Uzay Neden Karanlıktır ?

Uzay Neden Karanlıktır?

Geceleri gökyüzünün karanlık olması ilk bakışta güneş ışığının Dünya’nın karanlıkta kalan kısmına ulaşamamasına bağlanabilir. Ancak durum aslında çok daha karmaşıktır. Geceleri gökyüzünün neden karanlık olduğu yüzyıllarca bilim insanlarının kafasını meşgul etmiş bir soru ve cevaplanması ancak geçen yüzyılda yaşanan bilimsel gelişmelerden sonra mümkün oldu. Öncelikle Olbers paradoksu olarak adlandırılan bu durumun nereden kaynaklandığına bir göz atalım. Daha sonra da paradoksun nasıl çözüldüğünü görelim.

Gözlemler uzayın büyük ölçekteki yapısının izotropik olduğunu gösterir. Başka bir deyişle gökyüzünde hangi yöne bakarsanız bakın homojen bir dağılım görürsünüz. Eşit alanların içinde hemen hemen aynı sayıda gökada, yıldız vs. vardır. Öyle ki hangi yöne bakarsanız bakın, gözünüze o yöndeki bir yıldızdan ışık gelir. Daha uzak olan yıldızlardan gelen ışık miktarı tabii ki daha az olacaktır ancak daha uzak mesafelerdeki yıldızların sayısı daha çoktur. Dünya’yı uzayda bir nokta olarak düşünecek olursak, Dünya’ya eşit uzaklıkta olan noktalar bir kürenin yüzeyinde bulunacaktır. Kürenin yüzey alanı, yarıçapının karesiyle orantılı olduğu için -uzaydaki madde dağılımının homojenliğini de hesaba katarak- Dünya’ya olan mesafe iki katına çıktığı zaman o uzaklıktaki yıldızların sayısı dört katına çıkacaktır. Ancak yıldızlardan ulaşan ışığın miktarıysa aradaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Dolayısıyla Dünya’ya farklı uzaklıklardan ulaşan ışık miktarı aynı olmalıdır. Ancak geçmişte evrenin sonsuz olduğu düşünülüyordu ve bu bir paradoksa yol açıyordu: Herhangi bir uzaklıktaki yıldızlardan aynı miktarda ışık Dünya’ya ulaşıyorsa ve evren sonsuzsa gökyüzü geceleri de parlak olmalıydı.

Olbers paradoksu üzerinde yorum yapanlardan biri de ABD’li edebiyatçı Edgar Allan Poe’ydu. Poe, geceleri gökyüzünün karanlık olmasının nedeninin, evrenin sadece bir kısmının gözlemlenebilmesi olduğunu öne sürdü. Eğer ışık uzayda sonlu bir hızla yol alıyorsa ve evrenin yaşı da sonluysa -uzay sonsuz olsa bile- ancak belirli bir hacmin içindeki yıldızlardan gelen ışığın Dünya’ya ulaşması mümkündür. Poe’ya göre bu hacmin içindeki yıldızların yoğunluğu geceleri de gökyüzünün aydınlık olması için yeterli değildi. Bu düşünce doğrudur, ancak Olbers paradoksunun çözümü için tek başına yeterli değildir.

Büyük Patlama’nın varlığı yeni bir paradoks doğmasına yol açar. Büyük Patlama’dan kısa süre sonra tüm evren çok sıcaktı ve ışıkla doluydu. Öyle ki uzaydaki her nokta yıldızların yüzeyi kadar parlaktı. Bu durumda bugün uzayda herhangi bir yöne baktığımız zaman Büyük Patlama’dan arta kalan ışığı görmemiz gerekmez mi? Bu paradoksun çözümü ise evrenin genişlemekte olduğu gerçeğinde yatar. Esasen uzayda her yönde Büyük Patlama’dan arta kalan ışık vardır. Ancak evrenin genişlemesi sebebiyle, kozmik mikrodalga artalan ışıması olarak adlandırılan bu ışığın dalga boyu uzamıştır. İnsan gözü, ışık tayfının mikrodalga kısmında kalan artalan ışımasını algılayamaz.

Özetle geceleri gökyüzünün karanlık olmasının en önemli nedenleri, evrenin genişlemekte olması ve yaşının sonlu olmasıdır. 

