29 Mayıs 2024, Çarşamba Gazete Oksijen
02.04.2021 06:00

Uluslararası Uzay İstasyonu aslında sürekli düşüyor

Dünya yörüngesinde “kaçış hızı”yla yatay olarak hareket eden cisimler, durmaksızın yere düşmeye çalışır. Ancak Dünya’nın şekli, bir noktaya düşmelerini engeller. Bu, uzanmaya çalıştığınız bir cismin sürekli sizden uzaklaşması gibi hayal edilebilir
Halk arasında “yerçekimi” olarak da bilinen kütleçekim kuvveti, evrendeki dört temel kuvvetten bir tanesi ve aynı zamanda en zayıf olanı. İlginç bir şekilde, diğer üç kuvveti bütünleşik bir şekilde izah edebilen modellerimiz varken, kütleçekimini kuantum düzeyde veya diğer kuvvetlerle bütünleşik bir şekilde açıklayabilen bir model henüz yok. Kütleçekimiyle ilgili bilim tarihindeki en popüler öykü, Einstein’ın Newton’ı tahtından nasıl ettiğiyle ilgilidir. Bilirsiniz Newton, etrafındaki cisimlerin yere doğru hareket etme eğilimini açıklamak için bir dizi formül geliştirmiştir. Özünde Newton’un kütleçekimine bakışı, cisimler arasında hayalî bir ip varsaymak gibidir. Örneğin Dünya ile sizin aranızda görünmez bir ip olduğunu hayal edin. Dünya sizi, siz de Dünya’yı eşit ve zıt yönlü bir kuvvetle birbirinize çekiyorsunuz. Ama Dünya’nın kütlesi sizin kütlenize göre o kadar büyük ki, hareket eden şey Dünya olmuyor, siz oluyorsunuz. Bu nedenle zıpladığınızda, Dünya ayaklarınıza doğru fırlamıyor; Dünya sizi kendi üzerine geri çekiyor ve siz Dünya’ya doğru hareket ediyorsunuz. Newton’ın açıklamaları cisimlerin hareketlerini anlamlandırmak konusunda insanlığa bir anda öyle güçlü bir araç sağladı ki, asırlar boyunca Newton’ın teorilerinin asla değişemeyeceği varsayılmıştır. 20. yüzyıla doğru yaklaşırken, asırların varsayımının hatalı olduğu hissedilmeye başlanmıştı; ancak fırtınanın nerede ve kim sayesinde kopacağı kesin değildi. Einstein, Görelilik Teorisi ile fiziği kökünden salladı: Uzay ve zaman, Newton’un iddia ettiği gibi birbirinden bağımsız olgular değillerdi, bütünleşiklerdi. Ve gök cisimleri, aralarında görünmez bir ip varmış gibi birbirlerini çekmiyorlardı; kütleli her cisim, uzay-zaman dokusunu bir kuyu gibi büküyordu, dolayısıyla daha küçük kütleli cisimler, daha büyük kütleli cisimlerin bu “kütleçekim kuyusuna” düşüyorlardı.

Newton tahttan inmedi

Bu açıklama, bilim tarihini kökünden değiştirmiş olsa da, popüler anlatılarda sıklıkla tekrar edildiği gibi Newton’u “tahtından eden” bir tarafı olduğunu söylemek biraz zor.  Einstein’ın teorisi, kozmik skalada kütleçekimin ne olduğunu çok daha iyi anlamamızı sağladı ve Newton’ın fiziğinin izah etmeyi başardığı her şeyi izah edebilmekle kalmadı; aynı zamanda Newton fiziğinin açıklayamayacağı karadelikler gibi devasa gök cisimleri etrafındaki kütleçekimi gibi olguları açıklamayı mümkün kıldı.  Ancak gündelik hayatta karşılaştığımız büyüklük ve hızlardaki cisimlerin hareketlerini izah etmek için Einstein’ın teorilerini kullanmak gereksiz olur; çünkü bir arabanın Newton fiziğiyle hesapladığımız hızı, Einstein fiziğiyle hesapladığımızdan pratikte farksız olacaktır. Fakat cisimlerin hızı ışık hızına yaklaşmaya, kütlesiyse Güneş’imizin kütlesi ve ötesine doğru uzanmaya başladıkça, artık Newton fiziği işlevini yitirir, Einstein’ın teorilerini kullanmaya zorlanırız.

