Bugun...

Dr. Tolga Tanolcay

Dünyayı Koruyan Müthiş Kalkan: Van Allen Kuşakları

Tarih: 20-01-2025 09:18:00 Güncelleme: 20-01-2025 09:38:00

Dünya ismini verdiğimiz bu mavi gezegen korunuyor. Ama bahsettiğim koruma mekanizması çoğunuzun tahmin ettiği gibi “atmosfer” değil. Elbette atmosfer de dünyayı koruyan özelliklere sahip ama Dünya'yı koruyan başka bir müthiş kalkan var. Bu kalkan, başka bir kalkan… Bu kalkanın adı; “Van Allen Kalkanı (Kuşağı)”.

Dünya, uzayda yaşamın olduğu bilinen tek gezegen. En azından biz şimdilik öyle biliyoruz. Başka gezegenlerde hayat var mı? Bu konuda hiçbir bilgimiz ve fikrimiz yok. Bildiğimiz bir şey var, Dünya ko- ru- nu-yor. Dünya’yı koruyan iki tane temel, bir tane de yan koruma mekanizması var:

Temel Koruma mekanizmaları:

1. Atmosfer

2. Van Allen Kuşağı

Yan mekanizma

1. Plazmosfer

O zaman bunlardan birincisi olan atmosferin yapı ve özelliklerini kısaca hatırlayalım, ardından konumuz olan Van Allen kuşağını konuşacağız.

Atmosfer 5 tabakadan oluşuyor.

1.Troposfer: Dünyaya en yakın olan katmandır. Diğer katmanlardaki gaz yoğunluğuna göre daha fazla bir gaz yoğunluğuna sahip olan bu katman, yerçekiminin de etkisiyle Dünya'ya en yakın katmanı oluşturmaktadır. Troposfer katmanında Dünya’da gerçekleşen meteorolojik olaylar oluşur.

Dünya için gerekli olan tüm gazların bulunduğu bu katman, Ekvator üzerinde yaklaşık 18 km. kalınlıktan oluşmaktadır. Özetle, iklimin oluşumu, hava hareketleri, sıcaklık değişimleri ve atmosferdeki su döngüsü gibi birçok ilginç özelliği içerir. Dünya'nın en kirli atmosferik tabakasıdır. Sanayi faaliyetleri, araç emisyonları, enerji üretimi ve diğer insan faaliyetleri nedeniyle troposferde çeşitli kirletici gazlar birikir. Bu durum, hava kirliliği ve çevresel sorunların ana nedenlerinden biridir.

2. Stratosfer: Troposfer katmanının üzerinde yer alan Stratosfer katmanı, hava tutucu özelliği ile en önemli özelliğe sahiptir. Bu özelliğinin olmasından dolayı Dünya’da kalıcı hava kirliliği oluşmaktadır. Yaklaşık 55 km. kalınlığında olan Stratosfer katmanı hakkında yapılan ölçümlerle tabakanın sıcaklığının -50 derece olduğu tespit edilmiştir. Stratosfer, 10 ila 50 kilometre yükseklik aralığında yer alan atmosferin bir tabakasıdır ve ozonun önemli bir kısmı stratosferde bulunur. Ozon, stratosferde doğal olarak oluşan bir gazdır ve güneşten gelen zararlı ultraviyole (UV) ışınlarını emerek Dünya'yı korur. Ozon tabakası, ozon moleküllerinin yoğunlaştığı bir bölgedir ve atmosferin en yoğun ozon konsantrasyonuna sahip kısmı stratosferdedir. Bu ozon tabakası, Dünya üzerindeki yaşam için önemli bir koruma sağlar.

3. Mezosfer: Stratosfer tabakasından sonra gelen mezosfer katmanının en büyük özelliği, sürtünmenin yüksek olmasıdır. Bu özelliğinden dolayı küçük gök taşlarının sürtünmeyle buharlaşarak kaybolması sağlanmaktadır. Yaklaşık olarak 85 km kalınlığa sahiptir. Mezosferde, yükseklik arttıkça sıcaklık azalır. Ortalama olarak, mezosferdeki sıcaklık -90°C ile -130°C arasında değişir. Bu nedenle, mezosfer, Dünya'nın en soğuk bölgelerinden biridir. Mezosfer, birçok atmosferik katmana sahiptir. En alt katmanda, "mesopoz" olarak bilinen bölgede, sıcaklık belirli bir yükseklikte minimum seviyeye ulaşır. Üst katmanlarda ise sıcaklık yükselir. Kuzey ışıkları bu katmanda oluşur.

