James Van Allen

James Van Allen (James Alfred Van Allen, 7 Eylül 1914 – 9 Ağustos 2006), uzay çağının ilk büyük bilimsel keşfiyle anılan Amerikalı fizikçidir. ABD'nin ilk yapay uydusu Explorer 1'e yerleştirilen kozmik ışın deneyini o ve öğrencileri tasarladı. Uydudan gelen ve ilk bakışta arıza gibi görünen veriler, Dünya'nın manyetik alanının yüksek enerjili yüklü parçacıkları hapsettiği dev bölgelerin varlığını gösterdi. Bu bölgelere bugün Van Allen kuşakları deniyor. Van Allen, Iowa Üniversitesi'nde otuz yılı aşkın süre fizik bölümünü yönetti; Dünya uydularından Jüpiter ve Satürn'e uzanan 24 görevde bilimsel aletlerin baş araştırmacısı oldu.

Iowa'daki bir çiftlikten fizik laboratuvarına

Van Allen, Iowa eyaletindeki Mount Pleasant kasabası yakınlarında küçük bir çiftlikte doğdu. Çocukluğundan beri mekanik ve elektrikli aletlere meraklıydı; Popular Mechanics ve Popular Science dergilerini düzenli okuyordu. 1935'te Iowa Wesleyan College'dan lisans, 1936'da Iowa Üniversitesi'nden yüksek lisans derecesi aldı. 1939'da yine Iowa Üniversitesi'nde, Alexander Ellett'in yanında doktorasını tamamladı.

Savaş yılları ve yakınlık tapası

Doktoradan sonra Washington'daki Carnegie Enstitüsü'nün Karasal Manyetizma Bölümü'nde çalışmaya başladı. 1939-1942 arasında burada, hedefe belli bir mesafeye yaklaşınca kendiliğinden patlayan mermilerin yakınlık tapası denen ateşleme düzeneği üzerinde çalıştı. Nisan 1942'de Johns Hopkins Üniversitesi'nin Uygulamalı Fizik Laboratuvarı'na geçti, aynı yılın kasımında ABD Donanması'na teğmen olarak katıldı. Güney Pasifik'teki muhriplerde 16 ay görev yaptı; Haziran 1944'teki Filipin Denizi Muharebesi sırasında USS Washington zırhlısında topçu subay yardımcısıydı. Savaşı dört muharebe yıldızıyla bitirdi.

Sonda roketleri ve balonla fırlatılan roketler

Savaştan sonra Van Allen, üst atmosferi roketlerle incelemeye yöneldi. 1947'den itibaren Üst Atmosfer Roket Araştırmaları Paneli'ne başkanlık etti. Aerobee adlı sonda roketinin teknik şartnamesini hazırladı; alet taşıyan ilk Aerobee, 5 Mart 1948'de New Mexico'daki White Sands'ten fırlatılarak 117,5 kilometre yüksekliğe çıktı.

1951'de Iowa Üniversitesi'ne döndü ve 1985'e kadar sürecek fizik bölüm başkanlığına başladı. Aynı yıl, kısıtlı bütçeyle yüksek irtifaya ulaşmanın ucuz bir yolunu geliştirdi: küçük bir roketi önce bir balonla atmosferin seyrek katmanlarına taşıyıp orada ateşlemek. "Rockoon" (roket ile balonun birleşimi) adı verilen bu düzenekle 1953'te Newfoundland açıklarında yapılan uçuşlar, Dünya'yı çevreleyen radyasyona ilişkin ilk ipucunu verdi.

Van Allen bilimsel örgütlenmede de etkiliydi. 1950'de ev sahipliği yaptığı bir toplantıda, dünya çapında ortak bir yer bilimleri araştırma dönemi fikri ortaya atıldı; bu fikir sonradan Uluslararası Jeofizik Yılı'na (1957-1958) dönüştü. Ocak 1956'da Michigan Üniversitesi'nde Dünya uydularının bilimsel kullanımı üzerine yapılan sempozyumu da o yönetti.