Kaynak : www.bilimgenc.tubitak.gov.tr

Elmas Gezegenler

Topkapı Sarayı’ndaki Kaşıkçı Elması dünyanın en değerli elmasları arasında yer alıyor, ancak Evren’de büyük ölçüde elmastan veya kirli elmas tozundan oluşan dev gezegenler var. Bunlardan biri de Dünya’dan 40 ışık yılı, yani 370 trilyon kilometre uzakta yer alan 55 Cancri e.

55 Cancri e 2012 yılında Amerikalı ve Fransız astronomlar tarafından keşfedildi. Dünya’dan iki kat büyük olan gezegen aynı zamanda sekiz kat kütleli. Bu kadar dar çapta bu kadar büyük kütleye sahip olmasının bir sebebi de yüksek oranda elmastan oluşması.

Silikat tabanlı kayalık bir gezegen olan Dünyamızın tersine, 55 Cancri e büyük ölçüde karbon ve elmas tozu içeriyor. Dünya’daki en yoğun minerallerden biri olan elmas karbon gezegenlerin kütlesini artırıyor. Nitekim bu gezegende elmas demir kadar bol ve çelik kadar ucuz olabilir.

Ancak, yüzeyinde bir damla bile su içermeyen ve tümüyle grafit tozuyla kaplı olan bu kurak gezegenler hiç de hayata elverişli değil. Üstelik karbon gezegenler kayalık dünyalardan yaygınsa Evren’de hayat sandığımızdan nadir olmalı. Bu yüzden astrofizikçiler merakla soruyor:

HANGİSİ DAHA FAZLA?

Yengeç Takımyıldızı’nda bulunan 55 Cancri e, Güneş benzeri bir yıldızın çevresinde dönüyor. Yıldızına çok yakın olan bu gezegenin yüzeyi demiri eritecek kadar sıcak (1648 derece). Üstelik yakınlığı nedeniyle güneş çevresinde bir turunu 18 saatte tamamlıyor.

55 Cancri e Güneş Sistemi’nden çok daha yüksek oranda karbon atomu içeren bir yıldız sisteminde oluştu. Bu nedenle de yüzeyi kalın bir karbon tabakasıyla, daha doğrusu karbonun doğal formu olan grafitle kaplı.

Gezegen kabuğunun yüzlerce kilometre altında yer alan manto tabakası ise kayadan değil, büyük ölçüde kirli elmastan oluşuyor. Astrofizikçiler 55 Cancri yıldızının karbon oksijen oranını ölçerek 55 Cancri e gezegeninin dev bir elmas topu olduğunu düşündü ama yanıldılar.

ELMAS TOPU YOK, ELMAS TOZU VAR

Son araştırmalar 55 Cancri yıldızının tahminlerden daha az karbon içerdiğini gösterdi. Bu yüzden sıra dışı gezegenin dev bir elmas topu olmadığı anlaşıldı, ama bu dünya iç katmanlarında büyük oranda kirli elmas tozu içeriyor.1 Arizona Üniversitesi’nden Johanna Teske konuyu şöyle açıklıyor:

“Karbon gezegenler Güneş’ten iki kat fazla karbon ve oksijen içeren yıldızların etrafında oluşuyor. Çünkü bir güneş sistemindeki bütün gezegenler ana yıldızla aynı gaz ve toz bulutundan meydana geliyor. Dolayısıyla bunların kimyasal bileşimi birbirine benziyor.”

“Ancak karbon dünyalar aynı zamanda kurak dünyalar: Bu gezegenlerde oksijen atomları hidrojenden önce karbon atomlarıyla birleşiyor. Bu yüzden de hiç su oluşmuyor. Oysa su hayatın varlığı için şart. Son yaptığımız ölçümlerde 55 Cancri yıldızının daha az elmas içerdiğini gördük, ama 55 Cancri e’nin grafit tozuyla kaplı kurak ve ölü bir gezegen olduğunu düşünüyoruz. Bunda bir değişiklik yok”

HİÇ Mİ SU YOK?

Karbon oranı yüksek yıldızlarda su molekülleri ancak güneş sisteminin kenarındaki soğuk dünyalarda ya da donmuş asteroitler ve kuyrukluyıldızlarda oluşuyor. Güneşe Dünya kadar yakın karbon gezegenlerde su bulunmuyor.

