ASTRONOMİDE SU

Özet

Uzaydaki su, yıldızlar oluşurken üretilir. Yıldızlar doğarken, onların doğumuna gaz ve toz rüzgârları ile basınç ve şok dalgaları eşlik eder. Basınç ve şok dalgaları sıkıştırılmış gazı ısıtarak yoğun gazı ve suyu üretir. Astronomi evrende Yaşanabilir Bölge(Habitable Zone)leri bulmaya çalışırken evrenin her yerinde suyun değişik formlarda var olduğunu keşfetmiştir. Ünlü bilimkurgu yazarı Arthur C.Clarke diyor ki “Gökyüzüne imzasını suyla atmış mavi gezegeni, “Ocean(Okyanus)” adı dururken  “Earth (Toprak) adıyla betimlemenin son derece uygunsuz.” Uzaydan baktığımızda dünyanın yüzeyinin büyük bir bölümünün suyla kaplı olduğu görüldüğü için dünyaya “Su Gezegeni” denilebilir.”

Evrenin içindeki ısılar, en sıcak yıldızların içindeki milyarlarca derecelik sıcaklıklardan, “mutlak sıfır” noktası olan – 273.15°C ‘ ye kadar değişebilmektedir. Bu ısı aralığında karbon temelli bir hayata izin veren ısı aralığı, çok dar bir aralıktır. Fakat Dünya, tam bu ısı aralığına sahiptir.

Dünya, bilinen tüm gökcisimlerinin aksine, yaşama elverişli bir atmosfere, ısıya ve yüzeye sahiptir. Güneş Sistemi’ndeki diğer 63 gök cisminden hiçbirinde yaşamın temel şartı olan su yoktur. Dünya’da ise yüzeyin dörtte üçü suyla kaplıdır.

Amerikalı jeologlar Frank Press ve Raymond Siever diyor ki “Yaşam sadece çok sınırlı bir ısı aralığında mümkündür… ve bu ısı aralığı Güneş’in ısısı ile mutlak sıfır arasındaki muhtemel ısıların yaklaşık % 1’lik bir bölümünü oluşturmaktadır. Dünya’nın ısısı, tam bu dar aralıktadır.”[1-4].

Bu makalede, Astronomide Su incelenmiştir.

1.Giriş

22 Temmuz 2011’de iki gurup gökbilimci evrendeki en büyük ve en uzakta bulunan su kütlesini keşfetti. Tespit edilen suyun miktarı dünyamızda bulunan tüm okyanuslardaki suların toplamının 140 trilyon katına eşdeğer olup dev bir karadeliği çevreliyor. Bu bir kuasar ve yaklaşık 12 milyar ışık yılı uzaklıkta.

NRAO (National Radio Astronomy Observatory) gökbilimcilerinden Chris Carilli, “bu şey, evrende ilk ortaya çıkan yıldızlardan daha eski olup karanlık devirlerin sınırlarında” dedi.  NASA Jet Propulsion Laboratory bilim adamlarindan Matt Bradford  ise   “Bu kuasarı kendine özgün bir ortam çevreliyor ve çok büyük miktarda su üretiyor” diyerek “bu da suyun  evrende en eski zamanlarda bile yaygın olarak bulunabildiği gösteriyor” şeklinde görüşünü belirtti.

APM 08279+5255 isimli kuasar ilk olarak 1998 yılında keşfedilmişti. Optik ve kızılötesi teleskoplarla yapılan gözlemlerde bu kuasarın, ortasında bir karadelik bulunduğu ve galaksinin yıldız yağmuru ile yeni yıldızlar oluşturduğu tespit edildi. Uzaklık olarak 12 milyar ışıkyılından daha uzakta ve Büyük Patlama’dan 2 milyar yıl sonra ortaya çıkmış, yani 12 milyar yıldan daha eski bir kuasar.

