Uydu Nedir? Güneş Sistemi'ndeki Doğal ve Yapay Uydular Nelerdir? Neden Bazı Gök Cisimleri, Diğerlerinin Etrafında Döner?

Uydu, uzayda daha büyük bir nesnenin yörüngesine yerleşen veya etrafında dönen nesnedir. İki tür uydu vardır: Dünya’nın yörüngesinde dönen Ay gibi doğal veya Dünya’nın etrafında dolaşan Uluslararası Uzay İstasyonu gibi yapay olanlar.

Neredeyse her gezegenin en az bir tane olmak üzere, Güneş Sistemi'nde düzinelerce doğal uydu bulunmaktadır. Örneğin, Satürn’ün en az 53 tane uydusu vardır - ki ayrıca 2004 ile 2007 yılları arasında halkalı gezegeni ve uydularını keşfeden Cassini uzay aracı isimli yapay bir uyduya da sahipti.

Gelgelelim, 20. yüzyıl ortalarına kadar "yapay uydu" diye bir şey yoktu. İlk yapay uydu, 4 Ekim 1957 tarihinde havalanan plaj topu boyutlarındaki Rus uzay sondası Sputnik idi. Bu olay, Batı dünyasının çoğunu şok etmişti; çünkü Sovyetler'in uzaya uydu gönderecek güçlerinin olmadığına inanılıyordu.

Wikimedia

Yapay Uyduların Kısa Geçmişi

Bu başarının hemen arkasına, 3 Kasım 1957’de Sovyetler daha da büyük bir uydu olan Laika isimli bir köpeği taşıyan Sputnik 2’yi fırlattılar. Amerika Birleşik Devletleri’nin ise ilk uydusu 31 Ocak 1958 tarihindeki Explorer 1 idi. Uydu, Sputnik 2’nin kütlesinin yalnızca %2’si kadardı; fakat yine de 13 kilogram kütleye sahipti.

Sputnik ve Explorer 1, Amerika Birleşik Devletleri ile Sovyetler arasında en az 1960'ların sonlarına kadar süren bir uzay yarışının ilk atışları olmuştu. Siyasi araçlar olarak uyduların üstündeki odak, yerini insanlara bırakmaya başlamıştı; zira her iki ülke de 1961’de uzaya insan gönderdi. On yıllık sürecin ilerleyen zamanlarında her iki ülkenin de amaçları bölünmeye başlamıştı. Amerika Birleşik Devletleri Ay’a insan çıkarmaya ve uzay araçları yaratmaya devam ederken, Sovyet Birliği 1971’de fırlatılan dünyanın ilk uzay istasyonu olan Salyut 1’i inşa etti. Akabinde Amerika Birleşik Devletleri’nin Skylab ve Sovyet Birliği’nin Mir’i gibi diğer istasyonlar takip etmiştir.

Yararları topluma etki ettiği için, diğer ülkeler de kendi uydularını uzaya göndermeye başladılar. Meteoroloji uyduları, sapa yerler için bile olan hava tahminlerini geliştirmişti. Landsat serileri gibi kara gözlemcisi uydular; ormanlar, su ve Dünya yüzeyinin diğer kısımlarında olan zaman içerisindeki değişiklikleri gözlemliyordu. Haberleşme uyduları, uzak mesafe telefon görüşmelerini ve nihayetinde dünyanın her tarafından canlı televizyon yayınlarını hayatın olağan bir parçası haline getirmişti. Daha sonraki nesiller ise, internet bağlantılarına yardımcı oldu.

Bilgisayarların ve diğer yazılımların minyatürleştirilmesi ile birlikte, yörünge üzerinde bilim, telekomünikasyon veya diğer fonksiyonları gerçekleştirebilen çok daha küçük uyduları yollamak artık mümkün. Bugün şirketler ve üniversiteler için "CubeSats" veya sık sık alçak Dünya yörüngesine yerleşen küp şeklindeki uydular yaratmaları sıkça rastlanan bir durum.

