Astronotlar neden süzülür?

Kanca

Uzay istasyonundan gelen görüntülerde astronotlar tavanda takla atar, bir kalemi havaya bırakıp önlerinde asılı kalışını izler, su damlalarını yakalamak için ağızlarını açar. Bunları gören pek çok kişi, istasyonda kütleçekimi olmadığını düşünür.

Oysa uzay istasyonunda yerçekimi, Dünya yüzeyindekinin yaklaşık yüzde doksanı kadar. Yeryüzünde elli kilo gelen biri, istasyona kadar uzanan hayali bir merdivenle tırmanabilseydi, tepede kırk beş kilo gelirdi. Öyleyse astronotlar neden süzülüyor?

Merkezi soru

Kütleçekimi uzay istasyonunda neredeyse yeryüzündeki kadar güçlüyse, astronotlar ve eşyalar neden ağırlıksızmış gibi süzülür?

Anlatım

Ağırlığı nasıl hissederiz?

Ayakta durduğunda Dünya seni aşağı çeker. Ama hissettiğin şey bu çekimin kendisi değildir. Hissettiğin, ayaklarının altındaki zeminin seni yukarı doğru itmesidir. Tabanlarındaki baskı, dizlerindeki yük, omuzlarındaki çantanın ağırlığı, hepsi seni düşmekten alıkoyan bir şeyin sana karşı koymasından gelir.

Bir banyo tartısı da kütleçekimini doğrudan ölçmez. Tartı, üzerine ne kadar bastırdığını ölçer. Tartı ile sen birlikte dururken bu baskı, Dünya'nın seni çekme kuvvetine eşittir ve tartı "ağırlığını" gösterir. Bu baskı ortadan kalkarsa, kütleçekimi hâlâ orada olsa bile ağırlığını hissetmezsin.

Asansördeki tartı

Bir asansörde tartının üzerinde durduğunu düşün. Asansör aşağı doğru hareket etmeye başladığı anda tartıdaki sayı bir an azalır; midende bir boşluk hissedersin. Asansör aşağı doğru hızlandıkça zemin senden "kaçar" ve sana daha az bastırır.

Şimdi asansörün halatının koptuğunu hayal et. Asansör, sen ve tartı aynı hızla, birlikte düşmeye başlarsınız. Tartı artık ayaklarına hiç bastırmaz ve sıfır gösterir. Elindeki anahtarı bıraksan, anahtar da seninle aynı hızla düşeceği için önünde asılı kalır. Kütleçekimi tam gücüyle üzerindedir, ama sen ağırlıksız hissedersin. Buna serbest düşüş (free fall) denir.

Lunaparklardaki serbest düşüş kuleleri tam olarak bu duyguyu yaşatır. Kabin bir kulenin tepesinden bırakıldığında, içindekiler birkaç saniyeliğine koltuklarından hafifçe kalkar gibi olur.

Birlikte düşen bir ev

Uzay istasyonu da düşen bir asansör gibidir, yalnızca hiç yere çarpmaz. Ders 7.3'ün gösterdiği gibi istasyonun yörüngesi, bitmeyen bir düşüştür. İstasyonun içindeki her şey, astronotlar, kalemler, yemek paketleri ve su damlaları, istasyonla birlikte, aynı hızla düşer.

Hiçbir şey öbürüne göre düşmediği için hiçbir şey hiçbir şeye bastırmaz. Astronotun ayağı zemine, kalem masaya baskı yapmaz. Bu yüzden astronotlar ve eşyalar, istasyona göre havada süzülür. Kütleçekimi yok değildir; herkes ve her şey onun etkisiyle birlikte düşmektedir.

NASA, bu durum için "sıfır yerçekimi" yerine mikroçekim (microgravity) sözcüğünü kullanır. "Mikro" çok küçük demektir ve istasyonda kütleçekiminin çok küçükmüş gibi görünmesini anlatır. Sıfır yerçekimi ifadesi yanıltıcıdır, çünkü kütleçekimi oradadır.

Yeryüzünde ağırlıksızlık

Ağırlıksızlığı yaşamak için uzaya gitmek şart değildir. NASA, astronotları eğitmek ve deney yapmak için uçaklarla yukarı aşağı parabolik yollar çizer. Uçak tırmanışın ardından serbest düşüşe geçtiğinde, içindeki insanlar ve eşyalar her parabolün tepesinde yirmi ila otuz saniye boyunca süzülür. Uçak ve yolcular birlikte düşerken, kabin küçük bir uzay istasyonuna dönüşür.

