Uzaya neden teleskop gönderiyoruz?

Kanca

25 Aralık 2021'de Fransız Guyanası'ndan kalkan bir roket, katlanmış bir teleskobu uzaya taşıdı. Yaklaşık bir ay süren yolculuğun sonunda James Webb Uzay Teleskobu, Dünya'dan çok uzakta, Güneş'in çevresinde Dünya ile birlikte dolanan özel bir noktaya ulaştı. Orada, tenis kortu büyüklüğünde bir güneş kalkanının gölgesinde, eksi iki yüz otuz derecenin altında çalışıyor.

James Webb, Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon km uzakta çalışıyor. Bu, Ay'a olan uzaklığın dört katına yakın. Bir teleskobu bu kadar uzağa göndermenin, onu katlayıp açmanın ve dondurucu soğukta tutmanın bir bedeli var. Gökbilimciler bu bedeli neden ödüyor?

Merkezi soru

Teleskopları uzaya göndermenin yeryüzündeki teleskoplara göre üstünlükleri nelerdir, uzay teleskoplarının sınırları nelerdir ve iki tür teleskop birbirini nasıl tamamlar?

Anlatım

Atmosferin üç engeli

Dünya'nın atmosferi, yaşamı koruyan bir kalkandır, ama gökbilimciler için üç engel yaratır. Havanın çalkantısı, yıldızları titretir ve görüntüleri bulanıklaştırır. Ders 8.1'de bunun, yeryüzündeki teleskopların keskinliğini sınırladığını görmüştük.

İkinci engel, havanın geçit vermediği renklerdir. Ders 6.2'nin tayf haritasındaki morötesi ışınların, X ışınlarının ve gama ışınlarının büyük bölümü yeryüzüne ulaşamaz. Kızılötesi ışığın önemli bir kısmını da havadaki su buharı emer. Evrenin bu renklerini görmek için atmosferin üstüne çıkmak gerekir.

Üçüncü engel, havanın kendisinin parlamasıdır. Gece bile atmosferin üst katmanları hafifçe ışır; havadaki moleküller ve teleskobun çevresindeki her şey kızılötesinde parlar. Bu parıltı, çok sönük cisimlerin ışığını örter. Buna bulutlar, gündüz ve ışık kirliliği de eklenir.

Hubble: keskin bir göz

Uzaya gönderilen en ünlü teleskop, 24 Nisan 1990'da fırlatılan Hubble Uzay Teleskobu'dur. Hubble, 2,4 metre çaplı aynasıyla Dünya'nın çevresinde, atmosferin üstünde dolanır. Aynası yeryüzündeki büyük teleskoplardan çok daha küçük olduğu hâlde, atmosferin bulanıklaştırmadığı çok keskin görüntüler verir.

Hubble'ın hikâyesi bir sorunla başladı. Fırlatılmasından iki ay sonra, ana aynasının biçiminde küçük ama önemli bir hata olduğu anlaşıldı; ilk görüntüler bulanıktı. 1993'te uzay mekiğiyle giden astronotlar, teleskoba bir çeşit gözlük görevi gören düzeltici aletler taktılar. Sonraki yıllarda astronotlar teleskobu defalarca ziyaret ederek yeni aletler eklediler. Hubble o günden beri milyonlarca gözlem yaptı ve evrenin en tanınmış görüntülerinden pek çoğunu çekti.

Webb: kızılötesinin gözü

James Webb Uzay Teleskobu, Hubble'dan farklı bir iş için tasarlandı: kızılötesi gözlem. 6,5 metre çaplı ana aynası, altınla kaplanmış berilyumdan yapılmış on sekiz altıgen parçadan oluşur. Altın, kızılötesi ışığı çok iyi yansıtır. Bu kadar büyük bir ayna hiçbir roketin içine tek parça sığmayacağı için katlanarak gönderildi ve uzayda açıldı.

Kızılötesi gözlem yapmanın büyük bir zorluğu var: sıcak her şey kızılötesinde parlar. Ders 6.3'te gördüğümüz gibi, oda sıcaklığındaki bir cisim bile en çok kızılötesinde ışır. Teleskobun kendisi sıcak olsaydı, kendi parıltısı gözlemlediği sönük ışığı boğardı. Bu yüzden Webb'in beş katmanlı güneş kalkanı, Güneş'in, Dünya'nın ve Ay'ın ısısını engeller. Kalkanın Güneş'e bakan yüzü seksen beş derece kadar ısınırken, teleskobun bulunduğu gölgeli yüz eksi iki yüz otuz üç dereceye kadar soğur.

Webb'in bulunduğu yer, Güneş ile Dünya'nın kütleçekimlerinin birleşik etkisiyle, oradaki bir aracın Dünya ile aynı hızda Güneş'in çevresinde dolanabildiği bir noktadır. Bu noktada Güneş, Dünya ve Ay hep aynı yönde kalır; teleskop kalkanını onlara dönük tutarak sürekli gölgede kalabilir. Kızılötesinde bakan Webb, toz bulutlarının içinde doğan yıldızları, başka yıldızların çevresindeki gezegenlerin atmosferlerini ve evrenin ilk dönemlerinde oluşan çok uzak galaksileri inceler.

Uzay teleskoplarının bedeli

Uzay teleskoplarının büyük üstünlükleri var, ama bedelleri de ağırdır. Yeryüzündeki bir teleskoba göre çok daha pahalıdırlar. Boyutları, roketin içine sığabilecek büyüklükle sınırlıdır. Bir arıza olduğunda onarmak çok zordur: Hubble, Dünya'ya yakın olduğu için astronotlarca onarılabildi; Webb ise o kadar uzakta ki bir onarım görevi planlanmadı. Her şeyin ilk seferde doğru çalışması gerekiyordu.