4. Termosfer: Atmosferin en kalın tabakalarından biri olan termosfer katmanı, mezosfer katmanından itibaren ortalama 400 km. kalınlığında olan bir katmandır. Bilim insanlarının yaptıkları ölçümlere göre katmandaki sıcaklık 1500 derece olarak hesaplanmıştır. Termosferde, “İyonosfer” olarak da bilinen atmosferik iyon tabakası bulunur. Yüksek enerjili güneş ışınları, termosferdeki gaz moleküllerini iyonize ederek elektriksel olarak yüklü parçacıklar oluşturur.

Bu yüklü parçacıklar, radyo iletişimi ve uzaktan algılama gibi elektronik iletişim sistemlerinin

çalışmasında önemli bir role sahiptir. Termosfer, uzay araştırmaları için büyük bir öneme sahiptir. Uzay araçları ve uydular, termosferi geçerek uzaya çıkış yaparlar. Ayrıca termosferdeki iyonosfer tabakası, atmosferik bileşenlerin ve radyo dalgalarının davranışını etkileyerek uzay hava durumu çalışmalarında da kullanılır.

5. Ekzosfer: Yapılan araştırmalar neticesinde tabakanın kesin sınırı tespit edilmemiştir. Ancak bununla birlikte, ekzsosfer katmanının sınırının atmosferin başlangıcından itibaren 10.000 km. yükseklikte olduğu düşünülmektedir. Dünya’yı en dıştan çevreleyen atmosferin dış tabakası olan ekzosferde yerçekiminin çok düşük olmasından dolayı burada yapay uydular bulunmaktadır. Bu katmandan sonra boşluğa geçiş sağlanmaktadır...

Şimdi yukarıdaki bilgiler çoğumuzun az çok bildiği klasik bilgiler ve hatırlatma amaçlı özetledim sadece... Ama konumuz atmosfer değil, konumuz çok daha az insanın bilgi sahibi olduğu daha gizemli bir konu; henüz bütün ayrıntıları keşfedilemeyen ama dünyayı koruduğu bilinen bir kalkan. "Van Allen kuşakları"...

Van Allen Kuşakları olarak bilinen ve Dünya’yı halka şeklinde saran bu enteresan alanlar, 1958 yılında Amerikalı Fizikçi Dr. James Van Allen tarafından Amerika’nın ilk uydusu olan Explorer-1 fırlatıldıktan sonra keşfedilmiştir. Van Allen Kuşakları Ay'a inilen tarih olan

1969'dan sadece 11 yıl önce keşfedilmiştir.

Peki bu kuşaklar (Kalkan/lar) nasıl oluştu ve yapısı nasıldır? Güneşteki patlamalar ve kozmik ışınımlar sonucunda uzaya sürekli yüksek enerjili proton ve elektron parçacıkları yayılmaktadır. Bu parçacıklar yüksek radyasyon yaymalarından dolayı canlılar için tehlikelidir. Ama bu tehlikeli parçacıklar dünyaya ulaşamaz. Çünkü dünyanın bir manyetik alanı bulunmaktadır. Ve bu alan muhteşem bir şeye sebep olur. Dünyanın bu manyetik alanına “Manyetosfer” denir ve Manyetosfer güneşten gelen bu yüksek enerjili parçacıkları yakalar, proton ve elektron yüklerine göre kıvrımlı bir alana hapseder ve iki farklı alan oluşturur. İşte bu kuşaklara (alanlara) Van Allen Kuşakları denir.

İki Van Allen kuşağı vardır: iç kuşak ve dış kuşak. İç kuşak, Dünya'nın yüzeyine daha yakın olan kuşaktır ve 1000 ila 10.000 km arasında yükseklikte bulunur. Dış kuşak ise iç kuşaktan daha uzakta, 15.000 ila 60.000 km arasında yükseklikte yer alır. Her iki kuşak da manyetik alan etkisiyle şekillenir ve yüklü parçacıkların yakalandığı bir tuzak görevi görür.

Bu kuşaklarda bulunan parçacıklar genellikle Güneş'ten gelen yüklü parçacıklardır. Güneş'ten gelen yoğun enerjiye sahip parçacıklar, manyetik alan etkisiyle Van Allen kuşaklarına yakalanır ve kuşaklar boyunca hareket eder. Kuşaklar, Dünya'nın atmosferi tarafından korunur ve atmosferin altında bulunan yüzeye zarar vermeden yüksek enerjili radyasyonu engeller.

Sonuç olarak, Van Allen kuşakları, Dünya'nın manyetik alanı tarafından yakalanan yüklü parçacıkların bulunduğu ve yüksek enerjili radyasyonun uzay araştırmalarında ve yapay uydu sistemlerinde dikkate alınması gereken önemli bir bölgedir.

Özetle, Van Allen Kuşakları yeryüzünden uzaklığı bin km ile 60 bin km arasında değişen ve sınırlarının zaman zaman dış etkilerle esneyebildiği, Dünyamızı hem Güneş’in hem de diğer

yıldızların zararlı radyasyonundan koruyan yapılardır.

