Elysium'daki gibi çatısı açık dönen bir uzay yerleşimi havasını tutabilir mi?

Neill Blomkamp'ın yazıp yönettiği 2013 yapımı Elysium: Yeni Cennet, 2154 yılında geçiyor. Dünya kalabalık, kirli ve yoksul; en zenginler ise Dünya yörüngesindeki dev, halka biçimli bir uzay yerleşimine, Elysium'a çekilmiş durumda. Matt Damon'ın canlandırdığı Max yeryüzünden bu cennete ulaşmaya çalışırken Jodie Foster'ın oynadığı Sekreter Delacourt, yerleşimin ayrıcalıklarını korumak için her şeyi göze alıyor.

Filmin en akılda kalan görüntüsü ise halkanın kendisi: Dönen bir çarkın iç yüzeyine yayılmış çimenler, havuzlar ve malikâneler, başınızın üstünde yukarı doğru kıvrılarak gözden kaybolan bir "zemin". Bu fikir bilimkurgu yazarlarının değil, NASA'nın 1970'lerdeki bir çalışmasının ürünü. Peki Elysium, bu gerçek tasarımı ne kadar doğru yansıtıyor?

Film ne gösteriyor?

Filmin görsel efekt süpervizörü Peter Muyzers'in görsel efekt sitesi fxguide'a anlattığına göre Blomkamp yapının uygulanabilirliği konusunda NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı'na (JPL) danıştı; NASA'nın 1970'lerde tam da böyle bir kavram üzerinde çalışmış olması ekibe ilham verdi. Muyzers'in aktardığı ölçülere göre filmdeki halkanın çapı 40 kilometre, genişliği ise 2 kilometre. Tasarımda, Blade Runner ve Tron gibi filmlerin efsanevi tasarımcısı Syd Mead'in etkisi de büyük. Mead, yıllar önce National Geographic için çizdiği, zeminin yukarı doğru kıvrılıp tavana karıştığı "torus" iç mekân resminin Blomkamp'ı etkilediğini anlatmıştı.

Ancak Elysium'un önemli bir farkı var: Halkanın iç tarafı açık. Yerleşimin üstünde bir çatı yok; filmde mekikler doğrudan uzaydan gelip çimenlere iniyor.

Gerçek tasarım: Stanford torusu

NASA, 1975 yazında Stanford Üniversitesi ve Ames Araştırma Merkezi'nde on hafta süren bir mühendislik tasarım programı düzenledi. Sonuçlar, NASA SP-413 numarasıyla "Space Settlements: A Design Study" (Uzay Yerleşimleri: Bir Tasarım Çalışması) adıyla yayımlandı. Çalışmanın önerdiği yerleşim bugün Stanford torusu olarak biliniyor.

Raporda tarif edilen yapı şöyle:

• Yaklaşık 1.800 metre çapında bir çark; yaşam alanı, 130 metre çaplı bir tüpün bu çarka bükülmesiyle oluşuyor.
• Çarkı merkezdeki göbeğe altı kol bağlıyor; asansörler, güç kabloları ve ısı değişim boruları bu kolların içinden geçiyor.
• Hedef nüfus 10 bin kişi.
• Çark dakikada bir tur dönerek iç yüzeyde Dünya'dakine yakın bir yapay yerçekimi üretiyor.
• Kozmik ışınlara karşı, Ay toprağından yapılmış "tuğlalardan" oluşan 1,7 metre kalınlığında ayrı bir kalkan var. Yaşam tüpü bu sabit kalkanın içinde dönüyor.
• Güneş ışığı, aynalar aracılığıyla ve kozmik ışınları geçirmeyen bir ayna düzeniyle içeri yansıtılıyor.
• Tüpün kabuğu, yarım atmosfer civarındaki (50 kilopaskal) iç basınca dayanacak şekilde tasarlanmış.

Rapor, dönüş hızını bilinçli olarak dakikada bir turla sınırlıyor. Gerekçe, dönen bir ortamda hareket eden insanın hissettiği Coriolis etkisi: Raporun hesabına göre torusun içinde 55 santimetre zıplayan biri, düz aşağı değil yaklaşık 5,3 santimetre yana düşüyor. Daha hızlı dönüşlerde başı çevirmek bile baş dönmesine ve mide bulantısına yol açabiliyor.