Bradford yönetimindeki ekip bu keşfi yaptı ve dev bir karadelik ile beslenen kuasarın durmadan etrafındaki gaz ve toz halkalarını yuttuğunu tespit etti. Yuttukça da çok büyük miktarda enerji ortaya çıktığını gözlemlediler. Her iki gurup bilimadamı özellikle bu APM 08279+5255 isimli kuasarı incelediken sonra kuasarın barındırdığı karadeliğin güneşten 20 milyar kat daha büyük olduğunu ve güneşin bin trilyon misli enerji ürettiğini hesapladılar.

Bradford’un ekibi gözlemlerini Hawaii’nin en yüksek tepesinde bulunan 10 metre çapındaki  “Z-Spec” adı verilen teleskopla yaptılar ayrıca Kaliforniya’daki radyo teleskoplarından da faydalandılar.  Öteki gurup bilim adamları ise Fransız Alplerindeki gözlemevini kullanarak keşfedilen su ve kütlesi ilgili  araştırmaları yaptılar[1-5].

2. Suyun formları

Su; katı, sıvı, gaz, egzotik ve nükleer formda bulunur. Ekzotik formlar uçucu, iyonik ve süperiyonik sulardır. Nükleer formlar hidrojen ve oksijenin izotoplarından oluşan ağırsulardır[1-9].

2.1 Buhar formunda su

Güneşin; Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter, Ceres, Satürn, Uranüs, Neptün ve Ekstrasolar Gezegen atmosferinde, yıldız disklerinde buhar formunda su bulunur.

2.2 Sıvı formunda su

Satürn’ün uydusu Enceladus’ün güney kutbunun yüzeyinde; Jüpiter’in uydusu Ganymede’de basınçlı buz ve kaya arasında, Dünyanın yüzeyinin % 70’inde, Titan’da amonyakla karışık sıvı formunda su bulunur.

2.3 Katı formunda su

Mars; Dünya ve Ay sisteminde, Jüpiter’in uyduları Europa ve Ganymede’de, Satürn’ün uyduları Titan ve Enceladus’de, Pluto-Charon sisteminde, Kometlerde, Merkür’ün kutuplarında, Ceres’de

Tethys’de katı formunda su bulunur.

2.3 Ekzotik formunda su

Uranüs ve Neptün’de egzotik formda su bulunur.

2.4 Nükleer formunda su

Ağır su, nükleer reaktörlerde kullanılan hidrojen ve oksijen izotoplarına sahip yüksek yoğunlukla sudur.

3. Ötegezegen(Exoplanet, Extrasolar planet)

Ötegezegen,Exoplanet yada Extrasolar gezegenler güneş sistemiz dışında kalan gezegenlere denir. Gökbilimci Alex Wolszczan tarafından Güneş Sistemi dışındaki ilk gezegen keşfedildi. Şimdiye kadar Güneş Sistemi Dışında (ötegezegen) bulunan gezegen sayısı 877’ye, en az bir gezegeni keşfedilen yıldız sayısı da 682’ye ulaştı.

Güneş sistemi içerisinde artık hayat olmadığını biliyoruz. Mars’tan biraz ümidimiz vardı. Belki bir zamanlar mikroorganizma ölçüsünde bile olsa hayat var mı diye sorguladık, olumsuz yanıt aldık. Bu sorgulamalar, araştırmalar devam ediyor. Satürn’ün ikinci büyük uydusunun alt katmanlarında su olabileceği düşünülüyor.

Güneş Sistemi dışına bir araç yollamak ve onu uzayın derinliklerinde kaybetmeden yönlendirmek, yönetmek ise imkânsız gözüküyor. Teknolojik araçlarımız da güçlendikçe daha net cevaplar elde ediyoruz. Örneğin, ilk gezegenden bu yana bulunan gezegenlerin genel bir listesine baktığımızda, yıldızına yakın ve Jüpiter’den daha büyük gezegenlerin keşfedilme tarihlerinin daha eski olduğunu görürüz. Günümüzde ise hem bu tür gezegenleri, hem de Dünya kadar büyüklüğe sahip gezegenleri keşfedebildiğimizi söyleyebiliriz[10-22].

