Van Allen Radyasyon Kuşakları: Astronotlar Bu Tehlikeli Bölgeyi Nasıl Aşıyor?

Andy Kale, University of Alberta

Dünya’nın etrafını görünmez bir kalkan gibi saran Van Allen kuşakları, gezegenimizi uzayın tehlikeli radyasyonundan koruyan doğal bir savunma hattıdır. Güneş’ten gelen parçacık akımları ve Güneş sisteminin ötesinden kaynaklanan yüksek enerjili kozmik ışınlar bu kuşaklarda hapsolur. Bu sayede hem atmosferimiz hem de teknolojik sistemlerimiz büyük ölçüde korunur. Ancak bu kuşaklar, uzay görevleri için aşılması gereken zorlu bir bölgeyi de oluşturur. Yerküre, manyetosfer olarak adlandırılan ve uzaydan gelen yüklü parçacıkları saptırarak ya da hapsederek bunların yeryüzüne ulaşmasını engelleyen bir manyetik alanla çevrilidir. Bu hapsolan parçacıklar Dünya’yı devasa halkalar gibi çevreleyen Van Allen kuşaklarını oluşturur.

Van Allen radyasyon kuşakları

Astronotlar, alçak Dünya yörüngesi görevlerinde (Uluslararası Uzay İstasyonu gibi) Van Allen kuşaklarının altında kaldıkları için görece güvendedirler. Ancak Ay’a ya da daha uzak hedeflere yönelik görevlerde (Artemis II gibi) astronotların Van Allen kuşaklarının içinden geçmesi gerekir. Bu kuşaklardaki parçacıklar, tıbbi X-ışınlarından farklı olarak çok daha yüksek enerjili olduğundan insan sağlığı açısından ciddi risk oluşturur. Astronotlar bu bölgelerden geçerken sürekli bir radyasyon tehlikesiyle karşı karşıya kalır. Özellikle iç Van Allen kuşağı, uzay araçlarının malzemelerine ve hassas elektronik sistemlerine zarar verebilecek yüksek enerjili parçacıklar içerir. Bu radyasyon, DNA hasarı, hücre yıkımı ve uzun vadede kanser gibi sağlık sorunlarıyla ilişkilendirilir. Peki Artemis II görevinde astronotlar bu kuşakları güvenle nasıl geçti?

Bu soruya cevap vermeden önce Van Allen kuşaklarını daha yakından tanıyalım.

Van Allen kuşakları nedir?

Dünya’nın manyetik alanının (manyetosfer) uzaydaki yüklü parçacıklarla etkileşiminin doğal bir sonucu olarak oluşan Van Allen kuşakları, 1958 yılında Explorer-1 uydusunun fırlatılmasıyla keşfedilmiştir. İç içe geçmiş halka biçiminde iki radyasyon bölgesinden oluşan bu kuşaklar, fizikçi James Van Allen tarafından analiz edilen uydu verileri sayesinde tanımlanmış ve onun adıyla anılmıştır.

Van Allen kuşakları, Dünya’ya yaklaşık 1.000 kilometre mesafeden başlayarak on binlerce kilometreye kadar uzanan geniş bir bölgeyi kapsar. Bu yapı, Dünya’nın etrafını simit şeklinde saran iki ana radyasyon bölgesinden oluşur: iç kuşak ve dış kuşak. İç kuşak çoğunlukla yüksek enerjili protonlardan, dış kuşak ise yüksek enerjili elektronlardan oluşur. Dış kuşakta ışık hızına yakın hızlarda hareket eden elektronlar, astronotlar ve uydular için tehlike oluşturur.

Bu kuşaklar, manyetik alan çizgileri boyunca hareket eden yüklü parçacıkların kutuplar arasında ileri geri yansımasıyla oluşur. “Manyetik ayna etkisi” olarak adlandırılan bu süreçte parçacıklar, alan çizgileri boyunca sarmal bir hareket izler. Bu hareket, gözlemlenen halka biçimli yapıların ortaya çıkmasına neden olur.

Van Allen kuşakları, Dünya’yı zararlı radyasyondan koruyan doğal bir sistemin parçası olsa da uzay araçları ve astronotlar için ciddi bir risk taşır. Bu nedenle NASA, 2012 yılında Van Allen Probes görevini başlatarak bu bölgeyi daha ayrıntılı incelemeyi hedefledi. Yaklaşık 7 yıl süren bu görev, manyetik alan ve radyasyon ortamı hakkında önemli veriler sağladı.

