Bilim kurgu filmlerinin en popüler konularından biri yıldızlararası seyahat. Bu hayalin bir gün gerçekleşip gerçekleşmeyeceği ise henüz bilinmiyor. Örneğin yaklaşık yüz yıl önce Ay'a yolculuk bir bilim kurgu filmine (A Trip to the Moon/Ay'a Seyahat) konu olmuştu, ama bu hayal 65 yıl sonra gerçeğe dönüştü. Şimdi de yıldızlara yolculuk hayal gibi geliyor. Kim bilir, belki bir gün bu yolculuk da gerçekleşecek.

Dünya’ya en yakın yıldız sistemi Alpha Centauri'yi oluşturan üç yıldızdan biri olan Alpha Centauri A (Rigel Kent ya da Rigel Kentaurus olarak da bilinir), bizden yaklaşık 4 ışık yılı uzakta. Işık yılı ile ifade edildiğinde mesafeler kısa gibi görünse de insan yapımı en hızlı araç olan ve saatte yaklaşık 250.000 kilometre hıza ulaşabilen Helios-2 ile Alpha Centauri A’ya gitmemiz yaklaşık 20.000 yıl sürer. Ayrıca Einstein’ın özel görelilik kuramına göre, ışık hızının aşılamaması daha hızlı yolculukların gerçekleşmesinin önündeki en büyük engel.

Ancak üstesinden gelmemiz gereken tek sorun mesafeler değil. Seyahatimizin sorunsuz şekilde tamamlanması için uzay aracımızın Güneş Sistemi’nin dış sınırındaki yıldızlararası ortamla heliosfer arasındaki savaştan yara almadan çıkması ve yıldızlararası ortamdaki yüksek enerjili parçacıklar arasında zarar görmeden yoluna devam etmesi gerekiyor.

Heliosfer adı verilen bölge aslında Güneş Sistemi’ni yıldızlararası ortamdan koruyor. Peki, yıldızlararası ortamı tehlikeli yapan ne? Yıldızlararası ortamda gaz, toz ve kozmik ışınlar bulunur. Işık hızına yakın hızlarla hareket eden bu yüksek enerjili parçacıklar hem uzay aracı hem de insanlar için hayli tehlikeli. Neyse ki, Güneş’teki çekirdek tepkimeleri sonucu oluşan ve Güneş Sistemi boyunca yayılan güneş rüzgârları, yıldızlararası ortamı Güneş Sistemi’nin dışına doğru iterek gaz, toz ve kozmik ışınların Güneş Sistemi’ne girişini engelleyebiliyor. Dünya’nın en uzağındaki, insan yapımı cihaz olan Voyager 1 uzay aracı 2012 yılının Ağustos ayında bu bölgeyi aşarak yıldızlararası ortama ulaştı. Ancak Voyager 1’in jeneratörlerinin, uzay aracının 2025 yılından sonra da çalışmaya devam etmesi için gereken enerjiyi sağlayamayacağı düşünülüyor. Peki, yıldızlararası seyahatin gerçekleşmesi için yeterli miktarda enerji nasıl sağlanabilir?

Modern uzay araçlarının çoğu uzayda roket motorları sayesinde yol alıyor. Yakıtın oksijenle girdiği tepkime sonucu açığa çıkan gazın oluşturduğu itme kuvveti uzay araçlarının hareket etmesini sağlar. Fakat roket motorları kullanarak saatte ancak 28.000 km hıza ulaşabilen bir uzay mekiği ile en yakın yıldıza gitmek neredeyse imkânsız.

Uzay araştırmalarının hız kazandığı son 50 yılda uzay araçlarında büyük değişiklikler oldu. Ancak kullanılan yakıt türleri ve teknolojiler değişse de roket motorlarındaki temel prensip aynı kaldı. Yıldızlara yolculukta olduğu gibi mesafeler çok büyüdüğü zaman farklı itki sistemlerinin geliştirilmesi gerekli. Biraz da gelecekte yıldızlararası yolculuklarda kullanılabilecek farklı itki sistemlerinden bahsedelim.

