Ağırlıksız Ortam Nasıl Oluşturuluyor?
Yeryüzündeyken Dünya’nın güçlü çekiminin etkisi altındayız. Dört temel kuvvetten biri olan kütle çekimi doğal olarak tüm bilimsel çalışmaları az ya da çok etkiliyor. Doğanın işleyişini daha iyi anlamaya çalışan araştırmacılar, kütle çekiminin etkilerinin en aza indirildiği “ağırlıksız” ortamlarda da deneyler yapıyor. Peki ağırlıksız ortamlar nasıl oluşturuluyor?
Sebastian Kaulitzki/Science Photo Library
Ağırlıksız Ortam Nedir?
İlk olarak ağırlıksız ortam ifadesi ile kastedilenin tam olarak ne olduğuna odaklanalım. Kütlenizi ölçmek için bir baskülün üzerine çıktığınızı düşünün. Yer çekimi sizi Dünya’nın merkezine doğru çeker. Baskül ise sizin yerin merkezine doğru ivmelenmenizi engeller. Siz baskülün üzerine ağırlığınız kadar kuvvet uygularsınız. Baskül de sizin vücudunuza eşit ama zıt yönlü bir kuvvet uygular. Baskülün sizin kütlenizi ölçmesini sağlayan, basküle etki eden ağırlığınızdır. Şimdi de baskülün üzerine bir ağırlık koyduğunuzu ve boşlukta serbest düşmeye bıraktığınızı düşünün. Baskülün üzerinde herhangi bir değer okuyamazsınız. Çünkü ağırlık ve baskül, kütle çekimi etkisinde yerin merkezine doğru ivmelenirken birbirlerine kuvvet uygulamaz.
Genel görelilik kuramında “sadece” kütle çekimi etkisinde yapılan hareketler “serbest hareket” olarak adlandırılır. Serbest hareket eden nesneler, kütle çekimi etkisiyle ivmeleniyor olsalar bile, üzerlerinde herhangi bir kuvvet hissetmez. Ağırlıksız ortam deneyleri ile kastedilen, nesnelerin kütle çekimi altında serbestçe hareket edebildiği, kütle çekimi etkisindeki hareketlerinin başka nesneler tarafından engellenmediği koşullar altında yapılan deneylerdir.
Novespace/Cnes/Dlr/Esa/Science Photo Library
İdeal bir ağırlıksız ortam oluşturmak zordur. Ancak çeşitli ortamlarda ideale yakın koşullara yaklaşılabiliyor. Örneğin NASA Lewis Araştırma Merkezinde iki ayrı “serbest düşme” tesisi var. Deney ekipmanları, bu tesislerde, bir hava sürtünmesi kalkanının içinde çeşitli yüksekliklerden serbest bırakılıyor. İçinde bulundukları kalkanla temas hâlinde olmadıkları için görece serbest bir biçimde hareket ediyorlar. Deney ekipmanları kulelerin altında yer alan hava yastıkları tarafından durdurulmadan önce, 132 metre yüksekliğindeki tesiste 5,2 saniye boyunca, 24 metre yüksekliğindeki tesiste de 2,3 saniye boyunca düşüyor. Yeryüzünde nesnelerin en uzun süre ağırlıksız ortamda kalmasına izin veren tesis ise Japonya’da bulunuyor. Eski bir kömür madeninde bulunan 490 metre yüksekliğindeki kuyuda deney ekipmanları yaklaşık 10 saniye boyunca serbest düşüyor.
Uçaklarla da ağırlıksız ortam deneyleri yapılıyor. Parabolik rota takip eden uçaklarla yeryüzünün yaklaşık 10 kilometre yukarılarında 15-25 saniye ağırlıksız ortam deneyimlenebiliyor. Benzer biçimde parabolik hareket yapan sondaj roketleriyle de ağırlıksız ortam deneyleri yapılabiliyor. Uçaklara kıyasla çok daha yükseklere ulaşabilen bu roketler, yeniden atmosfere girip hava sürtünmesini hissetmeye başlamadan önce birkaç dakika boyunca serbest düşüyor.
Claus Lunau/Science Photo Library
Son olarak ağırlıksız ortam deneyleri için özel olarak kurulmuş, Dünya’nın etrafında dolanan uzay laboratuvarları var. ABD, Rusya, Kanada, Japonya ve Avrupa uzay ajanslarının iş birliğiyle kurulan Uluslararası Uzay İstasyonu’nda ve Çin’e ait Tiangong Uzay İstasyonu’nda çok uzun süreler boyunca devam eden ağırlıksız ortam deneyleri yapılabiliyor.
Tüm bu tesislerin, araçların ve laboratuvarların aslında Dünya’nın güçlü kütle çekiminin etkisi altında olduğunu bir kez daha söyleyelim. Yeryüzündeki yer çekimi ivmesi yaklaşık olarak 9,8 m/s2dir. Yaklaşık 400 kilometre irtifada dolanan uzay istasyonlarında bile bu değer sadece 8,7 m/s2ye düşer. Bu ortamların ne ölçüde ağırlıksız olduğu, ne ölçüde serbestçe düşebildikleriyle orantılıdır. Örneğin parabolik hareket eden uçaklardaki deney ekipmanlarının maruz kaldığı kuvvet yeryüzünde hissettikleri yer çekimi kuvvetinin yüzde biri kadardır. Atmosferin dışına çıkan sondaj roketlerinde bu değer yüz binde bire kadar düşer. Uzay laboratuvarlarında maruz kalınan kuvvetse neredeyse sıfırdır.