California Pasadena’daki NASA Jet İtki Laboratuarı’ndan Torrence Johnson, “Okyanuslarımızı oluşturan yapıtaşları buzlu asteroitler ve kuyrukluyıldızlardı” diyor. “Bu yapıtaşlarının izini sürdüğümüzde karbon zengini yıldızların çevresindeki gezegenlerin kurak olduğunu görüyoruz.”

Cornell Üniversitesi’nden Jonathan Lunine de meslektaşının söylediklerini destekliyor. “Hayatın temeli olan karbon elementinin, büyük miktarlar söz konusu olduğunda, yine hayatı mümkün kılan su moleküllerini meydana getiren oksijeni hapsetmesi ironik bir durum”

AZI KARAR, ÇOĞU ZARAR

Astrofizikçiler ve biyologlar Evren’de Dünya’daki gibi karbon tabanlı hayatın yanı sıra silikon tabanlı canlılar da olabileceğini düşünüyor.

Gerçi silikon atomları karbon atomları kadar çok sayıda atoma bağlanmıyor. Bu nedenle, Evren’de silikon tabanlı canlı türlerinin karbon tabanlı canlılardan çok daha az sayıda olduğu düşünülüyor. Ancak, Evren’de yaygın olabileceğini düşündüğümüz bütün canlıların sıvı suya ihtiyacı var ve elmas dünyalarda su bulunmuyor.

Bu da uzaydaki hayat arayışına ilişkin denklemi beklenmedik bir şekilde değiştiriyor: Bugüne kadar astrofizikçiler bilinen anlamda hayatın kayalık gezegenlerde, Jüpiter’in Europa uydusu gibi buzlu dünyalarda ve başka yıldız sistemlerindeki su dünyalarında geliştiğini düşünüyordu.

Dolayısıyla kalın bir atmosferle kaplı olan gaz devleri dışındaki tüm gezegenlerin Dünya’ya benzeyen kayalık gökcisimleri, yani kabuğu ve mantosu ağırlıklı olarak silikattan oluşan ötegezegenler olduğu varsayılıyordu.

ELMAS FAKTÖRÜ

2012’de keşfedilen 55 Cancri e gezegeni bu hesabı değiştirdi: Karbon bakımından zengin güneş sistemlerinde su bulunmuyor ve bu aynı zamanda kayalık gezegenlerin oluşmasını önlüyordu. Örneğin, Dünya’daki kıtalar büyük ölçüde granitten meydana geliyor ve granitin oluşması için su şart. Nasıl derseniz:

Granit yeryüzünün derinliklerinden gelen magmanın okyanus suyuyla temas etmesi sonucunda oluşuyor. Okyanus kabuğunu meydana getiren bazalt katmanından daha hafif olan granit kıtalar, bir anlamda bazaltın üstünde yüzerek su seviyesinin üzerine çıkıyor ve Dünya’daki karaları oluşturuyor.

HAYAT DÜŞMANI

Elmas dünyalarda su olmadığı için bunların yüzeyinde granit ve kıtaların oluşması mümkün değil. Öyle ki bu gezegenlere sonradan su getirseydik bile gezegen kabuğu suyun altında kalırdı. Nedenine gelince:

Karbon dünyalar genellikle Dünya’dan daha kütleli olduğu için bu gezegenlerde yerçekimi Dünyamızdan güçlü ve gezegenin kabuğu kendi ağırlığı altında çöküyor. Sonuç olarak karbon gezegenlerde suyun dışında kalacak kadar yüksek dağlar oluşmuyor (sadece alçak tepeler var).

Ayrıca karbon dünyaların iç katmanlarında sıcak ve akışkan bir manto tabakası bulunmadığından, depremlerle yanardağ püskürmelerine yol açarak canlıların evrimini hızlandıran tektonik plaka hareketleri de görülmüyor. Kısacası Dünya’da zenginlik kaynağı olan elmas o gezegenlerde hayatın doğmasını önlüyor.

Fransa Toulose Astrofizik ve Gezegenbilim Araştırma Enstitüsü’nden Olivier Mousis, 55 Cancri e’nin Dünya kütlesinin üç katı büyüklüğünde elmas tozu içerdiğini söylüyor.

KARBON DÜNYALAR UZAYDA NE KADAR YAYGIN?