4. Dünyadışı Su (Extraterrestrial liquid water)  

Dünya dışında bulunan sıvı haldeki su şeklinde tanımlanır. Dünyanın yüzeyinin % 71’ini okyanus su ile birlikte, toprak yüzeyi üzerindeki sıvı su kaplamaktadır. Sıvı su bilinen tüm yaşam formları için gerekli olmasıdır. Dünyadaki suyun kaynağı halen bilinmemektedir ama dünya yüzeyindeki su, güneşi çevreleyen yaşanabilir bölgesindeki atmosferik basınç ve sabit bir yörüngenin bir ürünüdür.

NASA 4 Eylül 2014 tarihinde HAT-P-11b’nin nispeten bulutsuz bir atmosfere sahip ve bilinen ilk Neptün büyüklüğünde ötegezegen olduğunu bildirdi. HAT-P-11b’nin atmosferinde her türlü ilk moleküller, yani su buharı, üzerinde bulunmuştur[10-22].

5. Yaşanabilir Bölge(Habitable Zone)

Belirli bir gezegenler sistemi içerisinde, astronomlar bir “Yaşanabilir Bölge” tarif ederler. Tanımı değişmekle beraber Yaşanabilir bölgeler genellikle bir yıldızın çevresinde, üzerinde suyun bir kaç milyar yıl kalabileceği bölge olarak düşünülür. Bu bölgeler dairesel şerit şeklindedir. Bu şeridin iç sınırındaki halka, sistemdeki herhangi bir gezegenin okyanuslarını kaybetmeden, güneşin etrafında takip ettiği en küçük yarıçaplı yörüngedir. Bir gezegenin okyanuslarını kaybetmesine örnek olarak Güneş sistemimizdeki Venüs yıldızı verilebilir. Bu durumda Venüs Güneş sistemimizde elips şeklindeki yaşanabilir bölgenin iç sınırının dışında kalmaktadır. Venüs’ün bütün suları Güneş’e yakınlığı dolayısı ile sera etkisi neticesinde buharlaşıp yok olmuştur.

Yaşanabilir bölgenin dış sınırını ise bir gezegenin, okyanusları donmadan Güneş etrafında deveran edebildiği yörünge oluşturmaktadır. Bilim adamları farklı büyüklük ve özelliklerdeki herhangi bir yıldız için söz konusu yaşanabilir bölgenin büyüklüğünü kolaylıkla hesaplayabilmektedirler[10-22].

6. Galaktik Yaşanabilir Bölge(Galactic Habitable Zone)
Samanyolu galaksisinin merkezinden ne çok uzakta ne de merkeze çok yakında bulunan, hayata daha elverişli bölgeler “Galaktik Yaşanabilir Bölge” olarak tanımlanmaktadır. Böylece yaşanabilir bölge tanımı daha geniş bir alana kaydırılmış olmaktadır. Bilim adamları için, galaktik kimyevî bileşim ile hayat için gereken şartlar arasındaki bağlantılar ortaya konmuştu.

Samanyolu galaksisi içerisinde güneş benzeri yıldızların etrafında dönen Jüpiter gibi devasa gezegenlerin varlığı keşfedildi. Aslında bütün güneş benzeri yıldızlar Jüpiter tipi bir gezegene sahip değildirler. Bugüne kadar keşfedilen dev gezegenler genellikle astronomların metaller olarak isimlendirdikleri helyumdan daha ağır kimyevî elementlerce zengin yıldızların çevresinde bulunuyorlardı. Bu tespitler bilim dünyasını, dev gezegenlerin oluşumunda metal bulunmasının önemli bir şart olduğu sonucuna götürdü. Bu durumda deva gezegenler mevcut olsa bile, karmaşık hayat formları için uygun değildir[10-22].

7. Yaşanabilir Bölgenin Şartları

Yaşanabilir bir gezegenin oluşması için:

1.Gezegenin yörüngesinin elips şeklinde olması, büyükçe bir uydunun gezegene eşlik etmesi.

