Uzay nerede başlar? Kármán hattı ve sınır tartışması

"Uzay kaç kilometrede başlar?" sorusunun tek ve kesin bir cevabı yoktur. Dünya atmosferi yükseldikçe incelir ama bir yerde aniden son bulmaz. Termosfer ve ekzosfer de atmosferin parçası sayılırsa sınır en az 10.000 km'ye kadar itilebilir. Bu yüzden bilim insanları, mühendisler ve hukukçular sınırı fiziksel bir gerekçeye ya da pratik bir ihtiyaca dayanarak tanımlar. En bilinen tanım 100 km'deki Kármán hattıdır; ama tek tanım değildir. Uzayın genel tanımı için ana sayfa "Uzay"a bakabilirsiniz.

Kármán hattının doğuşu

Hat adını havacılık bilimcisi Theodore von Kármán'dan alır. Kármán 1956'daki bir makalesinde, uçakların aerotermal sınırlarını incelerken uçuş için kuramsal bir tavan hesapladı: yaklaşık 83,8 km. "Kármán hattı" adını ise Andrew G. Haley 1959'da koydu ve bu yüksekliği teknolojiye bağlı, kuramsal bir sınır olarak ele aldı. Haley, 1963 tarihli Space Law and Government kitabında da konuyu tartıştı.

Bugün bilinen yuvarlak 100 km değeri, 1960'larda Uluslararası Havacılık Federasyonu (FAI) tarafından benimsendi. FAI bu çizgiyi havacılık (aeronotik) ile uzay faaliyetleri (astronotik) arasındaki ayrım olarak kullanır; Birleşmiş Milletler dahil uluslararası kuruluşların çoğu da bu tanımı ya da ona yakın bir değeri kabul eder.

Fiziksel gerekçe: kanat mı, yörünge mi?

Bir uçak havada kalabilmek için yeterli hızla hareket edip kanatlarında kaldırma kuvveti üretmek zorundadır. Hava inceldikçe gereken hız artar. Belli bir yükseklikte, kaldırma kuvveti üretmek için gereken hız neredeyse yörünge hızına eşitlenir; o noktada aracı havada tutan şey artık kanat değil, yörünge hareketinin kendisidir. Wikipedia'daki örneğe göre Iven Kincheloe'nun X-2 uçuşunda, yaklaşık 126.000 fit yükseklikte ağırlığın hâlâ yaklaşık %98'ini kaldırma kuvveti taşıyordu; 300.000 fit (yaklaşık 91 km) civarında ise artık yalnızca eylemsizlik belirleyici olur.

Kármán hattının yaklaşık olarak işaret ettiği yer, çok basık yörüngelerdeki uyduların bile bir turu tamamlayamadan atmosfere düşeceği bölgedir. Yine de kaynaklar bu sınırın büyük ölçüde keyfî olduğunu vurgular: Atmosfer kademeli olarak inceldiği için hiçbir yükseklik "doğal" bir çizgi değildir.

80 km görüşü

ABD'de pratik tanım uzun süredir 50 mildir (yaklaşık 80 km). ABD silahlı kuvvetleri bu yüksekliği aşan pilotları astronot sayar; NASA ise eskiden FAI'nin 100 km değerini kullanırken 2005'te askeri tanıma geçti. 1960'larda X-15 roket uçağıyla yapılan bazı uçuşlar bu eşiği aştı; pilot Walker 108 km'ye kadar çıktı ve bu, 100 km'lik uluslararası tanımı da geçen bir uçuştu.

2018'de gökbilimci Jonathan McDowell ve Gangale, birbirinden bağımsız çalışmalarla sınırın 80 km olması gerektiğini savundu. McDowell'in gerekçesi gerçek uydu verilerine dayanır: Sürekli dairesel yörüngeler yaklaşık 125 km'de mümkündür; yerberisi (Dünya'ya en yakın noktası) 100 km olan basık yörüngeler uzun süre yaşayabilir; yerberisi 80 km'nin altına inen uyduların ise bir sonraki turu tamamlaması olası değildir. Başka bir deyişle, uydular 100 km'nin altına inip yine de yörüngede kalabilmektedir.