Astrofizikçi Madhusudhan karbon dünyaların Evren’de sanılandan çok daha yaygın olduğunu söylüyor:

“İlk kez kimyasal yapısı Dünya’dan tümüyle farklı olan bir kayalık gezegen gördük. Karbon bakımından zengin gezegenler keşfedilmiş olması ötegezegenlerin kimyasal bileşenler, içyapı, atmosfer ve biyoloji açısından Dünya’dan çok daha farklı olabileceğini gösteriyor.”

Yale Üniversitesi Doktora Adayı John Moriarty’nin söylediği gibi bu durum aslında uzayda Dünya benzeri hayat olma ihtimalini azaltıyor.

“Sonuçta Güneş gibi sarı cüce yıldızların çevresindeki kayalık gezegenlerin Dünya’ya benzediğini düşünüyorduk. Oysa bu gezegenlerin büyük kısmı hayat barındırmayan elmas dünyalar olmalı. Gerçi Güneş’e tam olarak benzeyen bir yıldız da bulamadık.”

HAYAT İÇİN DÜNYA GİBİ SİLİKAT GEZEGENLERE BAKALIM

“Dünya’da az miktarda karbon olmasına rağmen, karbon elementi hayatın ortaya çıkması ve karbon-silikat döngüsü ile gezegenimizin ikliminin düzenlenmesiaçısından kritik rol oynuyor. Karbon bakımından zengin dünyaların hayata elverişli olup olmadığını ise bilmiyoruz. Şimdilik bunlar ölü gezegenlere benziyor, ama Dünya’dan biraz fazla karbon içeren dünyalarda su ve hayat olabilir.”

14 Haziran 2015 itibariyle galakside 1931 onaylanmış ötegezegen ve binlerce gezegen adayı bulunuyor. Peki bu gezegenlerin kaçı elmas dünya kategorisine giriyor?

Eskiden astronomlar bir yıldıza yüzeyinde sıvı su bulunacak kadar yakın olan bütün kayalık gezegenlerin hayata elverişli olacağını düşünüyordu. Bunlar güneşe suyun buharlaşmayacağı kadar uzak ama donmayacağı kadar yakın gezegenlerdi. Karbon gezegenlerin bir kısmı da güneşe uygun uzaklıkta ama bir damla su bile içermiyor.

GÜNEŞ BENZERİ YILDIZLAR NE KADAR KARBON İÇERİYOR?

Astronomlar kayalık ötegezegenlerin tıpkı Dünya gibi büyük oranda demir, oksijen, magnezyum ve silikondan oluştuğunu, buna ek olarak da az miktarda karbon içerdiğini düşünüyor.

Karbon bakımından zengin gezegenlerde ise toplam kütlenin yüzde 0,65 ila yüzde 75’i oranında karbon bulunuyor. Karşılaştırma yapacak olursak Dünya’da yalnızca binde 5 oranında karbon var ve bu, gezegende 30 milyondan fazla canlı türünün ortaya çıkmasına yeterli oldu.

UZAYDA GEZEGEN AVI

Moriarty, Madhusudhan ve Fischer karbon gezegenlerin Evren’de ne kadar yaygın olduğunu görmek amacıyla ötedünyaların kimyasal bileşimini gösteren bir matematik modeli geliştirdiler.

Önceki modeller yeni oluşan ve henüz gezegen doğurmamış olan yıldız sistemlerine ait gaz ve toz bulutu fotoğraflarına dayanıyordu. Astronomlar fotoğrafları bilgisayar simülasyonuna yüklüyor ve gezegenlerin zamanla nasıl oluşacağını araştırıyordu.

Detaylı yeni modelden yararlanan astrofizikçiler ise yüzde 0,8’den yüksek oranda karbon içeren protogezegensel disklerdeki (gezegen öncesi diskler) elmas dünyaların ana yıldıza sanılandan çok daha yakın mesafelerde oluşabileceğini gösterdi.

KARBON DÜNYALAR FAZLA, KAYALIK DÜNYALAR AZ

Araştırmacılar yüzde 0,65 oranında karbon içeren yıldız sistemlerinde de karbon dünyalar oluşabileceğini ortaya çıkardı. Oysa bu sonuç karbon gezegen sayısını artırmakla birlikte karbon dünyalarda hayat olduğu ihtimalini güçlendirmiyordu.