Bu uydular, daha büyük bir taşıma kapasitesi olan bir roket üzerinde fırlatılabilir veya Uluslararası Uzay İstasyonunda bulunan bir mobil fırlatma aracı vasıtasıyla yollanabilir. Şu aralar NASA, her ne kadar CubeSats'ın dahil edileceği kesinleştirilmemiş olsa da, ileriki görevler için Mars’a veya Jüpiter yakınlarındaki Europa uydusuna CubeSats’lardan göndermeyi düşünüyor.

Uluslararası Uzay İstasyonu, yörüngedeki en büyük uydudur ve yapımı on yıldan fazla sürmüştür. 15 ülke, 1998 ile 2011 yılları arasında kurulan bir yörünge kompleksinin mali ve fiziksel altyapısına parça parça katkıda bulunmuştur. Yetkililer, Uluslararası Uzay İstasyonunun en az 2024’e kadar çalışmaya devam etmesini bekliyorlar.

Wikimedia

Uydunun Kısımları

Kullanılabilir her yapay uydunun, ister insanlı ister robotik olsun, dört ana kısmı vardır: bir güç sistemi (örneğin, güneş enerjili veya nükleer enerjili olabilir), durumunu kontrol etmek için bir kanal, bilgi iletmek ve almak için bir anten ve de bilgi toplamak için bir kamera ya da parçacık detektörü benzeri bir yük.

Gelgelelim, aşağıda görüleceği üzere, tüm yapay uydular ille de çalışabilir değildir. Yukarıdaki parçaları olmamasına rağmen, bir vida veya biraz boya bile bir yapay uydu olarak kabul ediliyor.

Bir Uydunun Dünyaya Düşmesini Engelleyen Şey Nedir?

Bir uydu, genellikle bir roket veya kendisine etki eden tek bir kuvvet olan yerçekimine sahip bir obje olarak bilinir. Teknik olarak konuşmak gerekirse, Karman Hattını 100 kilometre (62 mil) irtifada geçen her şey uzayda kabul edilmektedir. Bununla birlikte, bir uydunun hemen Dünyaya geri düşmesini engellemek için saniyede en az 8 kilometre hızla gidiyor olması gerekmektedir.

Eğer bir uydu yeterince hızlı gidiyorsa, daima Dünya’ya doğu "düşecektir"; fakat Dünya’nın ufuk eğikliği, uydunun yüzeye geri çakılmak yerine, gezegenimizin etrafında düşmeye devam edeceği anlamına gelir; yani bir diğer deyişle, uyduğunun düştüğü rotanın eğikliği, Dünya'nın eğikliğinin ufukta kıvrılarak kaybolmasından daha küçük olduğu sürece uydu, yeryüzüne dönemeden Dünya çevresinde dönmeyi sürdürecektir. Hava moleküllerinin çekme direnci uyduları yavaşlatacağı için Dünya'ya daha yakın giden uydular, nihayetinde düşme riskine sahiptirler. Dünya’dan daha uzakta dolaşanların ise başa çıkacağı daha az molekül vardır.

Dünya’nın çevresinde, kabul edilmiş birkaç yörünge "bölgesi" bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi, 160 kilometreden 2.000 kilometreye kadar uzanan Alçak Dünya Yörüngesi olarak adlandırılır. Burası, Uluslararası Uzay İstasyonunun dolaştığı ve uzay aracının eskiden işini yaptığı bölgedir. Aslına bakılırsa, Ay'a yapılan Apollo uçuşları dışındaki tüm insanlı uçuşlar, bu bölgede gerçekleşmiştir. Çoğu uydu da bu bölgede çalışmaktadır.

ESA

Bununla birlikte, jeostatik yörünge ya da yer eşzamanlı yörünge, haberleşme uydularının kullanması için en iyi noktadır. Burası Ekvator'un 35.786 kilometre üzerinde bulunan bir bölgedir. Bu yükseklikte Dünya'nın etrafındaki düşüş hızı, Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönüşü ile hemen hemen aynıdır - ki bu da bir uydunun, Dünya üzerinde neredeyse sürekli aynı noktada kalmasını sağlar. Böylece uydu, zeminde bulunan sabit bir antenle sürekli bir bağlantı kurarak, güvenilir bir şekilde iletişimi sağlar. Sabit yörüngeli uydular ömürlerini tamamladıklarında, protokol yeni bir uydunun onların yerini alması için hattan kaldırıldıklarını belirtir. Bunun nedeni, o yörüngede uyduların müdahale olmadan çalışmasına izin verecek kadar çok yer yahutta çok fazla "yuva" olmasıdır.