Süzülen bir bedenin sorunları

Ağırlıksızlık eğlenceli görünür, ama insan bedeni kütleçekimine göre gelişmiştir. Kemikler ve kaslar, bedeni taşıdıkça güçlü kalır. İstasyonda bu yük ortadan kalkınca kemikler hızla mineral kaybeder. Avrupa Uzay Ajansı'na göre uyluk kemiğinin kalçaya yakın kısmı ayda yaklaşık yüzde bir buçuk kütle kaybeder; altı aylık bir görevde bu kayıp yüzde ona yaklaşır ve Dünya'ya döndükten sonra toparlanmak yıllar sürebilir.

Bu yüzden astronotlar istasyonda her gün yaklaşık iki buçuk saat, haftada altı gün spor yapar. Koşu bandında kemerlerle bağlanarak koşar, özel aletlerle ağırlık kaldırır. Ağırlıksızlık başka şeyleri de değiştirir: beden sıvıları başa doğru kayar, alevler yuvarlak yanar, su yüzeyde değil top biçiminde asılı durur.

Aslında…

Ağırlıksızlık, kütleçekiminin yokluğu değil, onu hissetmemizi sağlayan karşı koymanın yokluğudur. Bir cisim ile çevresindeki her şey birlikte düştüğünde, kimse kimseye bastırmaz.

Büyük resim

Ağırlıksızlık, gündelik bir sözcüğün, ağırlığın, aslında ne anlattığını yeniden düşündürür. Hissettiğimiz ağırlık, Dünya'nın bizi çekmesinden değil, bir şeyin bizi o çekime karşı tutmasından gelir. Kütleçekimi evrende her yerdedir; hissedilip hissedilmemesi, neyle birlikte hareket ettiğimize bağlıdır.

Bu fikir, fiziğin en derin düşüncelerinden birine de kapı açar. Einstein, serbest düşen bir kişinin kütleçekimini hissetmemesinden yola çıkarak kütleçekimi hakkında bambaşka bir kuram geliştirdi. Bu modülün son dersinde o fikre döneceğiz.

Özet

1. Hissettiğimiz ağırlık, kütleçekiminin kendisi değil, zeminin ya da tartının bizi yukarı itmesidir; bu itme ortadan kalkınca kütleçekimi sürdüğü hâlde ağırlıksız hissederiz.
2. Uzay istasyonunda kütleçekimi yeryüzündekinin yaklaşık yüzde doksanıdır; istasyon, astronotlar ve kabindeki bütün eşyalar birlikte serbest düşüşte olduğu için süzülür.
3. Bu duruma mikroçekim denir ve bedende kemik ile kas kaybı gibi sorunlara yol açar; astronotlar bunu azaltmak için her gün uzun süre spor yapar.

Görev

Quiz

1. Ayakta dururken hissettiğimiz ağırlık aslında nereden gelir?
2. Halatı kopan bir asansörde tartı neden sıfır gösterir?
3. Uzay istasyonunda astronotlar neden süzülür?
4. NASA neden "sıfır yerçekimi" yerine "mikroçekim" sözcüğünü kullanır?
5. Ağırlıksızlık astronotların kemiklerini nasıl etkiler ve bunu azaltmak için ne yaparlar?

Cevaplar

1. Zeminin bizi yukarı doğru itmesinden; kütleçekimi bizi aşağı çekerken zemin buna karşı koyar ve biz bu karşı koymayı ağırlık olarak hissederiz.
2. Çünkü asansör, içindeki kişi ve tartı birlikte aynı hızla düşer; tartı ayaklara hiç bastırmaz.
3. Çünkü istasyon, astronotlar ve kabindeki eşyalar Dünya'nın çevresinde birlikte serbest düşüştedir; hiçbir şey öbürüne göre düşmediği için kimse kimseye bastırmaz.
4. Çünkü istasyonda kütleçekimi yok değildir, yeryüzündekinin yaklaşık yüzde doksanıdır; yalnızca çok küçükmüş gibi görünür.
5. Kemikler yük taşımadıkları için mineral kaybeder; uyluk kemiğinin kalçaya yakın kısmı ayda yaklaşık yüzde bir buçuk kütle kaybeder. Astronotlar bunu azaltmak için her gün yaklaşık iki buçuk saat spor yapar.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Uzay istasyonu, Dünya'nın çevresinde düşerek dolanabilecek kadar hızlı gidiyor. Peki bir roket daha da hızlı giderse ne olur? Yeterince hızlı fırlatılan bir cisim, Dünya'nın çekiminden tamamen kurtulup bir daha geri dönmeyebilir. Bunun için gereken hız, saatte on binlerce kilometreyi bulur. Dünya'dan kaçmak için tam olarak ne kadar hızlı gitmek gerekir?