İzafiyet’e gerek yok

İşte Uluslararası Uzay İstasyonu gibi Dünya yörüngesindeki cisimlerin hareketini açıklamak için de İzafiyet Teorisi’ni bilmek gerekmez. İstasyondaki kütleçekimi, sizin Dünya’da deneyimlediğinizin yüzde 90’ı kadardır. Yani yerde 100 kilogram çeken bir insan, Uluslararası Uzay İstasyonu hareketsiz olsaydı 90 kilogram çekerdi. Görebileceğiniz gibi bu, o kadar da farklı değildir. Dolayısıyla Uluslararası Uzay İstasyonu gibi araçlar içerisinde deneyimlenen ve astronotların havada asılı kalabilmelerini sağlayan ağırlıksız ortam, kütleçekiminin zayıflığı ile ilgili değildir. Bunun yerine olan, istasyonun durmaksızın düşme halinde olmasıdır. İzah edeyim: Dünya, küresel bir şekle sahip olduğu için, Dünya’nın yüzeyi, sonsuza kadar uzamamaktadır; bir küreyi oluşturmak için, Dünya’nın çekirdeğinde olan bir merkezden 6 bin 371 kilometre (Dünya’nın yarıçapı kadar) uzakta olan bir yay boyunca kıvrılarak gözden kaybolmaktadır.  Zaten bu nedenle Dünya’da bir yöne doğru bakacak olsanız, ne kadar güçlü bir dürbün kullanırsanız kullanın, bir başka kıtadaki bir şehri göremezsiniz. Çünkü o şehir, sizin görüş hattınızda değildir, Dünya’nın kıvrımının arkasında kalmaktadır. Dolayısıyla bir cismi, ufka doğru yeterince hızlı fırlatacak olursanız, cismin biraz ileride yere düşmek yerine, Dünya’nın kıvrımı boyunca sürekli düştüğünü görürsünüz. İşte bu hıza “kaçış hızı” denir. Dünya yörüngesinde yatay olarak bu hızda hareket eden cisimler, aslında fırlattığınız bir top gibi, eğik bir rota izleyerek durmaksızın yere düşmeye çalışırlar; ancak Dünya’nın küreliğinin kıvrımı, onların rotasının eğikliğinden daha hızlı bir şekilde ufuktan uzaklaşır. Bu, uzanmaya çalıştığınız bir cismin sürekli sizden uzaklaşması gibi hayal edilebilir. Bu şekilde “yörüngeye oturmuş” cisimler, sanki sürekli düşen bir asansörün içindeymişler gibi davranırlar. Nasıl ki düşen bir asansörde ağırlıksızmışsınız gibi hissedersiniz; Uluslararası Uzay İstasyonu’nda da hissedilen budur.

Yörüngede kalmak

Zaten roketlerin yapmaya çalıştığı tek şey budur: Kaçış hızına ulaşarak, yere düşme hızınızı, Dünya’nın kıvrılma miktarına eşitlemek... Böylece yörüngeye gönderdiğimiz cisimler, yere düşmeye çalışsalar da, Dünya’nın kıvrımına asla erişemeyeceklerdir ve durmaksızın Dünya etrafında “düşmeye”, yani yörüngede kalmaya devam edeceklerdir. Elbette, yörüngedeki bu hareketteki ufak sapmalardan ve Dünya’ya 400 kilometre uzaklıkta sürtünmenin tamamen sıfır olmamasından ötürü istasyon, yavaş yavaş Dünya’ya doğru yaklaşmaktadır. Bu olduğunda, belli aralıklarla ateşlenen iticiler sayesinde İstasyon’un rotası düzeltilmekte ve böylece üzerimize düşmesi engellenmektedir. İnsanlık tarafından inşa edilen en muazzam makinanın, içindeki yolcularıyla birlikte kafamızın üzerinde saniyede 7.66 kilometre hızla uçup gittiğini düşünmek bile uzay hakkında bizleri heyecanlandırmaya yetmelidir.