Yerden Göğe
Haziran ayının sonlarında, Hubble’ın halefi olarak planlanan James Webb Uzay Teleskopu’nun ancak 2021’de devreye girebileceği duyuruldu. Pek çoğu Dünya yörüngesinde yer alan ve uzayı gözleyen bu gözlemevlerine neden ihtiyaç duyuyoruz, şimdiye kadar bu teleskoplar ne fayda sağladılar ve bu teleskopların gelecek vaatleri ne?
1990 yılından bu yana Dünya yüzeyinden yaklaşık 540 km mesafedeki yörüngesinde hareketini sürdüren ve görünür ışık bölgesinde gözlem yapan ilk uzay teleskoplarından biri olan Hubble Uzay Teleskopu, sadece astronomi-astrofizik camiasının değil, elde ettiği yüksek çözünürlüklü fotoğraflarla bilim meraklılarının da gözdesiydi (bkz. Şekil 1). Hubble Teleskopu’nun yerini alması planlanan NASA’nın James Webb Uzay Teleskopu ise 1990’lı yıllardan beri gündemde olan önemli bir kızılötesi uzay teleskopu projesidir. Son haberler nihayet ayna çapı 6,5 m olan bu büyük uzay teleskopu projesinin 2021’de tamamlanarak uzaya yollanacağına işaret ediyor [2].
Uzayda gözlem yapmaya neden ihtiyaç duyuyoruz?
Uzayda gözlem yapılmasına ihtiyacın temelinde Dünya atmosferinin gökcisimlerinden gelen elektromanyetik ışımaya olumsuz etkisi vardır. Dünya atmosferi yaklaşık 400-700 nm dalga boyuna sahip görünür ışık ve 3cm - 10m dalga boyu (ya da 10 GHz - 30 MHz frekans) aralığında genişçe bir radyo dalgası penceresini en iyi geçirir. Elektromanyetik tayfın söz konusu aralıklarının yanı sıra özellikle deniz seviyesinden yukarı çıktıkça gözlem yapılabilecek başka pencereler (örneğin yakın kızılötesi bandı) bulunsa da atmosferimizin genel olarak diğer dalga boylarındaki elektromanyetik ışımayı etkin bir şekilde soğurduğu söylenebilir (bkz. Şekil 2).
Atmosferimizin nispeten en iyi geçirdiği görünür ışık ve radyo dalgası bölgesinde bile Dünya yüzeyinde gözlem yapmanın zorlukları vardır. Örneğin görünür ışıkta hava hareketlerinden kaynaklanan sıcaklık ve yoğunluk değişimlerinin bir sonucu olan ve çıplak gözle de fark edilebilen yıldızların ya da uzaklardaki şehir ışıklarının yanıp söner gibi görünmesi bu zorluklardan birinin âdeta “buzdağının üstünde kalan” bir kısmıdır. Atmosferimizin değişken yapısı, hava durumunun (bulutlanma, yağmur, kar, rüzgâr vb.) etkileri, aydınlatma için kullanılan ışıkların oluşturduğu ışık kirliliği ve radyo frekanslarında doğal ya da insan etkisinden kaynaklı kirlenme; Dünya üzerinde görünür ışık ve radyo dalgasında bile gözlem yapabilecek elverişli bölgelerin sayısını giderek azaltmaktadır. Her ne kadar uyarlamalı (adaptif) optik yöntemleri [4] gibi teknik gelişmeler yeryüzünde hâlâ bir gözlem potansiyelinin varlığına işaret etse de uzak kızılötesi, morötesi, X-ışını gibi atmosferin tamamen soğurduğu elektromanyetik ışımayı gözleyebilmenin tek yolunun uzaya uydu gözlemevleri göndermekten geçtiği çok açıktır.
Uzaydaki gözlemlerden elde ettiklerimiz
20. Yüzyıl’ın ikinci yarısı -süregelen soğuk savaşın verdiği motivasyonla- âdeta bir “uzay” çağının başlangıcı olarak nitelenebilir. Ay’a ayak basılması, Güneş Sistemi’nin diğer gezegenlerine uzay sondalarının gönderilmesi gibi gelişmeler kendinden daha fazla söz ettirse de soğuk savaş döneminin kuşkusuz en önemli gelişmelerinden biri de uzaya yollanmaya başlanan uydu gözlemevleridir. Günümüzde de uzay gözlemlerine ilgi ve ihtiyaç artarak devam etmektedir. Evrenle ilgili bildiğimiz pek çok gözlemsel bilginin kaynağı uzay gözlemevleridir. Elektromanyetik tayfın farklı bölgelerinden uzay gözlemevleri aracılığıyla elde ettiklerimizi şu şekilde sıralayabiliriz:
1) Mikrodalga gözlemleri
İlk mikrodalga uzay gözlemevi, 1989’da NASA tarafından yollanan COBE (Cosmic Background Explorer – Kozmik Arka Plan Kâşifi) gözlemeviydi [5]. COBE Gözlemevi’nin birincil amacı Büyük Patlama’nın kalıntısı olan ve Evrenin her yerinden gelen 2,7 Kelvin sıcaklığa sahip karacisim ışımasındaki uzamsal değişimleri ölçerek Evrenin ilk dönemleriyle ilgili bilgimizin artmasını sağlamaktı. Daha sonraki yıllarda İsveç tarafından yollanan Odin, NASA tarafından yollanan WMAP ve ESA tarafından yollanan Planck mikrodalga gözlemevleri de hem mikrodalga arka planını daha iyi anlamamızı hem de gökadamız ve ötesindeki mikrodalga kaynaklarını keşfetmemizi sağladı.