2.Başka gezegenlerin varlığı.

3.Gezegenin oluşması için gerekli fiziksel, kimyasal ve biyolojik şartların bulunabilirliği.

4.Gezegenin kozmik tehditlerden korunmuş güvenli bir yerde bulunulması.

5. Korotasyon Dairesine yakınlık

Ancak bir gezegen eğer elips şeklindeki bölgenin dışında bulunuyorsa, yaşanabilirlik özelliklerine sahip olamaz. Aslında hem yaşanabilir bölgede bulunulsa, hem de diğer şartlara sahip olsa bile, eğer bir gezegen sistemi ait olduğu galaksinin uygun olmayan bir bölgesinde bulunuyorsa, bir canlı hayatına imkan sağlamaz[10-22].

7.1 Metalisite

Yıldızlararası ortamda metal atomları sayısının hidrojen atomları sayısına oranı “Metalisite”  bugünkü seviyesine yükselmiştir. Bu metaller yeryüzü gibi gezegenlerin yaratılışında kullanılan sebeplerden biri olmaktadır. Bu metallerin fazlalığı gezegenin büyüklüğünü belirler. Dahası, metaller olmadan dev gezegenlerin oluşması bugünkü bilgilerimize göre imkânsızdır, zira bu durumda bütün gezegen belli büyüklükteki bir çekirdek üzerine büzülürdü. Başka gezegenler üzerinde devam eden çalışmalarla, gerekli minimum metalitise tespit edilmeye çalışılmaktadır. Yaşanabilir gezegen oluşumunda belirli bir metalisiteye sahip olunması gerektiği gibi, bu oran belirli bir değerin üzerine de çıkmamalıdır. Aksi takdirde büyük, kuvvetli yerçekimine sahip, topografik özellikleri zayıf, uçucu elementlerce zengin dolayısıyla tamamen suyla kaplı gezegenler oluşacaktır. Oysa Yeryüzü’ndeki okyanus ve karaların bir arada bulunması atmosferik ısı kontrolü açısından çok önemlidir. Ayrıca yüksek metalisite gezegenin pozisyon değiştirmesine sebep olmaktadır, bu yörünge değişikliğinin bir yan ürünü olarak yeryüzü gibi daha küçük kütleler sistemin dışına ya da güneşe doğru itileceklerdir.  Yaşanabilir gezegenler için metalisite şartının sağlanması ve farklı elementlerin bulunması da mutlaka gerekmektedir. Yeryüzünde en çok bulunan elementler süpernova patlamalarıyla meydana gelmiştir. Demir, nikel, kobalt, oksijen, silisyum, magnezyum, kalsiyum, titanyum, toryum ve uranyum bu elementlerin önemlileridir.

7.2 Kozmik Tehlikeler
Yeryüzü benzeri bir gezegende bütün gerekli atomlar doğru zamanda, doğru yerde bir araya getirilmiş olsa bile, “Yaşanabilir Gezegen ” özelliğini sahip olmayabilir. Bir gezegen aynı zamanda kozmik tehditlerden de korunmak zorundadır.

7.3 Korotasyon Dairesi

Korotasyon dairesi, bir yıldızın yörünge periyodunun galaksi spiral kolunun dönme periyoduna eşit olduğu yerdir. Bir yıldızın yörüngesi eğer bu daireyle çakışır ya da çok yakın bulunursa, spiral kol kesişmeleri daha az meydana gelmekte ve gezegen daha güvenli durumda kalmaktadır. Spiral kollar güzel gözükebilirler, ancak içerilerindeki yoğun yıldız oluşumları ve devasa moleküler bulutlar kompleks hayat formlarına imkan vermez. Güneşimize yakın yıldızların hareketlerine dair ölçümler, güneşimizin Korotasyon dairesine çok yakın bir yörünge izlediğini göstermektedir.