Bazı uydular en iyi Ekvator çevresinde kullanılırken, diğerleri, kapsama alanları kuzey ve güney kutupları kapsayacak şekilde Dünyayı kutuptan kutba çevreleyen kutupsal yörüngelere daha uygundur. Kutupsal yörüngeli uydulara örnekler arasında meteoroloji ve keşif uyduları bulunmaktadır.

Bir Uydunun Başka Bir Uyduya Çarpmasını Engelleyen Şey Nedir?

Bugün Dünya yörüngesinde boya parçalarından tam donanımlı uydulara kadar farklı ebatlarda her biri saatte binlerce mil hızda yol alan tahmini yarım milyon yapay nesne bulunmaktadır. Bu uyduların yalnızca küçük bir kısmı kullanılabilirdir ve bu da etrafta dolaşmakta olan çok fazla uzay çöpü olduğu anlamına geliyor. Yörüngeye atılan her şey ile birlikte, çarpışma olasılığı artıyor.

Uzay ajanslarının uzaya bir şey fırlatacakları zaman yörüngeleri dikkatli bir şekilde değerlendirmeleri gerekmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Uzay Gözetleme Ağı gibi ajanslar yörünge enkazlarını aşağıdan takip edip, hatalı bir parça hayati bir şeye çarpma tehlikesi ile karşı karşıya ise NASA'yı ve diğer birimleri alarma geçiriyor. Bu, Uluslararası Uzay İstasyonunun yoldan çekilmek için zaman zaman kaçınma manevraları yapması gerektiği anlamına geliyor.

Gelgelelim, çarpışmalar halen meydana gelmektedir. Uzay çöplüğünün en büyük sorumlularından birisi 2013’te bir Rus uydusunu imha eden molozu meydana getiren, Çinliler tarafından gerçekleştirilmiş olan 2007 anti-uydu testinin artıklarıydı. Yine o sene, Iridium 33 ile Cosmos 2251 uyduları çarpışmış, enkaz bulutu yaratmıştı.

NASA, Avrupa Uzay Ajansı ve diğer birçok kuruluş uzay çöplüğü miktarını azaltacak önlemleri değerlendiriyorlar. Bazıları, ölü uyduları bir şekilde, belki de yörüngesindeki enkazı bozup onu Dünya'ya yaklaştırmak için bir ağ veya hava patlamaları kullanarak indirmeyi öneriyor. Diğerleri ise Uluslararası Uzay İstasyonunda mekanik olarak gösterilmiş bir teknoloji olan ölü uydulara yeniden kullanım için yakıt ikmali yapmayı düşünüyor.

Diğer Gezegenlerin Etrafındaki Uydular

Güneş sistemimizdeki çoğu gezegen, "ay" olarak da isimlendirdiğimiz doğal uydulara sahiptir. İç gezegenler olarak Merkür ve Venüs’ün ise doğal uydusu bulunmamaktadır. Dünya’nın nispeten büyük bir tane doğal uydusu varken, Mars, Phobos ve Deimos adında asteroid boyutunda iki küçük doğal uyduya sahiptir. Örneğin Phobos, yavaşça Marsa doğru spiral şekilde hareket etmekte ve büyük ihtimalle birkaç bin yıl içerisinde parçalanacak veya yüzeye düşecektir.

Asteroid Kuşağı'nın ötesinde, her biri birer uydu ordusuna sahip dört gaz devi gezegen bulunmaktadır. 2017 sonu itibarı ile, Jüpiter'in bilinen 69, Satürn'ün 53, Uranüs’ün 27 ve Neptünün 13 veya 14 tane uydusu bulunmaktadır. Zaman zaman, çoğunlukla uçuşlar (gerek geçmiştekiler olsun gerekse şu an sürmekte olanlar - ki eski görüntüleri de halen analiz edebilmekteyiz) veya günlük teleskop gözlemleri gerçekleştirerek, yeni uydular keşfedilmektedir.