Plazma ve İyon İtkili Motorlar


Plazma kullanılan itki sistemlerinde yakıt elektrik enerjisi kullanılarak plazma haline getiriliyor. Maddenin hallerinden biri olan plazmada elektronlar atomlara bağlı değil. Maddenin bu hali serbest haldeki eksi yüklü elektronlardan ve artı yüklü iyonlardan oluşur. Elektrik alan uygulanarak hızlandırılan plazma, motordan dışarı atılırken uzay aracını hızlandırır. İyon itkili motorlarda ise iyon haline dönüştürülen yakıt elektrik alan boyunca hızlandırılır. Ancak bu sistemlerde uzay aracının en yüksek hıza ulaşması için motorun uzun süre çalışması gerekir. Bu motorlar uzay görevlerinde çok az yakıt kullanarak yıllarca çalışabilir. Örneğin NASA’nın NEXT projesinde geliştirilen iyon itkili motorlar kullanılarak uzay araçlarının saatte 145.000 km hıza ulaşması mümkün. Kimyasal madde kullanılan roket motorları ile aynı miktarda itiş gücü üretebilmek için 10 kat fazla yakıt kullanılması gerekiyor. Ayrıca iyon itkili motorlarda iyonları hızlandırmak için gerekli olan elektrik enerjisi güneş panellerinden elde edilebiliyor.

Nükleer Roketler

NASA’nın en son roket motoru projesi olan NTREES’de geliştirilen nükleer roket motorlarında nükleer reaktör yardımıyla çok yüksek sıcaklıklara ısıtılan hidrojen, egzozdan çıkarken genleşiyor ve bir itiş gücü oluşturuyor. Bu motorlarda yakıt olarak kullanılan hidrojen, fırlatma sırasında oluşabilecek tehlikelerden korunması için çok düşük sıcaklıklarda tutuluyor. NTREES aslında bu yöntemin uygulandığı ilk proje değil. Özellikle 1955-1973 yılları arasında üzerinde çalışılan farklı nükleer itki sistemleri ile yıldızlararası seyahati mümkün kılabilecek hızlara -örneğin ışık hızının % 4,5’una- ulaşılması amaçlanıyordu. Ancak bu gerçekçi bir öngörü değildi. Washington Üniversitesi araştırmacıları NASA tarafından desteklenen bir proje kapsamında nükleer füzyon (çekirdek birleşmesi) tepkimelerinden yararlanılan roket motorları geliştirmeye çalışıyor. Bu motorlarda füzyon koşullarının oluşması için yakıt sıkıştırılarak ve ısıtılarak plazma haline getiriliyor. Bu proje başarılı olursa Mars yolcuklarının süresi 300 günden 30 güne inebilir.


Star Trek (Uzay Yolu) dizisi gibi birçok bilim kurgu çalışmada yer verilen ve ışıktan hızlı seyahati mümkün kılması düşünülen Warp Drive teknolojisi, uzay aracının çevresindeki uzayzamanı evrenin geri kalanından bağımsız bir şekilde eğebilme prensibine dayanıyor. Ancak bu sistem bilimin sınırlarına takılıyor. Şu ana kadarki bilimsel bilgi birikimimiz ışık hızının aşılamayacağını doğruluyor. Çünkü özel görelilik kuramına göre kütleli bir cismin ışık hızına ulaşması için sonsuz miktarda enerji gerekli.

Üstesinden gelmemiz gereken önemli sorunlardan biri de yıldızlararası seyahat için gerekli olan yakıt miktarının çok büyük olması. Bir uzay mekiği ya da bir otobüs büyüklüğündeki bir uzay aracını kimyasal tepkimelerin kullanıldığı roketlerle en yakın yıldıza göndermemiz için gereken yakıt miktarı tüm evrende bile mevcut değil. Bir nükleer fisyon roketi kullanıldığında bir milyar süpertanker (dünyanın en büyük gemileri) dolusu yakıta, füzyon roketi kullanıldığında ise 1000 süpertanker dolusu yakıta ihtiyacımız var.



Yıldızlara yolculuk için belki de uzay aracının yakıt taşımasını gerektirmeyen sistemlere ihtiyaç var. Işık ışınlarını kullanan güneş yelkenlerinde, yelkenlerin genişliği yeterince büyük olursa uzay aracının hareket etmesini sağlayacak kadar enerji elde edilebileceği düşünülüyor.

Özet olarak, günümüzdeki teknolojiler ile yıldızlararası seyahatin gerçekleşmesi bir hayal. Bu hayali gerçekleştirmek için daha farklı teknolojilere ihtiyacımız var. Ya da fizik kanunlarının farklı çalıştığı başka bir yere... Tabii öyle bir yer varsa ve biz oraya gidebilirsek...

Tubitak​