Dünya’nın atmosferi sızdırıyor. Her gün, atmosferden yaklaşık olarak 90 ton kadar madde gezegenimizin üst atmosferinden kaçarak uzaya akmaktadır. ESA (Avrupa Uzay Ajansı) uzun zamandır bu sızıntıyı izliyor olmasına karşın, bu kayıbın nasıl ve neden olduğu halen tam anlamıyla bilinememektedir.
Dünya atmosferinin büyüklüğü göz önüne alındığında, günde 90 ton küçük bir sızıntıdır. Dünya’nın atmosferi yaklaşık olarak beş katrilyon (5×1015) ton ağırlığındadır ve yakın zaman için bir tehlike yoktur. Fakat Dünya’nın atmosferini anlayabilirsek ve uzaya nasıl kaçtığını çözebilirsek, diğer gezegenlerin atmosferlerini daha iyi anlayabilir ve yaşanabilir ötegezegenler, hatta dünya dışı yaşamla ilgili önemli bilgiler elde edebiliriz.
Dünya’nın Atmosferinin İzlenmesi
ESA’nın 2000 yılında dört uzay aracı filosu olarak gönderdiği Küme (Cluster) Projesi uyduları ile Dünya’nın manyetik çevresini sürekli olarak incelemekteyiz. Küme çoklu uzay aracı ve kendine özgü yörüngesiyle, 10,5 yıldan uzun süredir Güneş ile Dünya’nın manyetik etkileşimlerini incelemektedir. Bu nedenle de Dünya atmosferindeki sızıntı ve gezegenin Güneş Sistemi ile etkileşimi konusunda anahtar bir role sahiptir.
Dünya’nın manyetik alanı çok karmaşıktır. Dünya’nın içlerinden uzayda belli uzaklıklara kadar etkilidir. Manyetosfer ve onun iç bölgesi olan, atmosferin tepesinde duran halka biçimli plazmosfer, Dünya ile birlikte döner ve ortalama 20.000 kilometreye uzanır. Burada yüklü parçacıklar ve iyonlar yakalanır ve manyetik alan çizgileri boyunca hareket edip geri yansırlar.
Güneş’e bakan tarafında manyetosfer, Güneş rüzgarı ile karşılaşır. Bu rüzgar çoğunlukla proton ve elektronlardan oluşan sürekli bir akımdır. Burada, manyetik alanımız bir kalkan gibi davranır. Suda kaydırılan bir taş gibi gelen rüzgar saptırılır ve yansıtılır. Bu parçacıklar manyetosfer tarafından yönlendirilerek Dünya’nın Güneş’e göre aksi tarafında birleşirler ve manyetokuyruk (magnetotail) adı verilen, tüp biçiminde uzayan bir yapı oluştururlar.
Manyetosfer Kalkanının Zayıflıkları
Manyetosfer Dünya’yı koruyan bir kalkan görevi görse de zayıflıkları vardır. Dünya’nın kutuplardaki alan çizgileri çubuk mıknatıslarda olduğu gibi açıktır. Burada, Güneş rüzgarı parçacıkları enerji yüklü parçacıklar olarak Dünya’ya doğru yönlenebilirler. Bunun yanı sıra, parçacıklar dışa doğru da yönlenebilirler. Dünya üzerinde yaklaşık 1000 kilometreye kadar uzanan, Dünya’nın üst atmosferindeki iyonlardan oluşan iyonosfer bu yolla dışa yönelir.
ESA’nın Küme projesinde yardımcı bilim insanı Arnaud Masson, “Plazma taşıma ve atmosferle ilgili kayıp, hem gezegenler hem de yıldızlar için geçerlidir ve çok ilgi çekici, önemli bir konudur. Atmosferdeki maddenin nasıl kaçtığını anlamak, bir gezegende yaşamın nasıl gelişebildiğini anlamak için çok önemlidir” demektedir. Masson ayrıca “Dünya’nın manyetosferine gelen ve giden malzeme arasındaki etkileşimin şu anda çok gündemde olan bir konu olduğunu” belirtmektedir. Önceleri bilim insanları Dünya’nın manyetik ortamının tümüyle Güneş kökenli parçacıklarla doldurulduğuna inanmaktaydı ancak 1990’ların başında Dünya’nın atmosferinden plazmosfere sızma olduğu belirlendi.