Bu yüzden yeryüzündeki teleskoplar vazgeçilmez olmaya devam ediyor. Çok daha büyük aynalar yapılabiliyor, yeni aletler kolayca ekleniyor, bakımları kolay. Aynalarının biçimini saniyede defalarca değiştirerek havanın titreşimini telafi eden sistemler de yerdeki görüntüleri keskinleştiriyor. Görünür ışığın ve radyo dalgalarının büyük bölümünde yeryüzü teleskopları çok güçlüdür.

Birbirini tamamlayan gözler

Bugün gökbilimciler bir gökcismini çoğu zaman hem yerden hem uzaydan inceler. Bir uzay teleskobu ilginç bir cismi bulur, yeryüzündeki büyük bir teleskop onun tayfını ayrıntılı olarak ölçer. Uzaydaki X ışını teleskopları bir galaksinin sıcak gazını, yerdeki radyo teleskopları onun soğuk gazını, kızılötesi teleskoplar ise tozun içinde saklı yıldızlarını gösterir. Her biri, bütünün bir parçasını görür.

Aslında…

Bir başka yanılgı da uzay teleskoplarının yeryüzündeki teleskopları gereksiz kıldığını sanmaktır. Yeryüzü teleskopları daha büyük, daha ucuz ve bakımı kolaydır; iki tür teleskop birbirinin yerine değil, birbirini tamamlamak için çalışır.

Büyük resim

Uzay teleskopları, gökbilimin yalnızca görünür ışığa sıkışmış olduğu dönemi kapattı. Atmosferin üstüne çıkmak, evrenin morötesi, X ışını, gama ışını ve kızılötesi yüzlerini görmeyi mümkün kıldı. Hubble'ın keskin görüntüleri ve Webb'in kızılötesi gözlemleri, evrenin yaşı, galaksilerin oluşumu ve gezegenlerin atmosferleri hakkındaki bilgimizi kökten değiştirdi.

Bu modül boyunca teleskopun ışık toplayan bir kova olduğunu, aynanın merceği nasıl geride bıraktığını, açıklığın büyütmeden önemli olduğunu ve Türkiye'den uzaya uzanan gözlemevlerini gördük. Hepsinin ortak amacı aynıdır: evrenden gelen sönük ışığın, olabildiğince fazlasını, olabildiğince bozulmadan yakalamak.

Özet

1. Atmosfer görüntüleri bulanıklaştırır, morötesi, X ve gama ışınlarının çoğunu ve kızılötesinin önemli bir kısmını emer ve kendisi de hafifçe parlar; uzay teleskopları bu engellerin dışında çalışır.
2. 1990'da fırlatılan Hubble 2,4 metre aynasıyla atmosferin bozmadığı keskin görüntüler verir; 2021'de fırlatılan Webb, altın kaplı on sekiz parçalı 6,5 metre aynası ve güneş kalkanıyla, Dünya'dan 1,5 milyon kilometre uzakta kızılötesinde gözlem yapar.
3. Uzay teleskopları pahalıdır, boyutları roketle sınırlıdır ve onarılmaları zordur; yeryüzündeki büyük teleskoplarla birbirini tamamlarlar.

Görev

Quiz

1. Atmosfer gökbilimciler için hangi üç engeli yaratır?
2. Hubble ne zaman fırlatıldı ve ilk yıllarında hangi sorunla karşılaştı?
3. Webb'in aynası neden altınla kaplıdır ve neden katlanarak gönderildi?
4. Webb neden çok soğuk tutulmak zorundadır?
5. Uzay teleskopları yeryüzü teleskoplarını gereksiz kılar mı? Neden?

Cevaplar

1. Havanın çalkantısı görüntüleri bulanıklaştırır, bazı ışık türlerini emerek yeryüzüne ulaştırmaz ve atmosferin kendisi hafifçe parlayarak sönük cisimlerin ışığını örter.
2. 24 Nisan 1990'da fırlatıldı; ana aynasının biçimindeki bir hata yüzünden ilk görüntüleri bulanıktı ve 1993'te astronotlar düzeltici aletler taktı.
3. Altın kızılötesi ışığı çok iyi yansıttığı için; 6,5 metrelik ayna hiçbir roketin içine tek parça sığmadığı için katlanıp uzayda açıldı.
4. Çünkü sıcak her cisim kızılötesinde parlar; teleskop sıcak olsaydı kendi parıltısı gözlemlediği sönük kızılötesi ışığı boğardı.
5. Hayır; yeryüzü teleskopları daha büyük, daha ucuz ve bakımı kolaydır; uyarlanır optikle keskinleşir ve görünür ışık ile radyo dalgalarında çok güçlüdür; iki tür birbirini tamamlar.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Artık gökyüzüne bakmanın araçlarını tanıyoruz: gözlerimizi, dürbünleri, teleskopları ve uzaya gönderilen dev aynaları. Webb'in kızılötesi gözü, toz bulutlarının içini görebildiği için en çok bir soruya cevap arıyor: yıldızlar nerede ve nasıl doğar? Çıplak gözle Avcı takımyıldızında soluk bir leke gibi görünen bir bulutun içinde, şu anda bile yeni yıldızlar oluşuyor olabilir mi?