxima Centauri’ye çevirelim; çünkü bu yıldızın yörüngesinde Dünya’ya benzer bir gezegen bulduk ve hayat olup olmadığını görmek için sabırsızlanıyoruz. Alman fizikçi René Heller bu gezegene güneş yelkeni ile gitmek istiyor.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Yıldızlara en gerçekçi yolculuk

Starshot lazer yelkeni projesinin iki büyük sorunu var ve birini söyledik bile: Çok pahalı. İkincisi lazer ışınlarıyla itilen güneş yelkeni takılı uzay sondaları çok hızlı gidecek (ışık hızının beşte biri ile). Diyeceksiniz ki “Sıkıntı yok hocam. Saniyede 60 bin km hızla en yakın yıldıza 20 yılda ulaşırız.”

Ulaşırız da nasıl duracağız? Proxima centauri’nin çevresinde dönen Dünya benzeri gezegenin yörüngesinde lazer topu yok ki gelen sondaların yelkenine ateş edip onları yavaşlatalım! Bu yüzden uzay sondaları gezegene ulaşsa bile duramayıp yanından geçecekler.

Çok hızlı gittikleri için de Yeni Ufuklar sondasının Plüton’da yaptığı gibi, yanından geçerken gezegenin resimlerini çekemeyecekler. René Heller, 100 milyar dolar harcayıp uzaya boşu boşuna sonda göndermeyelim diye bu problemi çözmeye çalıştı.¹

İlgili yazı: Amatör Astronomi İçin Teleskop Rehberi

 

Uzay freni

Her yıldızın güneş rüzgarı var ve bunlar çok seyrek, ama aynı zamanda çok hızlı gaz akımlarından oluşuyor. Demek ki güneş yelkeni takılı araştırma sondası başka bir yıldızın güneş rüzgarının etki alanına girince yavaşlayacak.

Ancak, biz Starshot projesi ile bu sondaları lazer ışınıyla itmek istiyoruz. Lazer ışınları güneş ışınlarından güçlü olduğu için güneş rüzgarı bunların hızını kesemez. René Heller sondaların Dünya benzeri gezegenin yörüngesine girecek kadar yavaşlamasını istiyor ve iki aşamalı bir çözüm öneriyor:

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

En yakın yıldıza gidelim

Alpha Centauri yıldız sistemi 3 yıldızdan oluşuyor. Bunlar Alpha Centauri a, b ve bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri adlı kırmızı cüce. Bunlar her 80 yılda bir aynı düzlemde hizalanıyor. En yakın uçuş penceresi ise 2035’te açılıyor.

Öyleyse 2035 yılında uzaya her biri yüzlerce küçük sondadan oluşan üç “araştırma sürüsü” gönderebiliriz. Bunların her biri Alpha Centauri sistemindeki başka bir yıldıza gider; ama önceliğimiz Proxima Centauni çevresindeki Dünya’ya benzer gezegen olacak.

İlgili yazı: Uzay Yolcuları Filmi Ne Kadar Gerçekçi?

 

Uzay manevraları

René Heller’e göre uzay sondalarını yıldızların çevresinde yumurta şekilli eliptik yörüngelere sokabiliriz. Böylece yıldızların yerçekimini kullanarak yavaşlayabilir ve yıldızların çevresindeki gezegenlerin yörüngesine girebilirler.

Yerçekimi tek başına sondaları yavaşlatmaya yetmez; ama yıldızların güneş rüzgarının yarattığı radyasyon ve foton basıncını kullanarak güneş yelkenli sondaları yeterince yavaşlatabilirler. Yalnız bir sorun var: Bunun için sondaların saniyede sadece 13 bin 800 km hızla gitmesi gerekiyor. Yoksa ne yerçekimi ne de güneş rüzgarı sondaları yavaşlatabilir.

İlgili yazı: Roket Şirketi Elektrikli Uçan Araba Üretiyor

 

Peki ne yapabiliriz?

Aslında sabırlı olursak işimiz kolay: Dünya’da çok daha ucuza mal olan düşük güçlü lazer topları inşa ederiz. Böylece Starshot projesi iş adamlarının yatırım yapacağı kadar gerçekçi olur. Sonra güneş yelkenli sondaları saniyede 13 bin 800 km ile komşu yıldızlara göndeririz.