Explorer 1 ve "sıfır sayım" bilmecesi

Sovyetler Birliği 4 Ekim 1957'de Sputnik 1'i yörüngeye oturtunca ABD'de uydu fırlatma telaşı başladı. Donanmanın Vanguard roketi 6 Aralık 1957'de başarısız olunca sıra Ordu'nun ekibine geldi. Wernher von Braun'un geliştirdiği Jupiter-C roketi, Explorer 1'i 31 Ocak 1958'de yerel saatle 22.48'de (evrensel saatle 1 Şubat) Florida'daki Cape Canaveral'dan fırlattı. Uydunun yükünü Jet İtki Laboratuvarı (JPL) hazırlayıp test etti, bilimsel aletleri ise Van Allen'ın ekibi tasarladı.

Yaklaşık 14 kilogramlık uydunun en önemli aleti, Iowa'daki Kozmik Işın Laboratuvarı'ndan George H. Ludwig'in tasarladığı tek bir Geiger-Müller tüpüydü. Amaç, kozmik ışınları yörüngeden ölçmekti. Ancak gelen veriler kafa karıştırıcıydı: Normal sayım hızlarının arasına, sayacın hiçbir şey algılamadığı "sıfır sayım" aralıkları giriyordu ve bunlar uydunun yörüngesinin yüksek kesimlerine denk geliyordu.

Bilmeceyi, 26 Mart 1958'de fırlatılan Explorer 3 çözdü. Bu uydu, ölçümleri kaydeden küçük bir teyp de taşıyordu. Kayıtlar, sıfır sayımların sayaç bozulduğu için değil, beklenmedik derecede yoğun radyasyon aleti doyuma ulaştırıp "körleştirdiği" için ortaya çıktığını gösterdi. Van Allen ve çalışma arkadaşları, uydunun Dünya'nın manyetik alanında hapsolmuş enerjik yüklü parçacıklarla dolu geniş bölgelerden geçtiği sonucuna vardı. Bu, uzay çağının ilk bilimsel keşfi olarak kabul edilir.

İki kuşak ve sonraki görevler

Keşfin ardından Van Allen'ın aletleri yeni araçlarla uzayın daha derinlerine gönderildi. 6 Aralık 1958'de Pioneer 3 yaklaşık 101.000 kilometre yüksekliğe ulaştı ve ölçümler ikinci, dış bir radyasyon kuşağının varlığını ortaya koydu. Bugünkü bilgimize göre iç kuşak yeryüzünden yaklaşık 1.000 ila 12.000 kilometre, dış kuşak ise yaklaşık 13.000 ila 60.000 kilometre yükseklikte uzanır. İç kuşakta yüksek enerjili protonlar, dış kuşakta ise ağırlıkla yüksek enerjili elektronlar bulunur. Kuşakların yapısı ve manyetosferle ilişkisi, Dünya'nın manyetik alanı ve kutup ışıkları sayfamızda ayrıntılı anlatılıyor.

Tarih açısından bir not: Sovyet uydusu Sputnik 2'deki, Sergei Vernov'un tasarladığı dedektörler de yörüngedeki radyasyonun ilk işaretlerini kaydetmişti. Ancak kuşakların varlığını açıkça ortaya koyan ve yorumlayan Van Allen'ın ekibi oldu; bu yüzden kuşaklar onun adıyla anılıyor.

Van Allen, Pioneer 3 ve 4'teki radyasyon deneylerinin baş araştırmacısıydı. 1970'lerde dış gezegenlere gidecek Pioneer 10 ve 11 görevlerinin bilimsel gerekçesini hazırlayan Dış Uzay Paneli'ne başkanlık etti. Van Allen'ın yaklaşık 1,6 kilogramlık Geiger tüplü teleskobu iki aracın da üzerindeydi. Pioneer 10 Aralık 1973'te Jüpiter'in yanından geçti; Pioneer 11 Aralık 1974'te Jüpiter'e, 1 Eylül 1979'da Satürn'e ulaştı. Pioneer araçlarından son bilimsel ölçümler 31 Mart 1997'de alındı. Bu görevlerin genel hikâyesi Jüpiter'e giden görevler sayfamızda.

