Uzay boşluğu: vakum, sıcaklık, radyasyon ve sessizlik

"Uzay boşluğu" ifadesi kulağa basit gelir: hiçbir şeyin olmadığı karanlık bir alan. Gerçekte bu "boşluk", insan bedenini, elektronik devreleri ve malzemeleri Dünya'da hiç karşılaşmadıkları koşullarla sınar. Bu sayfada uzay ortamının dört temel özelliğini ele alıyoruz: vakum, sıcaklık, radyasyon ve ses. Uzayın genel tanımı ve sınırları için "Uzay" ve "Uzay nerede başlar?" sayfalarına bakabilirsiniz.

Vakum: ne kadar boş?

Vakum, içinde çok az gaz bulunan ortam demektir; ölçüsü basınç ya da birim hacimdeki parçacık sayısıdır. Dünya'da deniz seviyesinde basınç yaklaşık 100.000 pascaldır (Pa). 100 km yükseklikte, yani Kármán hattında, bu değer yaklaşık 0,032 Pa'ya, deniz seviyesinin üç milyonda birinin de altına düşer.

Daha yukarıda madde, tek tek parçacıkların sayılabileceği kadar seyrekleşir. Yıldızlar arası uzayda ortalama metreküp başına yaklaşık bir milyon (10⁶) parçacık bulunur; galaksiler arası uzayda ise metreküpte bir hidrojen atomundan bile az. Oysa soluduğumuz havanın her metreküpünde yaklaşık 10²⁵ molekül vardır. Uzaydaki madde çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşan, elektrik yüklü bir gaz olan plazma hâlindedir.

İnsan bedeni vakumda ne yaşar?

Bilim kurgu filmlerinde vakuma çıkan insan ya patlar ya da anında donar. Gerçek daha az gösterişli ama yine de ölümcüldür.

• Bilinç kaybı: Akciğerlerdeki gaz alışverişi tersine işler ve kandaki oksijeni dışarı çeker. Oksijeni azalmış kan 9–12 saniye içinde beyne ulaşır ve kişi bilincini kaybeder.
• Ebülizm: Düşük basınçta vücut sıvılarında kabarcıklar oluşur. Bu durum yaklaşık 19 km yükseklikte ya da 6,3 kilopaskalın altındaki basınçta başlar; bu eşiğe Armstrong sınırı denir. Beden normal boyutunun yaklaşık iki katına kadar şişebilir, ama dokular yırtılmayacak kadar esnektir. Yani "patlama" olmaz.
• Donma: Vakumda ısı yalnızca ışınımla kaybedilir ve bu yavaş bir süreçtir. Ağızda buharlaşmaya bağlı hafif bir buzlanma olabilir, ama beden anında donmaz.
• Süre: 30 saniyeye kadarki maruziyetin kalıcı hasar bırakması olası görülmez. Hayvan deneyleri, 90 saniyeden kısa maruziyetlerde tam iyileşmenin olağan olduğunu, daha uzun tam beden maruziyetlerinin ise ölümcül olduğunu gösterir.

Gerçek bir örnek: Aralık 1966'da NASA'daki bir vakum odası testinde Jim LeBlanc'ın giysi basıncı 10 saniyeden kısa sürede düştü. LeBlanc yaklaşık 14 saniye bilinçli kaldı; bir ekip arkadaşı 25 saniye içinde odaya girip ona oksijen verdi ve oda 1 dakikada yeniden basınçlandırıldı. LeBlanc kulak ağrısı dışında kalıcı bir hasar yaşamadan iyileşti. Ne yazık ki her olay böyle bitmedi: 30 Haziran 1971'de Soyuz 11 kapsülünde, 168 km yükseklikte bir basınç eşitleme valfinin beklenmedik biçimde açılması üç kozmonotun (Volkov, Dobrovolski ve Patsayev) ölümüne yol açtı. Onlar, uzayda vakuma maruz kalarak hayatını kaybettiği bilinen tek insanlardır.

Sıcaklık: soğuk mu, sıcak mı?

Uzayın "sıcaklığı" denildiğinde genellikle kozmik mikrodalga arka plan ışınımı kastedilir. Büyük Patlama'dan kalan bu ışınım yaklaşık 2,7 K'lik (−270 °C) bir karacisim ışınımıdır ve uzayın taban sıcaklığını belirler. Bumerang Bulutsusu'nun sıcaklığı ise yaklaşık 1 K'dir.

Ama tablo bundan ibaret değildir. Güneş'in koronası 1,2–2,6 milyon K'e ulaşır; galaksiler arasındaki seyrek gazın kinetik sıcaklığı milyonlarca kelvindir. Dünya'ya yakın bir örnek termosferdir: Bu katmanda gaz sıcaklığı 2.000 °C'yi aşabilir. Uluslararası Uzay İstasyonu da yaklaşık 408–410 km'de, termosferin ortasında döner. Peki istasyon neden erimiyor? Çünkü gaz o kadar seyrektir ki moleküller ısıyı bir cisme iletmeye yetmez; termosferde gece bir termometre sıfırın çok altını gösterir, çünkü ışınımla kaybettiği ısı gazdan aldığından fazladır.