7.4 Kozmik Tehlikelerin Sınıflandırılması

Kozmik tehlikeler :

1. Asteroidler

2.Kuyrukluyıldızlar

3. Radyasyon fırtınaları

Bizim güneş sistemimizdeki astreoidlerin hareketleri sebepler açısından tamamen Jüpiterin yörüngesine ve oluşumuna bağlı kılınmış olup, sistemin geri kalanının doğrudan bir tesiri yoktur. Kuyruklu yıldız tehlikesi, galaktik hareketler ile doğrudan ilgilidir. Yüksek enerji radyasyonu, elektromanyetik dalgalar, süpernova patlamalarından gelen gama ışını fırtınaları gibi ışınlar ise galaksinin başka noktalarının karmaşık hayatların oluşmasını zorlaştırmaktadır.

8. Sonuç

22 Temmuz 2011’deki keşif; APM 08279+5255 isimli kuasardaki su kütlesinin yaşının 12 milyar yıl olduğunu; evrenimizin yaşının da 14 milyar yıl olduğuna göre keşfedilen su kütlesinin evrenimizin 2 milyar yıl yaşındayken oluştuğunu, uzayın su üretme yeteneği olduğunu gösteriyor. Uzay araştırmaları uzayın her yerinde suyun var olduğuna işaret ediyor. Mars’ta su olduğu artık neredeyse kesin olarak biliniyor. Satürn’ün uydusu Enceladus’ta daha önce yüzeyinde basınçlı su kuyuları bulunmuştu. Ayrıca Ay yüzeyinde ince bir tabaka halinde su bulunmuştu.

NASA’ nın duyuruları evren anlayışımızı geliştiriyor ve ne kadar sürprizlerle dolu bir evrende yaşadığımızı hatırlatıyor. Samanyolu Galaksi’mizde 400 milyar yıldız veya 400 milyar güneş sistemi bulunuyor. Bunların her birinde 10 gezegen olsa ve her biri Dünya kadar su kütlesine sahip olsa dahi ki değil, bu bile sadece 4 trilyon gezegen yapardı. Biz ise 140 trilyon gezegenden bahsediyoruz. Yapılan istatistikî analizler, bulunan su kütlesinin tam 28 Samanyolu Galaksi’sine su sağlayabileceğini gösteriyor. Dolayısıyla suyun tarihi yeniden yazılmalıdır[1-22].

Cebrail Ozan Oktar

Referanslar

[1] http://www.fastcompany.com/1769468/scientists-discover-oldest-largest-body-water-existence-space

[2] http://www.space.com/12400-universe-biggest-oldest-cloud-water.html

[3] http://www.nasonline.org/about-nas/history/highlights/frank-press.html

[4] F.Press,R.Siever,Earth,New York: W.H.Freeman,1986,s.4

[5] Atreya, Sushil K.; Wong, Ah-San (2005). “Coupled Clouds and Chemistry of the Giant Planets — A Case for Multiprobes” (PDF). Space Science Reviews 116: 121–136.

[6] Cook, Jia-Rui C.; Gutro, Rob; Brown, Dwayne; Harrington, J.D.; Fohn, Joe (12 December 2013). “Hubble Sees Evidence of Water Vapor at Jupiter Moon”. NASA. Retrieved 12 December 2013.

[7]  Water Found on Distant Planet 12 July 2007 By Laura Blue, Time

[8] Water Found in Extrasolar Planet’s Atmosphere – Space.com

[9] http://www.princeton.edu/~achaney/tmve/wiki100k/docs/Heavy_water.html

[10] http://exoplanets.org/

[11] http://exoplanet.eu/catalog/

[12] http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

[13] http://var2.astro.cz/ETD/index.php

[14] http://www.hzgallery.org/

[15] http://www.openexoplanetcatalogue.com/index.php

[16] http://planetquest.jpl.nasa.gov/

[17] http://exoplanets.psu.edu/

[18] http://cips.berkeley.edu/

[19] http://www.planethunters.org/

[20] http://transitsearch.org/

[21] http://oklo.org/

[22] http://kepler.nasa.gov/