İnsanlı uçuşlara eleştirel bakış

Van Allen, insanlı uzay programlarının açık sözlü eleştirmenlerinden biriydi. Robotik araçların harcanan her dolar başına çok daha fazla bilimsel getiri sağladığını savundu. 1986'da Scientific American'da, Uzay Mekiği'nin ve planlanan uzay istasyonunun uzay bilimindeki ilerleme fırsatlarını ciddi biçimde daraltacağını yazdı. 2004'te Issues in Science and Technology dergisindeki yazısında ise şu cümleyi kurdu:

"in a dispassionate comparison of the relative values of human and robotic spaceflight, the only surviving motivation for continuing human spaceflight is the ideology of adventure"

Türkçesiyle: İnsanlı ve robotik uzay uçuşlarının değerleri soğukkanlılıkla karşılaştırıldığında, insanlı uçuşları sürdürmek için geriye kalan tek gerekçe macera ideolojisidir.

Onurlar ve Van Allen Probes

Van Allen 1959'da ABD Ulusal Bilimler Akademisi'ne seçildi. Time dergisi 1960'ta "ABD'li bilim insanları"nı yılın insanları ilan ettiğinde, adı sayılan 15 bilim insanından biri oydu. 1978'de Kraliyet Astronomi Derneği Altın Madalyası'nı, 1987'de ABD Ulusal Bilim Madalyası'nı, 1989'da Crafoord Ödülü'nü aldı. Iowa Üniversitesi'nde yetiştirdiği doktora öğrencileri arasında uzay fizikçileri Stamatios Krimigis ve Michelle Thomsen de bulunuyor. Bölüm başkanlığını 1985'te bırakan Van Allen, 9 Ağustos 2006'da Iowa City'de 91 yaşında hayatını kaybetti. Üniversitenin fizik bölümü bugün Van Allen Hall adlı binada bulunuyor.

Adı, keşfettiği kuşakları inceleyen bir NASA görevinde de yaşıyor. Radyasyon Kuşağı Fırtına Sondaları (RBSP) adıyla 30 Ağustos 2012'de fırlatılan iki araç, aynı yılın kasımında onun onuruna Van Allen Probes adını aldı. İki yıllık görev için tasarlanan sondalar, yakıtları tükenene kadar yaklaşık yedi yıl veri topladı ve şiddetli Güneş etkinliği dönemlerinde oluşabilen geçici bir üçüncü radyasyon kuşağının ilk kanıtlarını sundu. Araçlar 2019'da kapatıldı. NASA'ya göre Van Allen Probe A, 11 Mart 2026'da doğu Pasifik üzerinde atmosfere girdi; ikizi Probe B'nin 2030'dan önce atmosfere girmesi beklenmiyor.

Verileri göster

1914	Mount Pleasant yakınlarında doğdu
1939	Iowa Üniversitesi'nde doktora
1948	Alet taşıyan ilk Aerobee fırlatıldı
1951	Iowa'da bölüm başkanı oldu
1958	Explorer 1 ve 3 ile kuşakların keşfi
1973	Pioneer 10 Jüpiter'den geçti
1987	Ulusal Bilim Madalyası
2012	Van Allen Probes fırlatıldı

Kısaca

• 1914'te Iowa'da doğdu; 1939'da Iowa Üniversitesi'nde fizik doktorası aldı.
• II. Dünya Savaşı'nda yakınlık tapası üzerinde çalıştı, donanmada subay olarak görev yaptı.
• Aerobee sonda roketinin geliştirilmesinde ve balonla fırlatılan "rockoon" roketlerinde öncü oldu.
• Explorer 1 (1958) ve Explorer 3 verilerinden Dünya'yı saran radyasyon kuşaklarını ortaya çıkardı; dış kuşağı Pioneer 3 gösterdi.
• Pioneer 10 ve 11 dahil 24 görevde bilimsel aletlerin baş araştırmacısıydı.
• 2006'da öldü; 2012'de fırlatılan NASA sondaları onun adını taşıyor.