Çünkü nispeten az miktarda karbon içeren dünyalar yalnızca güneşe uzak dış yörüngelerde oluşabiliyordu ve bunlar su içerse bile donmuş ölü dünyalardı. Bu durumda araştırmanın sonucu belliydi:

Karbon dünyalar yeni yıldız sistemlerinde kolayca oluşuyordu ve uzayda oldukça yaygındı. Samanyolu Galaksisi’nde yıldızlara hayata uygun mesafede milyarlarca elmas gezegen vardı, ama bunların büyük kısmında su ve hayat yoktu.

SUYUN KISA GEÇMİŞİ

Johnson’la ekibi elmas dünyaların sayısını hesaplamak üzere Güneş’le hemen hemen aynı oranda karbon ve oksijen içeren yıldızlar aradılar. Yıldızlarla gezegenler aynı gaz ve toz bulutundan oluştuğu için, yıldız atmosferindeki karbon oranı gezegenlerindeki karbon miktarını da gösteriyordu.

Örneğin Dünya’ya hayat veren Güneş, Evren’i doğuran büyük patlamadan ve önceki kuşak yıldızlardan arta kalan hidrojen, helyum, nitrojen, silikon, karbon ve oksijen atomlarını miras almış bulunuyor.

PEKİ BİZE BENZER SİSTEMLERDE SU NASIL OLUŞUYOR?

Johnson’ın belirttiği gibi bunlar Evren’de en yaygın olan 10 element arasında yer alıyor. Gezegen oluşum sürecini gösteren matematiksel modeller de işte burada devreye giriyor:

Bir güneş sisteminde su oluşması için, gezegenleri meydana getiren gaz ve toz diskinin güneşten uzak kesimlerinin hidrojenle oksijen bakımından zengin olması gerekiyor.

Böylece güneş sisteminin en uzak bölgelerinde hidrojenle oksijen birleşerek su moleküllerini ve dolayısıyla buzlu asteroitlerle kuyrukluyıldızları meydana getiriyor. Bu noktada güneş rüzgarı önemli bir rol oynuyor:

SU İTHALATI

İç güneş sistemini etkisi altına alan güneş rüzgarı, hidrojen ve oksijeni birbirinden uzaklaştırarak dış kesimlere üflüyor. Kısacası iç gezegenler az su içeren kurak dünyalar olarak doğuyor ve suyu sonradan kazanıyor. Nasıl mı?

Bir anlamda güneş sisteminin kenarından su getirerek: Dış bölgelerde oluşan kuyrukluyıldızlarla asteroitlerin bir kısmı zamanla genç iç gezegenlerle çarpışıyor ve kayalık dünyalara su taşıyarak kurak havzaları okyanuslarla dolduruyor.

KARBON TABANLI SİSTEMLER ÖLÜ DÜNYALARLA DOLU

Johnson’la meslektaşları yeni matematik modelini test ettiklerinde yüzde 0,65 oranında karbon olan dış gezegenlerde su izine rastlamadılar. Güneş sisteminin dış kesimlerinde bile su molekülleri oluşmuyordu ve güneşten uzaktaki karbon dünyalarda bile su bulunması imkansızdı.

Bu sistemlerde su varsa bile bütün gezegenlerden uzaktaki en dış asteroit kuşağında var olmalıydı. Öyleyse karbon tabanlı güneş sistemleri hayata elverişli değildi. Elmas gezegenler de grafit tozuyla kaplı ölü dünyalardı.

SONUÇTA HAYATA ELVERİŞLİ GEZEGEN SAYISI AZ ÇIKTI

Son hesaplamalar, Samanyolu’nda en az 100 milyon hayata elverişli gezegen olduğunu gösteriyor. Bakterileri hesaba katarsak bu sayı çok daha fazla çıkıyor ama biz sadece Dünya’daki gibi kompleks hayata elverişli gezegenlerden bahsediyoruz, yani hayvanlarla bitkilerin yaşayabileceği gezegenler.

Ancak bu sayı toplam kayalık gezegen sayısı üzerinden hesaplandı ve buna elmas gezegenler de dahildi. Elmas gezegenleri saymazsak Samanyolu’nda Dünya benzeri hayata elverişli gezegenlerin sayısı azalıyor.

Yine de umudunuzu kaybetmeyin, çünkü yanlış saymış olabiliriz. Bugüne kadar keşfedilen yaklaşık 2000 gezegen istatistiki açıdan yetersiz olduğundan büyük ihtimalle yanlış saydık. 

Kaynak : www.khosann.com