Elysium'un büyüklüğü bir avantaj

Bu noktada Elysium'un dev boyutu işine yarıyor. 20 kilometre yarıçaplı bir halkada iç yüzeyde 1 g'lik yapay yerçekimi için gereken dönüş, basit bir merkezcil ivme hesabıyla yaklaşık 4 dakika 44 saniyede bir tur, yani dakikada 0,2 tur civarında. Bu, Stanford torusunun dönüş hızının beşte biri. Halka ne kadar büyükse aynı yerçekimi için o kadar yavaş dönmesi gerekir; Coriolis etkileri de o oranda zayıflar. Elysium sakinlerinin, Stanford torusundakilere göre dönen bir dünyada yaşadıklarını çok daha az hissedeceklerini söylemek mümkün.

Asıl sorun: çatısız bir halka havayı tutamaz

Filmin bilimsel açıdan en zayıf noktası açık tepe. Dönen bir halkada havayı zemine bastıran şey, dönüşün yarattığı yapay yerçekimi. Ancak bu "yerçekimi" Dünya'dakinden farklı davranır: Zeminden yukarı, yani dönme eksenine doğru çıktıkça zayıflar ve eksende sıfıra iner.

NASA'nın Dünya bilgi sayfasına göre atmosferimizin ölçek yüksekliği, yani basıncın yaklaşık 2,7'de birine düştüğü yükseklik 8,5 kilometre. Dünya'da havanın uzaya kaçmaması, onlarca kilometre kalınlığındaki atmosferi güçlü ve yükseklikle neredeyse hiç azalmayan bir yerçekiminin tutmasından. Elysium'a aynı sıcaklıkta Dünya havası koyup basit bir hesap yaptığımızda, 20 kilometre yarıçaplı halkada dönme ekseninde bile basıncın zemindekinin yaklaşık üçte biri olacağı görülüyor. Yani halkanın içinde havanın "inceldiği" bir yükseklik yok; hava, halkanın açık kenarlarından taşarak uzaya akmaya devam eder. Duvarları ne kadar yükseltirseniz yükseltin, 40 kilometrelik bir halka çatısız atmosfer tutamaz.

Aynı hesap, açık tepeli bir halkanın ancak çok daha büyük boyutlarda işleyebileceğini gösteriyor: Basıncın duvar tepesinde yüzde birin altına inmesi için duvarların ölçek yüksekliğinin dört-beş katı, yani 40 kilometre dolayında olması, halkanın yarıçapının da bunun çok üstünde, yüzlerce kilometre mertebesinde olması gerekir. Böyle bir yapı, filmdeki Elysium'dan kat kat büyük olurdu.

Radyasyon ve göktaşları

Açık tepenin ikinci bedeli koruma. Stanford tasarımında sakinleri kozmik ışınlardan korumak için 1,7 metrelik Ay toprağı kalkanı öngörülüyor; koloninin inşası için toplam 10 milyon ton malzeme gerektiği hesaplanıyor. Elysium'da ise sakinlerin tepesinde yalnızca açık gökyüzü var. Ne kozmik ışınlara ne de küçük göktaşlarına karşı bir engel görünüyor. Dünya'ya yakın bir yörüngede gezegenimizin manyetik alanı korumanın bir kısmını sağlasa da, ince bir atmosfer tabakası Dünya'nın kalın havasının işlevini göremez.

Nerede haklı, nerede değil?

• Haklı: Dönen halka ile yapay yerçekimi fikri, NASA'nın 1975 çalışmasına dayanıyor ve fizik açısından sağlam.
• Haklı: İç yüzeyin yukarı kıvrılan "ters perspektifi", Stanford torusu çizimlerinde de görülen gerçek bir özellik.
• Haklı: 40 kilometrelik çap, yavaş dönüş sayesinde Coriolis rahatsızlıklarını azaltır.
• Hatalı: Çatısız bir halka bu boyutta havasını tutamaz; atmosfer uzaya kaçar.
• Hatalı: Kozmik ışınlara ve göktaşlarına karşı kalkan yok.
• Belirsiz: 40 kilometrelik bir yapının malzemesi, inşası ve bakımı; filmin anlattığı dünyada bu soruların yanıtı yok.

Sonuç

Elysium, gerçek bir NASA tasarımını sinemanın en çarpıcı uzay yerleşimlerinden birine dönüştürüyor; ancak görsel etki için çatıyı kaldırmak, yapının en temel işlevi olan havayı tutmayı imkânsız hâle getiriyor. Gerçek bir Elysium, büyük olasılıkla kapalı bir tüp ve kalın bir kalkanla, filmdekinden çok daha kapalı bir yer olurdu.

Dönen yapılarla yapay yerçekimi fikrinin başka bir yorumu için Kaçak Yolcu'daki ipli yerçekimi yazımıza, sinemanın en ünlü dönen istasyonu için 2001: Bir Uzay Destanı yazımıza göz atabilirsiniz.