Yerçekimsiz Ortam Nedir? Astronotlar, Uzayda Nasıl Serbestçe Süzülüyorlar?

Dünya, üzerindeki tüm varlıkları kendisine doğru çeken bir kuvvet uygular. Kütleçekimi (veya Dünya özelinde yerçekimi) olarak tanımladığımız, Latince karşılığı olan gravitas sözcüğünden ötürü küçük g harfi ile ifade edilen bu kuvvet, ayaklarınızın yere basmasını sağlamakla kalmaz, doğanın bütün işleyişini belirler! İnsan vücudunun gelişimi ve fizyolojisi de yerçekimi etkisi altında şekillenir. Yerçekimi etkisi yapay yollarla veya uzaya çıkarak ortadan kaldırıldığında (veya en aza indirildiğinde), yalnızca insanların değil, diğer canlıların da normal davranışlarından uzaklaştığı görülür. Örneğin aşağıdaki videoda, halk arasında yaygın olarak "kütleçekimsiz" olarak tabir edilen, daha doğrusu "ağırlıksız" olan, en doğrusu ise "mikrokütleçekimli" olan bir ortamda kedilerin 4 ayak üstüne düşme davranışındaki sapmayı görebilirsiniz.

Tabii ki kütleçekimsiz ortamdan söz edildiğinde akla ilk gelen, Dünya yüzeyinden 350-450 kilometre kadar yüksekte olan, insan yapımı en büyük nesne unvanına sahip olan Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) isimli uzay aracıdır. Ne var ki, yerden yüzlerce kilometre yukarıda olan Uluslararası Uzay İstasyonu bile, yerçekiminin etkisinden kaçamaz. Aslına bakarsanız, Uluslararası Uzay İstasyonu'na etki eden yerçekimi kuvveti, Dünya yüzeyinde sizin hissettiğinizin %90'ı kadardır! Bir diğer deyişle, yeryüzünde 100 kilogram çeken biri, yerden 408 kilometre yükseğe, yani Uluslararası Uzay İstasyonu kadar uzağa gidecek olsa, kendisini hâlen 90 kilogram olarak deneyimlerdi (elbette kütlesi değişmezdi; ancak ağırlığı %10 oranında azalırdı; “kilogram” aslında kütle birimidir ama günlük yaşamda -hatalı bir şekilde- ağırlık için de kullanmaktayız).

Ama nasıl olur? O zaman astronotlar ve diğer nesneler Uluslararası Uzay İstasyonu'nda nasıl olur da havada özgürce süzülebilirler?

Astronotlar veya Nesneler Uzayda Nasıl Süzülüyor?

Uluslararası Uzay İstasyonu için sık kullanılan "yerçekimsiz ortam" veya "kütle tanımlaması eksik ya da hatalıdır. Çünkü ilk başta sanabileceğinizin aksine, mikrokütleçekimli ortamlarda kütleçekimi sıfır değildir ve aslına bakarsanız, cisimlerin havada süzülebilmesinin nedeni, kütleçekiminin zayıf olması değil, Uluslararası Uzay İstasyonu gibi yörüngede dönen uyduların içerisindeki her şeyin durmaksızın serbest düşme halinde olmasıdır.

Bildiğiniz üzere Dünya, pürüzsüz bir yassılaşmış küremsi bir şekle sahiptir. Yani Dünya'nın yüzeyi, sonsuza kadar uzamamaktadır; bir küreyi oluşturmak için, Dünya'nın çekirdeğinde olan bir merkezden 6371 kilometre (Dünya'nın yarıçapı) uzakta olan bir yay boyunca kıvrılarak gözden kaybolmaktadır. Dolayısıyla bir cismi, ufka doğru yeterince hızlı fırlatacak olursanız, cismin biraz ileride yere düşmek yerine, Dünya'nın kıvrımı boyunca sürekli düştüğünü görürsünüz. İşte bu hıza kaçış hızı denir ve Dünya yörüngesinde yatay olarak bu hızda hareket eden cisimler, durmaksızın yere düşmeye çalışırlar; ancak Dünya'nın küreliğinin kıvrımı, onların yere yaklaşma hızından daha hızlı bir şekilde ufuktan uzaklaşır. Bu şekilde "yörüngeye oturmuş" cisimler, sanki sürekli düşen bir asansörün içindeymişler gibi davranırlar. Nasıl ki düşen bir asansörde ağırlıksızmışsınız gibi hissetmeniz mümkün olacaktır; Uluslararası Uzay İstasyonu'nda da hissedilen budur.

Cisimler üzerine yerçekimine zıt yönde, yerçekiminden daha güçlü bir kuvvet uygulanırsa cisimler yeryüzünden uzaklaşır. Daha zayıf bir kuvvet altında ise yerçekimi baskın gelir ve cisimlerin yeryüzüne çekilmelerine sebep olur. Dolayısıyla cisimlerin Dünya yörüngesinde kalabilmeleri için onlar üzerine uygulanan kuvvetin yerçekimini dengelemeleri gerekir. ISS de belirli bir hızda (saniyede yaklaşık 7,66 km) hareket ederek bu dengeyi sağlar. Bunun sonucunda istasyon üzerindeki veya içerisindeki her şey sürekli bir denge, yani "serbest düşme" halindedir.

Uzaya Çıkmadan Ağırlıksızlığı Deneyimlemek Mümkün mü?

Eğer Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki kütleçekimi, yeryüzündekinin %90'ı kadarsa ve buna rağmen durmaksızın düşme nedeniyle ağırlıksızlık deneyimi yaratılabiliyorsa, yeryüzündeki %100'lük kütleçekimiyle de bunun yaratılabileceğini düşünebilirsiniz; haklısınız da! Az önce verdiğimiz asansör örneği, bunun tipik bir yoludur. Ancak eğer eğlence parklarındaki sürat trenlerine bindiyseniz de bu deneyimi yaşamış olabilirsiniz. Sürat trenlerinde hızlı bir şekilde yükseğe tırmanıp bir anda aşağıya doğru dalışa geçtiğinde kısa süreliğine boşlukta süzülüyormuş gibi bir his oluşur.

The Telegraph

Sanki yerçekimi etkisinden kurtulmuş gibi yaşanılan bu süzülme hissini daha uzun süre deneyimleyebilmek için özel uçuşlar yapılmaktadır. Bu uçuşlarda uçaklar 45 derecelik yükseliş ve alçalış manevralarını içeren parabolik bir rota izler. Parabolün tam tepesinde ise 20-30 saniye arasında serbest düşme deneyimi yaşatır. Bu yöntem, kişilere mikro-kütleçekimli ortam hissiyatını yaratmak ve bu ortamda kısa süreli deneyler yapmak amacıyla çeşitli uzay ajansları tarafından kullanılmaktadır.

Sonuç

Uluslararası Uzay İstasyonu içerisindeki astronotlar da parabolik uçuşlardaki gibi (fakat kısa süreli değil, sürekli) bir serbest düşme halindedirler. Dolayısıyla "yerçekimsiz ortam" tanımı, sık kullanılıyor olsa da pek isabetli bir tanım değildir. Bilimsel açıdan daha isabetli olması için "ağırlıksız" (İng: "weightless") ortam ya da (Uluslararası Uzay İstasyonu üzerinde az da olsa farklı kuvvetlerin etki ettiği düşünülürse) "mikro-kütleçekimli (İng: "microgravity") ortam" tanımı daha uygun olacaktır.