2) Kızılötesi, görünür ve morötesi gözlemleri
Güneş gibi yıldızlar ağırlıklı olarak görünür ışıkta ışıma yapsalar da yüzey sıcaklıkları düştükçe yıldızın ağırlıklı olarak kızılötesinde, yüzey sıcaklıkları arttıkça da morötesinde ışıma yaptığı söylenebilir. Ayrıca kahverengi cüceler ve Güneş Sistemi’nde ve diğer yıldız sistemlerinde yer alan gezegenler gibi soğuk gökcisimleri kızılötesinde; beyaz cüce sistemlerinin bazıları ve evriminin sonlarındaki bazı tip yıldızlar morötesinde parlaktırlar. Kızılötesinden morötesine uzanan geniş yelpazede Evrene baktığımızda Gökadaların da yapılarını daha iyi anlayabiliriz.
Yakın kızılötesi, görünür ve yakın morötesi bantlarda gözlem yapan uzay gözlemevleri, Dünya’da da gözlem yapabileceğimiz bölgeyi atmosferimizin etkilerinden arınmış bir şekilde gözleyebilmemizi sağlar. Bu gözlemevlerinin en bilinenleri arasında yazımızın başında belirttiğimiz Hubble Uzay Teleskopu’nun yanı sıra, pek çok ötegezegen keşfi yaparak uzaklardaki “güneş sistemlerini” keşfetmemizi sağlayan Kepler ve COROT ile [6] henüz 2018’in Nisan ayında uzaya yollanan -yine ötegezegen keşiflerine ağırlık verecek- TESS [7] bulunmaktadır.
Uzak kızılötesi bantta özellikle kırmızıya kayması büyük olan çok uzak gökadalar ile gökadamızdaki bulutsular ve soğuk yıldızlar gibi kaynakları gözlemeyi hedefleyen gözlemevlerinden en bilinenleri arasında Spitzer Uzay Teleskopu [8], Herschel Uzay Teleskopu [9] ve WISE Gözlemevi [10] bulunmaktadır.
Uzak morötesi bantta ise sıcak yıldızlar ve bazı gökadalar başta olmak üzere ağırlıklı olarak morötesinde ışıma yapan gökcisimlerini gözlemeyi amaçlayan gözlemevleri arasında IUE [11], EUVE [12], CHIPS [13] yer almaktadır. Ayrıca Çin tarafından 2013’te Ay yüzeyine yollanan LUT ve EUV gözlem aletleri de gökcisimleri ve Dünya atmosferi gözlemlerini sürdürmektedir [14].
3) X-ışını ve Gama-ışını gözlemleri
Çok yüksek enerjili Gama-ışınlarının Dünya atmosferinde oluşturduğu ikincil ışımanın Dünya yüzeyinde gözlenmesini bir yana koyarsak, gökcisimlerinden gelen X-ışını ve Gama-ışınlarını Dünya yüzeyinde tespit edebilmemiz mümkün değildir. Eğer uzay gözlemevleri olmasaydı, Gama-ışını patlamalarından magnetarlara, kuvasarlardan kütle aktarımı yapan nötron yıldızlarına kadar Evrenin en yüksek enerjili süreçlerinden haberdar olmamız mümkün olamazdı.
Gama-ışınları ve sert (yüksek enerjili) X-ışınlarında gözlem yapabilen gözlemevleri arasında en çok adı duyulanlar CGRO [15] ve INTEGRAL [16], Swift [17] ve Fermi [18] gözlemevleridir. Bu gözlemevleri, Gama-ışını patlamalarının doğasını anlamamıza ve X-ışını atarcalarının sürekli gözlemlerinin yapılabilmesine büyük katkılarda bulunmuştur.