Küme Projesi ile yapılan en yeni çalışmalar, Dünya’nın atmosferinde sürekli bir oksijen, hidrojen ve helyum iyonları içeren sızıntı olduğunu, bunun sürekli olarak kutup bölgelerinden kaçarak manyetosfer içindeki plazmayı yenileyici rol oynadığını gösterdi.
Genel olarak, saniyede yaklaşık 1 kg, günde neredeyse 90 ton tutarında kaçış olmaktadır. Bu kaçan iyonların çoğu soğuk iyonlardır ve çoğu da hafif olması nedeniyle hidrojen iyonlarıdır. Soğuk iyonlar önemlidir; düşük enerjileri nedeniyle, küme uyduları dışındaki çoğu uydu tarafından belirlenemezler ancak kayıbın büyük bölümünü oluştururlar. Güneş fırtınaları ve artan güneş etkinlik dönemlerinde kayıp üç kat daha fazla olmaktadır.
İyonlar Nereye Gidiyor?
Yakın zamanda, bilim insanları manyetik yeniden birleşme sürecini belirlediler. Bu, Güneş rüzgarının Dünya’nın manyetosferine girip plazmayı hızlandırdığı en verimli fiziksel süreçlerden biridir. Bu işlemde, plazma manyetik alan çizgileri ile etkileşir, enerji alışverişinde bulunur. Ayrıca birçok farklı işlem sonucunda büyük miktarlarda enerji açığa çıkar. Soğuk iyonların bu noktada önemli olduğu düşünülmektedir. Soğuk iyonların Güneş rüzgarının manyetosferle (manyetopoz) karşılaştığı sınırda yeniden birleşme hızını yavaşlatmaya yönelik davrandığı düşünülüyor. Ancak sürecin nasıl işlediğini yine de bilmiyoruz. Cluster Projesi ile yapılacak çalışmalar daha epeyce sürecek. Dünya’nın manyetik alanına ilişkin çok daha ayrıntılı bilgiler edinilecek.
Bundan Öğrenilenleri Diğer Gezegenlere Uygulamak
Kendi atmosferimizle ilgili daha fazla bilgi edindikçe, komşu gezegenlerle ilgili de bilgi edinmiş oluruz. Bu çalışma, atmosfer ve manyetik alanı olan her astrofiziksel cisme uygulanabilir. Bunun önemi, atmosfer ve manyetik alanın bir gezegende yaşamın ortaya çıkması ve sürmesi için çok etkin faktörler olmasıdır. Yine de bilinmesi gereken pek çok soru bulunmaktadır. Güneş sistemi içinde buna uyan birbirinden oldukça farklı gezegenler ve onların uyduları vardır. Bu cisimler yaşama elverişli olabilir mi ya da bir zamanlar buralarda yaşam var mıydı? Örneğin Mars için bu olasılık vardır.
2000 yılından beri çalışan Küme projesi bu nedenle önemlidir. NASA’nın 2015 yılında başlattığı Manyetosferik Çokluölçekli (MMS) için aynı biçim kullanılmıştır. Dünya’nın manyetik alanının farklı noktalar ve açılardan incelenmesi önemlidir. Cluster gibi genel olarak, uzun vadeli uzay görevleri gezegenimizin, atmosferi ve genel olarak atmosferdeki kayıpları hakkında birçok bilgi endinmemizi ve süreçleri daha iyi anlamamızı sağlamaktadır. Böylece bu, içinde yaşadığımız Güneş sistemini de anlamamıza yardımcı olacaktır.
Hazırlayan: Prof. Dr. Varol Keskin
Editör: Ögetay Kayalı
Bu yazı ilk olarak 20 Temmuz 2016 tarihinde yayınlanmıştır. Bilgilerin güncelliğini teyit etmeniz önerilir.