Temelde iki kuşak olsa da son bulgulara göre bazı koşullarda üçüncü yeni bir kuşak da oluşabilmektedir. İlk keşfedildiklerinde insanoğlunun uzaya gitme hayalleri önünde engel gibi dursalar da sonradan onları aşmanın bir yolu bulunmuştur. Öte yandan Allen Kuşakları olmasaydı kim bilir belki de Dünya’da yaşam asla var olmayacaktı.

Allen Kuşakları kutuplarda yok denecek kadar az iken ekvatorda oldukça yoğundur. Bunun sebebi dünyanın manyetik alanının kutuplarda çok az iken ekvatorda fazla olmasıdır. Kuzey ve Güney ışıklarının oluşma nedeni de bu kuşaklardır.

İç kuşak daha yüksek radyasyonu hapseder ve dış kuşağa göre daha yüksek koruyucu bir kalkandır. Dolayısıyla bu bölgeye girmek çok tehlikelidir. Daha açık yazayım; uzay araçları bu bölgeyi geçemezler. Kubbe gibidir. Müthiş bir zarar veriri buradan geçen insan yapımı her şeye.

Şöyle bir açıklama yapayım bu aşamada; Van Allen kuşakları ve atmosfer arasında belirli bir sınır vardır. Kuşaklar, manyetosferin etkisiyle Dünya'nın yüzeyinden belirli bir yükseklikte başlar ve daha yüksek atmosfer tabakalarına kadar uzanır. Atmosfer ise yerçekiminin kontrolünde Dünya'nın yüzeyinden başlayarak uzaya doğru genişler. Bu nedenle, Van Allen kuşakları ve atmosfer birbirinden farklı bölgelerdir ve doğrudan etkileşimde bulunmazlar. Daha rahat anlaşılması için şöyle ifade edelim; Atmosferin bittiği yerde Van Allen kuşakları başlar…

Peki neden iki kuşak var ve bunlar birbirinden nasıl ayrı duruyor?

Bunun nedeni Manyetosferin yüksek enerjili proton ve elektron parçacıklarını içeri alıp paketlemesi ve daha sıkı ve daha az esnek bir tabaka oluşturmasıdır (iç kuşak), dış kuşakta ise daha az enerjili parçacıklar vardır ve dış kuşağın sınırları daha değişkendir, yani dış kuşak, iç kuşağa göre daha değişkendir.

Çok fazla kafanızı karıştırmak istemem ama bu noktada "Plazmosfer" denen bir kavramdan da bahsetmem gerekiyor. Plazmosfer, Atmosferin üstten ikinci tabakası olan “Termosfer”in başladığı bölgenin adıdır. Plazmosfer de manyetosferin içindedir ve plazmosfer de farklı bir içerikle (plazma içerir) Van Allen Kuşaklarına benzer bir görev icra ederler. Dünya önce atmosfer ile ve sonra da Van Allen kuşakları ile inanılmaz şekilde korunmakta. İki farklı yapıya sahip kalkana sahip. Bu sebeple uzay araçları uzaya istedikleri rotayı izleyerek çıkamaz. Çünkü böyle davranırlarsa tabiri caizse bir radyasyon duvarına toslarlar.

Peki böyle bir kalkan varsa, insanlı uzay araçları nasıl oluyor da uzaya çıkıyor? Van Allen kuşakları Ekvator Bölgesinde daha yoğun kutuplara doğru daha az yoğundur, bu sebeple uzay araçları yoğun bölgeden geçmemek için rotayı uzatır, boşluklardan yararlanırlar. Ya da kuşaktan çok hızlı geçerler. Ayrıca uzay araçları radyasyona dayanıklı maddelerle kaplanırlar. Bir başka yöntem, Güneşte daha az patlama olan tarihlerin takip edilmesidir.

Van Allen Kuşakları, dinamik bir yapıya sahiptir ve zaman içinde değişiklikler gösterebilir. Özellikle güneş fırtınaları veya diğer büyük güneş olayları gibi uzay hava durumu etkileri, kuşaklardaki parçacık yoğunluğunu ve enerjisini geçici olarak artırabilir. Ancak, bu değişiklikler genellikle kısa süreli ve geçicidir.

Genel olarak, Van Allen Kuşakları, uzun vadeli ölçekte büyüme veya küçülme eğilimi göstermez. Kuşaklardaki parçacık yoğunlukları ve enerjileri, manyetik alanın etkisi altında dengede kalır ve istikrarlı bir şekilde varlıklarını sürdürürler. Evet dünya korunuyor hem de müthiş şekilde korunuyor...

Bu yazı 2335 defa okunmuştur.