NASA

Artemis II mürettebatı, Ay'ın yakınından geçerken yaşanan güneş tutulmasını izledi.

İnsanlı uzay görevlerinde temel hedeflerden biri, Van Allen kuşaklarının güvenle geçilebilmesidir. Bu kuşakların aşıldığı ilk insanlı görev, 1968 yılında gerçekleştirilen Apollo 8 görevidir. Artemis II görevi ise bu geçişin modern teknolojilerle nasıl daha güvenli hâle getirilebileceğini göstermiş oldu.

Artemis II görevinde Orion uzay aracının içindeki radyasyon seviyeleri gelişmiş sensörler aracılığıyla sürekli izlendi. Ayrıca astronotlar maruz kaldıkları radyasyon miktarını ölçen kişisel dozimetreler kullandı. Bu cihazlar, ortamda bulunan iyonlaştırıcı radyasyonu tespit ederek maruziyetin izlenmesini sağlar.

Güneş fırtınaları nedeniyle ani radyasyon artışlarının meydana gelmesi ihtimaline karşı astronotlar, uzay aracının içinde bulunan su tankları, erzak paketleri ve çeşitli ekipmanları kullanarak daha korunaklı bir alan oluşturma eğitimi aldı. Bu uygulamayla söz konusu malzemelerin ek bir koruyucu katman gibi işlev görerek yüksek enerjili yüklü parçacıkların mürettebata ulaşmasını engellemesi hedeflendi. Görevde mürettebatın radyasyondan olabildiğince korunması önemli bir kriterdi. Bu nedenle uzay giysileri ve görev planlaması, astronotların maruz kalacağı toplam radyasyon dozu dikkate alınarak tasarlandı. Yaklaşık on gün süren görev sonunda astronotların maruz kaldığı toplam dozun belirlenen güvenli sınırlar içinde kaldığı değerlendiriliyor.

Artemis I ve Artemis II görevleri, radyasyon korumasından yaşam destek sistemlerine kadar pek çok alanda son derece değerli veriler sağlıyor. Bu veriler, gelecekteki Artemis görevlerinin geliştirilmesine katkı sağlayarak derin uzayda daha uzun süreli ve güvenli keşiflerin önünü açabilir.

Artemis görevleri ile ilgili daha detaylı bilgiler

Artemis programı, NASA tarafından insanlığın Ay, Mars ve daha uzak hedeflere yönelik keşiflerine hazırlık amacıyla başlatıldı. İlk Artemis görevi olan Artemis I, Ay etrafında 2022 yılında gerçekleştirilen insansız bir test uçuşuydu. Bu görevde, BioExpt-1 adı verilen bir deney kapsamında uzay aracında çeşitli mikroorganizmalar ve biyolojik örnekler de taşındı. Bu örnekler, alçak Dünya yörüngesinin ötesindeki ortam koşullarına Van Allen kuşaklarındaki yüksek enerjili radyasyon da dâhil olmak üzere maruz bırakıldı.

Bu deney sayesinde bilim insanları, bazı canlıların radyasyon kaynaklı DNA hasarına nasıl tepki verdiğini, bu hasarı nasıl onardığını ve stres koşullarına nasıl uyum sağladığını inceleme fırsatı buldu. Elde edilen veriler, özellikle uzun süreli uzay görevlerinde astronot sağlığının korunması açısından önem taşıyor.

Artemis II göreviyle ise Orion kapsülü ve SLS roketi insanlı uçuş koşullarında test edildi. Orion kapsülündeki hava, su ve sıcaklık kontrolü gibi hayati sistemlerin kusursuz çalışıp çalışmadığı anlaşıldı. Bu görevle Ay yüzeyine inişin planlandığı Artemis III için gerekli teknik doğrulamaların yapılması sağlanmış oldu.

Kaynaklar:

• Around the Moon and Back: A Test Drive for Science - NASA Science
• Artemis II begins its journey to the moon: Highlights | CNN
• Dünya’yı Çevreleyen Görünmez Kalkan | TÜBİTAK Bilim Genç
• Ionosphere and magnetosphere - Solar Wind, Magnetic Field, Plasma | Britannica
• Studying the Van Allen Belts 60 Years After America’s First Spacecraft - NASA
• What are the Van Allen Belts and why do they matter? - NASA Science
• What is NASA's Safety Plan for Artemis II Astronauts?

Yazar Hakkında:

Çisem Kasap

Havacılık ve Uzay Mühendisi