Bu tartışma üzerine FAI, 30 Kasım 2018'de yaptığı açıklamada konuyu "tümüyle incelemek" için 2019'da Uluslararası Astronotik Federasyonu ile ortak bir konferans önerdi.

Başka yaklaşımlar

• En alçak yerberisi: ABD ordusunun bir yaklaşımı belirli bir yükseklik vermez; sınırı, yörüngedeki bir aracın inebileceği en alçak yerberisi olarak görür. İtki kullanmadan en az bir tam tur atabilen dairesel yörünge için en düşük yükseklik yaklaşık 150 km'dir.
• Kimyasal sınır: Haley, serbest atomik oksijenin görülmeye başladığı yaklaşık 90 km'yi de "von Kármán hattı" adıyla anmıştı.
• Hukuki sessizlik: ABD hükümeti 2001'de uzayın tanımlanmasının gerekli olmadığını açıkladı ve bağlayıcı bir sınır belirlemekten kaçındı. Uluslararası hukukta da hava sahası ile uzay arasında sabit bir sınır yoktur.

Neden önemli?

Sınırın yeri sadece akademik bir merak değildir. Hava sahası, devletlerin egemenliğindedir; uzay ise Dış Uzay Antlaşması gereği hiçbir devletin egemenliğine konu olamaz. Bir aracın hangi yükseklikte "uzayda" sayılacağı; uçuş izinlerini, hava sahası ihlallerini, kimin astronot unvanı alacağını ve ticari uzay turizmi istatistiklerini etkiler.

Başka gezegenlerde uzay nerede başlar?

Aynı mantık başka gezegenlere de uygulanabilir. Bazı bilim insanlarının tahminleri şöyledir: Isidoro Martínez'e göre Mars için yaklaşık 80 km, Venüs için yaklaşık 250 km; Nicolas Bérend'e göre Mars için yaklaşık 113 km, Venüs için yaklaşık 303 km. Bu değerler resmî tanımlar değil, bireysel hesaplardır.

Atmosferin katmanları ve sınır

Sınır tartışmasını somutlaştırmak için atmosferin üst katmanlarına bakmak işe yarar. Termosfer yaklaşık 80 km'de başlar, yani Kármán hattı termosferin içindedir. Termosferin üstünde, yaklaşık 600 km'den itibaren, atmosferin en dış katmanı olan ekzosfer başlar. Uluslararası Uzay İstasyonu yaklaşık 408–410 km'de, Çin'in Tiangong istasyonu 340–450 km arasında, yani termosferin içinde döner.

100 km'de hava basıncı yaklaşık 0,032 pascaldır; deniz seviyesindeki yaklaşık 100.000 pascalın üç milyonda birinden de azdır. İnsan bedeni açısından kritik eşik ise çok daha aşağıdadır: Yaklaşık 19 km'deki Armstrong sınırının üstünde vücut sıcaklığındaki sıvılar kaynamaya başlar. Yani bir insan, Kármán hattının çok altında bile basınçlı giysi olmadan yaşayamaz.

Tarihî ilkler de bu tartışmayla iç içedir. Alman A-4 roketinin 1942'deki üçüncü fırlatması yaklaşık 80 km'ye ulaştı; bu yükseklik ABD'nin 80 km'lik tanımının sınırında, FAI'nin 100 km'lik tanımının ise altındadır. 1957'de fırlatılan Sputnik 1 ise 215–939 km arasındaki yörüngesiyle her iki tanıma göre de açıkça uzaydaydı.

Kısaca

• Atmosfer kademeli inceldiği için uzayın başlangıcı doğal bir çizgi değil, tanım meselesidir.
• FAI'nin 100 km'lik Kármán hattı uluslararası alanda en yaygın tanımdır.
• ABD ordusu ve 2005'ten beri NASA 80 km'yi (50 mil) esas alır.
• McDowell'in 2018 çalışması, uyduların 100 km'nin altına inip yaşayabildiğini göstererek 80 km'yi destekler.
• Uluslararası hukukta bağlayıcı bir sınır yoktur.

Kaynaklar: Wikipedia — Kármán line, Wikipedia — Outer space, Wikipedia — Thermosphere