X-ışınlarında yüksek zaman çözünürlüğüne imkân sağlayan RXTE [19] ise X-ışını atarcaları ve karadelik içeren çift yıldız sistemlerini anlamamızı sağlamıştır. RXTE sayesinde nötron yıldızlarının içyapısıyla ilgili ipuçları elde edilmiş, nötron yıldızı ve karadeliklerin çevresindeki maddenin davranışı hakkında pek çok yeni bilgi sağlanmıştır. Günümüzde ise Uluslararası Uzay İstasyonu’nda konuşlandırılan NICER gözlemevi nötron yıldızlarının içyapısını daha iyi anlamamızı sağlayacak yüksek zaman çözünürlüğüyle RXTE’nin başlattığı serüveni devam ettirecek niteliktedir [20].
X-ışınlarından yüksek uzamsal ve tayfsal çözünürlük imkânı sağlayan gözlemevleri arasında da Chandra [21] ve XMM-Newton [22] başı çekmektedir. Büyük X-ışını aynaları ve çok sayıda odak detektörlerine sahip bu gözlemevleri sayesinde hem uzamsal hem de tayfsal X-ışını çözünürlükleri neredeyse görünür ışıkta elde edilen çözünürlükler seviyesine ulaşmıştır. Yüksek uzamsal çözünürlükler sayesinde X-ışınında parlak olan yaygın (noktasal olmayan) süpernova kalıntısı gibi kaynakların doğası daha iyi anlaşılırken, yüksek tayfsal çözünürlük sayesinde hem yüksek enerji kaynaklarının nasıl ışıma yaptıkları daha iyi anlaşılmış hem de bu kaynakların kimyasal yapılarına daha iyi ışık tutulabilmiştir.
Gelecekte bizi neler bekliyor
Detektör ve optik teknolojileri sadece astronomi için geliştirilmiyor: Savunma sanayii, tüketici elektroniği ve tıp gibi pek çok alandaki ihtiyaçlar teknolojilerin gelişmesine imkân tanıyor. Teknoloji geliştikçe optik düzenekler ve detektörler de gelişecek ve böylece uzayı daha da iyi gözleyeceğiz.
Günümüzdeki uzay gözlemevlerinin pek çoğu Dünya çevresinde uydular olarak bulunmaktadır. Gelecekte de ekonomik ve pratik nedenlerden ötürü ağırlıklı olarak uydu teknolojilerinin uzay gözlemleri için kullanılacağı öngörülebilir. Yine de bunun ötesinde; gelecekte Ay’da, Mars’ta ve keşif için gönderilen uzay sondalarında da astronomi için kullanılacak aletlerin olacağını öngörmek hiç zor değildir. Hatta belki de gelecekteki uzay sondaları ve belki de insanlı uzay araçlarındaki gözlem aletleri sadece bilimsel değil seyrüsefer (navigasyon) amaçlarıyla da gözlem yapıp radyo ve X-ışını atarcalarını takip ederek yönümüzü bulmamızı sağlayacaktır. Evreni daha iyi anlayacağımız bir gelecek ümidiyle…
Kaynaklar
[1] http://hubblesite.org/image/3675/gallery
[3] http://samanyoluekspresi.blogspot.com/2016/12/astrofizik-notlarm-4-elektromanyetik.html
[4] Rigaut, F. 2015. “Astronomical Adaptive Optics (IYL Review)”, Publications of the Astronomical Society of Pacific, 127 958.
[5] Bennett, C.L. 1993. “Scientific Results from COBE”, Advances in Space Research, 13, 409.
[6] Maceroni C. vd. 2011. “The Impact of CoRoT and Kepler on Eclipsing Binary Science”, Proceedings of the International Astronomical Union, 7, S282.
[7] https://www.nasa.gov/tess-transiting-exoplanet-survey-satellite
[8] Gehrz R.D. 2007. “The NASA Spitzer Space Telescope”, Review of Scientific Instruments, 78, 011302.
[9] Doyle D. vd. 2009. “The Herschel and Planck Space Telescopes”, Proceedings of the IEEE, 97, 1403.
[10] https://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/main/index.html
[11] https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/IUE_overview
[12] https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/euve/euve.html
[13] https://science.nasa.gov/missions/chips
[14] https://gbtimes.com/chinas-telescope-moon-still-working-and-could-do-30-years
[15] Weisskopf, M.C. vd. 2003. “An Overview of the Performance of the Chandra X-ray Observatory”, Experimental Astronomy, 16, 1.
[16] http://sci.esa.int/integral/
[17] https://swift.gsfc.nasa.gov/
[18] https://fermi.gsfc.nasa.gov/
[19] https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/XTE.html
[20] Gendrau, K.C. vd. 2016. “The Neutron star Interior Composition Explorer (NICER): design and development”, Proceedings of the SPIE, 9905, id. 99051H.