Satürn özel bir örnek; çünkü Dünya'dan küçük teleskoplarda dahi görülebilen bir halka oluşturan binlerce küçük nesne ile çevrilidir. Cassini uçuşu sırasında halkaları 13 yılı aşkın süre boyunca yakın plan izleyen bilim insanları, yeni uyduların doğabileceği koşulları fark ettiler. Bilim insanları, özellikle de halkalardaki küçük parçaların meydana getirdiği, halka üzerlerindeki izler olan propeller şeritleri ile ilgilendiler. Cassini uçuşu, 2017’de sona erdikten hemen sonra, NASA belki de şeritlerin genç yıldızların gazlı gezegen diskinde gerçekleşen gezegen oluşumunun elementlerini paylaştığını bildirmiştir.

Bununla birlikte, daha küçük nesnelerin bile uyduları vardır. Plüton teknik olarak bir cüce gezegendir. Fakat, 2015’te Plüton’a giden New Horizons uzay görevinin ardındaki insanlar, çok çeşitli coğrafyasının onu çok daha gezegenimsi yaptığını savunuyor. Tartışılmayan bir konu ise Plüton’un etrafındaki uyduların sayısıdır. Plüton’un, çoğu New Horizons gelişme aşamasındayken ya da cüce gezegene giderken keşfedilmiş olan, bilinen beş adet uydusu bulunmaktadır.

Çok sayıda asteroidin de uydusu vardır. Bu küçük gezegenler, kimi zaman Dünya’ya yakın uçarlar ve radar gözlemlerinde birden bire uydular belirir. Uydusu olan birkaç ünlü asteroid örneği, NASA’nın Dawn uçuşu ile gidilen 4 Vesta, 243 Ida, 433 Eros ve 951 Gaspra’dır. 101199 Chariklo ve 2060 Chiron gibi halkalı asteroid örnekleri de mevcuttur.

Güneş sistemimizdeki birçok gezegenin insan yapımı ayları da vardır; özellikle Mars çevresinde - birkaç sonda, gezegenin yüzeyini ve çevresini gözlemleyerek yörüngede dolaşmaktadır. Merkür, Venüs, Mars, Jüpiter ve Satürn gezegenlerinin hepsinin geçmişte bir noktada onları gözlemleyen yapay uyduları vardı. Avrupa Uzay Ajansının Rosetta uçuşu ile ziyaret edilmiş Comet 67P/Churyumov–Gerasimenko ya da her ikisi de NASA’nın Dawn görevi ile gidilmiş Vesta ve Ceres gibi diğer nesneler de yapay uydulara sahipti. Teknik olarak konuşmak gerekirse, Apollo uçuşları sırasında insanlar, 1968 ve 1972 yılları arasında kendi ayımız etrafında yapay "aylar" (bu durumda bir "uzay aracı") içerisinde uçuş gerçekleştirmişlerdir. NASA'nın insanlı Ay uçuşları için fırlatma noktası olarak önümüzdeki yıllarda ayın yakınında bir "Derin Uzay Geçidi" uzay istasyonunu bile kurması olası.

"Avatar" (2009) filminin hayranları, insanların Polyphemus adında bir gaz devi gezegeninin yaşanabilir uydusu olan Pandora’ya gittiklerini hatırlayacaktır. Henüz öte gezegenler için uyduların olup olmadığını bilmiyoruz, fakat Güneş Sistemi'ndeki gezegenlerin çok sayıda uydularının olduğunu düşünürsek, zannediyoruz ki Güneş Sistemi'nin dışındaki gezegenlerin de uyduları vardır. 2014 yılında bilim insanları, bir öte gezegenin etrafını dolaşan bir öte uydu olarak yorumlanabilecek bir nesne gözlemlemişlerdi; ancak gözlem, nesne bir yıldızın önüne geçtiği sırada gerçekleştiğinden, kolay kolay tekrarlanamamaktadır. Bekleyip göreceğiz.