Buradan çıkan ders şudur: Vakumda bir cismin sıcaklığını çevresindeki "havanın" sıcaklığı değil, Güneş'ten ve yakındaki cisimlerden aldığı ışınım ile kendi yaydığı ışınım arasındaki denge belirler. Bu yüzden uzay araçlarının güneş gören yüzü çok ısınırken gölgedeki yüzü çok soğur; ısı kalkanları ve yalıtım katmanları bunun için vardır.

Radyasyon: görünmeyen tehlike

Dünya yüzeyindeki canlılar, gezegenin manyetik alanı ve kalın atmosferi sayesinde uzaydan gelen yüksek enerjili parçacıkların çoğundan korunur. Uzayda bu koruma azalır ya da tamamen ortadan kalkar. Üç ana kaynak vardır:

• Galaktik kozmik ışınlar: Güneş Sistemi dışından gelen, enerjileri yaklaşık 10⁶ ile 10²⁰ elektronvolt arasında değişen atom çekirdekleri. Yaklaşık %87'si proton, %12'si helyum çekirdeği, %1'i daha ağır çekirdeklerdir. Gemi gövdesi bu parçacıkları durdurmak yerine ikincil parçacık sağanaklarına bölebilir; hidrojence zengin malzemeler bu etkiyi azaltır.
• Güneş parçacık olayları: Güneş patlamalarıyla gelen yoğun proton akışları. Kaynaklar, böyle bir olayın korunmasız bir mürettebatı saatler ya da günler içinde öldürebilecek düzeylere çıkabileceği uyarısını yapar. Bu yüzden uzun görevlerde kalın duvarlı, korumalı bir "sığınak" bölümü önerilir. Güneş fırtınalarının ayrıntısı "Güneş patlamaları, koronal kütle atımları ve Dünya'ya etkileri" sayfasında.
• Radyasyon kuşakları: Dünya'nın manyetik alanının yakaladığı yüklü parçacıklardan oluşan bölgeler. Alçak eğimli alçak yörüngeler genellikle iç kuşağın altında kalır.

Rakamlarla: Uzay istasyonunda altı aylık bir görevde astronotlar yaklaşık 72 milisievert doz alır. ABD'de yetişkin radyasyon çalışanları için yıllık sınır 50 milisievert etkin dozdur. Üç yıllık bir Mars görevinin ise 1.000 milisievertin üzerinde doza yol açabileceği hesaplanır.

Sessizlik: uzayda ses neden yok?

Ses, havada, suda ya da katı cisimlerde yayılan bir basınç dalgasıdır; ilerlemek için titreştirebileceği bir ortama ihtiyaç duyar. Uzayda parçacıklar birbirinden o kadar uzaktır ki bir titreşim komşu parçacıklara iletilemez. Bu yüzden iki uzay aracı arasındaki bir patlama öteki araçta "duyulmaz"; ancak bir astronot giysisinin ya da aracın içindeki hava, kaskın veya gövdenin titreşimini taşıdığı için kendi aracındaki sesleri duyabilir.

Yine de uzay "dalgasız" değildir. Işık ve diğer elektromanyetik dalgalar, ortama ihtiyaç duymadan boşlukta ilerler; radyo haberleşmesi bu sayede mümkündür. Ayrıca Güneş'in içinde yayılan ses dalgaları, Güneş'in iç yapısını incelemenin başlıca yollarından biridir; buna helyosismoloji denir ve ayrıntısı "Güneş'in iç yapısı" sayfasında.

Ağırlıksızlık

Yörüngedeki astronotların süzülmesi yer çekiminin olmamasından değil, sürekli serbest düşüşte olmalarından kaynaklanır. Bu ortamda astronotların yarısından fazlası ilk günlerde uzay tutması yaşar; bu genellikle 1–3 gün sürer.

Kısaca

• Uzay vakumu, laboratuvarlarda üretilebilen vakumlardan bile seyrektir; galaksiler arasında metreküpte bir atomdan az madde vardır.
• Korunmasız insan vakumda 9–12 saniyede bayılır; 90 saniyeden kısa maruziyetlerde kurtulma şansı yüksektir. Beden patlamaz, anında donmaz.
• Uzayın arka plan sıcaklığı 2,7 K'dir; ama cisimlerin sıcaklığını güneş ışığı ve ışınım dengesi belirler.
• Kozmik ışınlar ve Güneş parçacık olayları uzun görevlerin en büyük sağlık risklerindendir.
• Ses taşıyacak ortam olmadığı için uzayda yayılmaz; ışık ve radyo dalgaları ise yayılır.

Kaynaklar: Wikipedia — Outer space, Wikipedia — Space exposure, Wikipedia — Thermosphere, Wikipedia — Health threat from cosmic rays, Wikipedia — Helioseismology