Astronomide lazerler: Yapay yıldızlar
Türbülans yüzünden yıldızların ışığı titreşir, Ay yüzeyi dalgalanır gibi gözükür demiştik. Burada, bu titreşim ve dalgalanmaların hangi zaman ölçeğinde gerçekleştiği son derece kritik bir parametre.
Dr. Mustafa GÜNDOĞAN
Yıldızların gökyüzünde kırpışması, neredeyse hepimizin bildiği, atmosfer kaynaklı bir olay. Çok uzakta olmaları yüzünden noktasal bir kaynak gibi davranan yıldızlar, atmosferdeki türbülans ve yoğunluk değişimleri yüzünden titriyor gibi görünüyor. Aynı etkiyi farklı durumlarda gözlemek de mümkün: Teleskopla Ay’a bakarken yüzeyinin dalgalanıyor gibi görünmesi ya da sıcak havalarda uzaklardaki asfaltın ya da toprağın üstündeki serap buna örnek olarak verilebilir.
Teleskopların yüksek dağların zirvelerine yapılması da bu etkiyi minimize etmek için yapılır zira atmosferin en kalın tabakasının üzerine çıktığınızda bu tip türbülans etkileri de azalır. Fakat hâlâ Dünya’dasınızdır ve atmosferik etkiler elde edebileceğiniz çözünürlüğü limitler. En ünlüsü Hubble olan uzay teleskopları bu etkileri tamamen ortadan kaldırır ve görece daha küçük çaplı teleskoplar Dünya’daki çok daha büyük teleskoplardan daha iyi ya da benzer performanslar gösterir (Hubble’ın ayna çapı 2,4 m’iken Hawaii’deki Keck teleskoplarının aynaları 10 m çapında).
DAHA ÇOK DİKKAT ÇEKİYOR
Uzay teleskopları bilimsel işlevlerinin üzerinde astronomiyi halka taşımada da Dünya’daki muadillerinden daha çok dikkat çekerler. Fakat uzayda teleskop gibi kompleks bir bilimsel enstrüman çalıştırmak; hele ki öncesinde oraya göndermek başlı başına büyük bir teknik problem. Mikrometre hassasiyetle hizalanmış optik komponentlerin roketle fırlatma gibi şiddetli bir olaydan zerre etkilenmeden yörüngeye oturtulması yıllar süren mühendislik ve teknik testlerden sonra mümkün olabiliyor. Tüm bunlara rağmen (pahalı) hatalar da olabiliyor. Hubble’ın ana aynasındaki birkaç mikrometrelik bir hatayı yörüngede düzeltmenin maliyeti yaklaşık 1 milyar dolar civarı idi. Hubble yörüngede tamir edilmiş, sonrasında da en sonuncusu 2009’da olmak üzere bakım ve güncellemeler için uzay mekiği ile dört defa daha ziyaret edilmişti. Fakat uzay mekiği filosunun 2011’de emekli olmasından sonra Hubble’ın herhangi bir tamir ihtimali de kalmamış gibi görünüyor. Bu da uzay teleskoplarını daha da riskli bir macera haline getirmekte.
Peki, uzay görevlerinin riskli ve pahalı doğası illa ki gerekli mi? Dünya’daki teleskopların performansını artırmak için büyük aynalar kullanmak dışında başka çözümler var mı? Bu yazıda detaylı bahsedemeyeceğim bazı özel durumlar (dalga boyları) için uzaya gitmek gerçekten gerekli. Atmosferin kuvvetli bir derecede filtrelediği X ışınları buna bir örnek. Fakat optik (gözle görebildiğimiz) dalga boylarında Yer’deki teleskopların performansları son yıllarda geliştirilen bazı tekniklerle dramatik bir şekilde artırılabiliyor. Nasıl mı? Lazerlerle.
TÜRBÜLANS PROBLEMİ
Lazerlerin teleskoplarda nasıl işe yaradığını anlatmadan önce türbülans problemine geri dönmek lazım. Türbülans yüzünden yıldızların ışığı titreşir, Ay yüzeyi dalgalanır gibi gözükür demiştik. Burada, bu titreşim ve dalgalanmaların hangi zaman ölçeğinde gerçekleştiği son derece kritik bir parametre. Çünkü siz teleskobunuzun odağını o dalgalanmadan daha hızlı bir şekilde değiştirebilirseniz normalde odağı kaçıracak ışık demetlerini de yakalayacak, dolayısıyla görüntünüz son derece keskinleşecektir. Atmosferdeki türbülansı canlı olarak ölçmek için ise bir referans yıldıza ihtiyaç duyulur. Örneğin geniş bir galaksi görüntülenecek ise görüş alanındaki parlak bir yıldızın türbülans yüzünden titreşmesi ölçülür ve bu ölçüm sonucuna göre hızlı bir şekilde aynalar hareket ettirilerek görüntü hep odakta tutulur. Peki, lazerler bunun neresinde? Birçok astronomik gözlemde, gözlem yapılan dar alanda böyle bir yıldız bulmak çok zor. Bunun için teleskoba bağlı yüksek güçlü lazerler gökyüzüne gönderilir, atmosferin üst katmanlarındaki (yaklaşık 100 km irtifada) sodyum atomlarını uyarır ve uyarılan atomlar geri ışık yayar. Bu geri yayılan ışık ise teleskop sensöründe yapay bir yıldız gibi görünür ve yukarıda anlatıldığı gibi bir geri beslemeyle teleskobun sürekli keskin görmesini sağlar. Bu sistemler son yıllarda belli başlı teleskoplara kurulmakta ve kuruldukları teleskopları Hubble teleskobu ile karşılaştırılabilir (bazı durumlarda daha da yüksek) bir keskinlik seviyesine çıkarmakta.
Özetle uzay teleskoplarının fırlatma riski, tamir ihtimalinin sıfıra yakın olması ve bunlar yüzünden son derece masraflı olması dolayısıyla ek olarak burada anlatılan geri besleme ve lazer tekniklerinin gelişmesi ile daha ucuz, daha keskin Yer teleskoplarını daha sık göreceğiz gibi duruyor. Bunlardan birisi, Doğu Anadolu Gözlemevi, hâlihazırda Erzurum Palandöken’de bitirilmek üzere olup ilk ışığını 2022’de görmesi planlanıyor.