Evet, Dünya benzeri gezegene 20 yılda ulaşamazlar; ama 100 yılda hedefe varmış olurlar. Bu sondaların yörüngeye girmesi de 50 yıl alır ve 150 yıl sonra Alpha Centauri sistemindeki gezegenlerin fotoğraflarını çekip bize gönderirler. Işık hızında giden sinyallerin bize ulaşması sadece 4,2 yıl sürecek. 🙂

İlgili yazı: Kızıl Nova: İkiz Yıldızlar 2022’de çarpışacak

 

Daha pratik bir yöntem var

Sabır bir Jedi’ın en önemli erdemidir demişler. Biz de daha sabırlı olabiliriz. Örneğin Dünya’da 100 adet lazer topu inşa etmek zor mu geliyor? Öyleyse lazer yelkeni yerine güneş yelkeni kullanırız. Sondaları önce güneş rüzgarının en güçlü olduğu yere göndeririz; yani Güneş’e yakın bir yörüngeye.

Ardından güneş rüzgarı bu sondaları saniyede 11 bin 550 km ile komşu yıldızlara iter. Biz de 180 yılda hedefine ulaşacak olan sondalardan haber alırız. Burada dikkatinizi çekmek istediğim nokta gerçekten de bunu 180 yılda yapacak paraya ve teknolojiye sahip olduğumuz. Gelecekteki teknolojilerle kim bilir neler başarırız.

İlgili yazı: AIDS’e Kesin Çare >> Amerikalı doktorlar HIV virüsünü insan DNA’sından sildi

 

100 bin metrekare

Işığın itiş gücü, SpaceX’in Dünya’da geri dönüp yere dikey iniş yapan Falcon 9 roketlerinden daha zayıf. Bu yüzden bize dev gibi bir güneş yelkeni lazım. Bu yelken 100 bin metrekare olacak ve bir kenarının uzunluğu 300 metreye ulaşacak.

Çok hafif bir maddeden yapılan yelkenin, güneş rüzgarının ürettiği 100 bin derecelik sıcaklığa dayanıklı olması gerekecek. Karşılaştırma açısından, Hiroşima’ya atılan atom bombasının sıcaklığının 300 bin derece olduğunu söyleyelim.

İlgili yazı: Nemesis: Dünya’ya Göktaşı Savuran Ölüm Yıldızı

 

Uzay kaşifleri

Starshot projesinin bir diğer sorunu, ışık hızının yüzde 20’si ile giden sondaların uzaydaki moleküllere aşırı hızlı çarparak aşınacak olmasıydı. Açıkçası bizim bu sondaları zırh gibi kalın olan özel bir kalkanla korumamız gerekiyordu. Yoksa kum tanesi gibi aşınarak eriyip giderlerdi.

Ancak, saniyede 60 bin km yerine 11 bin 500 km ile giden sondalar o kadar yıpranmayacak. Bu yüzden sabırlı olursak 180 yıl içinde bize en yakın dış gezegenin yakın plan fotoğraflarını çekmiş olacağız.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük

 

Güneş yelkeni nasıl çalışıyor?

Şimdi kısaca ışığın itiş gücüyle hızlanan güneş yelkenlerinin nasıl çalıştığına bakalım. Kendimize şunu sorarak başlayabiliriz: Işığı oluşturan fotonların kütlesi yoktur. Öyleyse nasıl oluyor da güneş yelkenlerini rüzgar gibi itebiliyorlar?

Her şey 2010 yılında başladı ve Japonların IKAROS uzay aracı sadece güneş yelkeni kullanarak Güneş yörüngesine girmeyi başardı. IKAROS hâlâ dönüyor ve biz Dünya’da yeni güneş yelkeni seferlerine hazırlanıyoruz.

İlgili yazı: Yer Fıstığı Şekilli Yıldız Sistemi Ezber Bozdu

 

Tenis topu, tenis raketi ve fotonlar

Işığı oluşturan fotonlar güneş yelkenini uzayda nasıl iter diye sorduğumuzda ilk aklımıza gelen şey tenis topu ve tenis raketleri olmalı:

Tenis topu rakete çarpıyor, kinetik enerji ortaya çıkıyor, momentumunu rakete aktarıyor ve Newton’ın etki-tepki yasası gereği raket de topu aynı şiddette geri itiyor. Raket tenis topundan ağır olduğu için raketten seken tenis topu sahadaki filenin üstünden uçuyor. Aynı mantıkla topa raketle vurup rakibe yollayabiliyorsunuz.

Mühendis arkadaşlarımızın bildiği gibi momentum kütleyle alakalı ve fotonların kütlesi sıfır olduğu için momentumun da sıfır olması gerekiyor; ama bu yanlış. Fotonlar aslında sahip oldukları momentumunun yüzde 50’sini güneş yelkenlerine aktarıp yelkeni itebiliyor.

İlgili yazı: Elon Musk 2022’de Mars’a Nasıl Gidecek

 

Bunun sebebi kuantum fiziği

Kuantum fiziğine göre fotonların momentumu frekanslarına doğru orantılı. Şöyle düşünün: Işık hızı boşlukta sabittir. Yerçekimi ile uzay-zamanı bükerek fotonun uzayda izlediği yolu uzatabilir ve bu yüzden örneğin kara delik gibi büyük kütleli bir cismin yanında zamanı yavaşlatabilirsiniz.

Ancak, fotonları asla yavaşlatamazsınız. Yavaşlayacaklarına frekansları azalır. Örneğin mor renk yerine kızılötesine (ısı bandına kayarlar). Bunun anlamı şu: Güneş gibi beyaz ışık saçan bir yıldızın ışığını oluşturan fotonların frekansı kırmızı cüce gibi portakal renkli yıldızlardan daha yüksektir.

Kısacası Güneşimiz güneş yelkenlerini bize en yakın yıldız olan kırmızı cüce Proxima Centauri’den daha hızlı itebilir. Mavi ışık ise güneş yelkenini çok daha hızlı itecektir. Örneğin, mavi dev yıldız Bellatrix’in çevresindeki bir gezegende uzaylılar olsaydı, onların güneş yelkenleri daha hızlı giderdi.

İlgili yazı: Elon Musk Mars’ta Sera Kent Kuracak

 

Bu yüzden lazer yelkeni

Tahmin edebileceğiniz gibi lazer ışınlarının frekansı güneş ışığının frekansından daha yüksek. Bu yüzden güneş yelkenlerini daha hızlı itiyorlar. Biz de bu yüzden Mars’a 3 günde ve en yakın yıldıza 100 yılda sonda göndermek için lazer ışınları kullanmak istiyoruz.

Kısacası uzaya uydu gönderirken radyasyon basıncını hesaba katmak zorundayız: Mariner 4 uydusu Mars yörüngesine girmek için manevra roketlerini kullanırken, güneş rüzgarının kendisini iten radyasyon basıncını hesaba katmak zorunda kaldı. Böylece 1967 yılında Mars’ın ilk yörünge fotoğraflarını çekip bize gönderdi.

Aynı şekilde Kepler uzay teleskopunun manevra sistemi bozulunca yeni dış gezegenler keşfetmeye devam etmek için güneş rüzgarı basıncını kullandık. Güneş rüzgarının teleskopu iterek istediğimiz gezegenlere çevirmesini sağladık. Yoksa Kepler çoktan hurdaya çıkacaktı.

İlgili yazı: Mars ve Venüs’ü Dünyalaştırmak İçin 5 Dahice Yol

 

Işık zayıftır

Ancak sayı üstünlüğü var: Örneğin mavi ışık fotonlarının basıncı ile bir tenis roketini savurup gelen topa vurmak istiyorsanız size 2 trilyon kere trilyon foton gerekiyor. Neyse ki Güneş her saniye uzaya sayısız foton yayıyor da hiç foton sıkıntısı çekmiyoruz. 🙂

Gezegenler Derneği

Kurucuları arasında Carl Sagan’ın da yer aldığı Gezegenler Derneği’nin şimdiki CEO’su Bill Nye, Mart ayında uzaya LightSail 2 adlı yeni bir güneş yelkeni göndermeyi planlıyor. Bu yelken 32 metrekare olacak ve uydularda güneş yelkeni kullanımını test edecek.

Elbette güneş yelkeni ile uzaya uydu gönderemeyiz. Ancak, son yıllarda uyduların küçülerek avuç içine sığmaya başladığını da unutmayalım. Elon Musk yörüngeye 4000 adet küp uydu yerleştirip uzaydan sansürsüz internet bağlantısı sağlamak istiyor.

Dolayısıyla bu uyduların uzaya ulaştıktan sonra yörüngede gereken manevraları yapması için manevra roketlerinden çok daha hafif olan güneş yelkenlerini kullanabiliriz. Bu da uzaya daha hafif uydular fırlatmamızı sağlar. Ne de olsa uzay yolculukları ucuzladıkça insanların uzaya yerleşmesi kolaylaşacak.

NASA da 2018 yılında güneş yelkeni takılı 3 küp uyduyu asteroit madenciliği ön çalışmaları ve uzayda hayat aramak için asteroitlere göndermeyi planlıyor. Özetle güneş yelkenleri uzay araştırmalarını her alanda hızlandırıyor.

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Güneş Sistemi’nin sınırına ulaşmak

Güneş rüzgarının kesildiği bölgeye Gündurgun diyoruz (heliopause) ve cüce gezegen Plüton’dan 2,5 kat uzakta, yaklaşık 14 milyar km ötede yer alan bu bölge Güneş Sistemi’nin sınırını oluşturuyor.

Yeni Ufuklar uzay sondasının 5,9 milyar km uzaktaki Plüton’a roket kullanmadan, sadece gezegenlerin yerçekimiyle savrularak ulaşması 10 yıl sürdü. Voyager-1 uzay sondası ise Güneş Sistemi’nin sınırına 33 yıllık yolculuğun ardından, ancak 2012 yılında ulaşabildi.

Kısacası çok uzak

Ancak, bilim insanları Güneş Sistemi’ni kısa sürede keşfetmek istiyor ve yıldızlararası uzayın başladığı Gündurgun bölgesini çok merak ediyorlar, özellikle de güneş rüzgarının nasıl kesildiğini incelemek istiyorlar. Bunun için uzak mesafelerde yüksek hızla giden güneş yelkeni kullanmayı planlıyorlar.

İlgili yazı: Gerçek Ölüm Yıldızı Süpernovalar

 

Onun adı HERTS

Gündurgun Elektrostatik Hızlı Taşım Sistemi (HERTS) tam olarak bir güneş yelkeni değil; çünkü ışıkla değil, güneş rüzgarının yol açtığı elektrik akımıyla çalışıyor. Bu yüzden kendisine elektronik yelken de diyebiliriz.

HERTS yelkeni kullanan bir uzay aracı çiçek göbeğine benzeyecek. Merkezdeki sondadan dışarıya doğru fayton tekerleği parmakları gibi açılan 10 ila 20 alüminyum tel olacak. Elektrik yüklü bu tellerin uzunluğu 20 km’ye erişecek; ama sadece 1 mm kalınlığında olacaklar! Böylece Dünya yakınlarında 600 ve derin uzayda 1200 kilometrekarelik bir alanı kaplayacaklar.

İlgili yazı: Dünya’ya En Çok Benzeyen Gezegen Bulundu

 

Sadece gidiş bileti

Dev bir bisiklet jantına benzeyen elektronik yelkendeki teller pozitif yüklü olacak. Güneş rüzgarındaki elektronlar da negatif yüklü olduğu ve zıt yükler birbirini ittiği için ortaya tek yönlü itiş kuvveti çıkacak. Kısacası güneş rüzgarı derin uzay sondasını güneş sisteminin kenarına kadar itecek.

Bu sondanın manevra yapıp ters dönmesi veya geriye dönmesi mümkün değil; ama uzay aracı güneş rüzgarının kesildiği Gündurgun noktasına ulaşınca haliyle duraklayacak ve Güneş Sistemi’nin en uzak kesimlerini incelemeye başlayacak.

NASA, HERTS yelkeni ile Güneş Sistemi’nin kenarına 20 yılda erişebileceğimizi söylüyor. Bu Voyager-1’den çok daha kısa bir süre. Tek sorun e-yelkende statik elektrik birikecek olması. Bu sebeple uzay sondasının elektriğini alan bir paratoner de olmalı.

Uzayın keşfi

Özetle komşu yıldızları ve Güneş Sistemi’ni roketlerle keşfetmemiz çok zor; çünkü bunlar hem yavaş gidiyor hem de kısa menzilli oluyor. Süper hafif güneş yelkenleri ise sadece güneş ışığının itiş gücünden yararlanarak ışık hızının yüzde 5’i ila yüzde 20’siyle komşu yıldızlara ulaşabiliyor. Güneş yelkenlerinin başka yıldız sistemlerinde hayat aramayı kolaylaştırması bekleniyor.

NASA’nın yıldızlararası yolculuk planları

¹Deceleration of High-velocity Interstellar Photon Sails into Bound Orbits at α Centauri