Yarkovsky Etkisi

Yarkovsky Etkisi: Güneş Işığının Gizli Eli

Güneş ışığının asteroitleri yörüngelerinden çıkarabileceğini hatta bunun sonucunda onları Dünya için bir tehdit haline getirebileceğini biliyor muydunuz? 65 milyon yıl önce dinozorların ve pek çok türün yok olmasıyla sonuçlanan büyük felaketten büyük olasılıkla Dünya’ya çarpan bir asteroidin sorumlu olduğunu biliyoruz. Bu çarpışmayı araştıran bilim insanları, çarpışmaya yol açan olaylar dizisinde hiç de şüphe çekmeyen yeni bir sorumlu olabileceğini ortaya koyuyor: Güneş ışığı.

Güneş Işığının Etkisi

Bu yazıda Güneş ışığının etkisiyle ortaya çıkan Yarkovsky etkisi olarak adlandırılan ilginç bir fenomenden bahsedeceğiz. Asteroitler ya da diğer adlarıyla küçük gezegenler, Güneş sistemimizin sayıca en kalabalık gök cisim grubunu oluştururlar. Çapları birkaç metreden birkaç yüz kilometreye kadar değişen kayalık ve atmosfersiz bu gökcisimlerinin sayısının, çapı 100 metreden büyük olanları göz önüne alındığında, 150 milyon civarında olduğu tahmin edilmektedir. Gezegenlerin doğumundan arta kalan atık malzeme olarak düşünebileceğimiz bu kayalık gök cisimleri, Güneş sisteminin 4,5 milyar yıllık ömründe sayısız çarpışma olayları geçirmişlerdir. Gerek günümüzdeki boyut ve şekilleri gerekse Güneş etrafında dolandıkları yörüngeler milyarlarca yıl içinde cereyan eden çarpışmalar sonucu ortaya çıkmıştır.

Asteroitlerin büyük çoğunluğu Mars ve Jüpiter arasında yer alan ana kuşak olarak adlandırılan bölgede yer alır. Ana kuşak, nitelik açısından farklı ailelere ayrılmış birçok asteroid grubuna ev sahipliği yapar. Bununla beraber, nüfusları daha az olmakla beraber yörüngeleri iç Güneş sistemi gezegenlerinin yörüngeleri ile kesişen veya Jüpiter yörüngesinin ötesinde dış Güneş sistemi içinde yer alan asteroit aileleri de bulunmaktadır. Yörüngeleri iç Güneş sistemine uzanan asteroitlerin bir kısmının yörüngeleri, Dünya’nın yörüngesi ile kesişir veya çok yakınımızdan geçişlere yol açabilir. Bu gruptaki asteroitler, Dünyaya Yakın Cisimler olarak adlandırılır ve Dünya için oluşturdukları tehditten ötürü NASA ve ESA gibi uzay ajanslarının yakın takibinde bulunurlar.

Asteroitler de tıpkı gezegenler gibi hem Güneş’in etrafında hem de kendi eksenleri etrafında dönerler. Tahmini olarak 1900 yılına tarihlenen bir çalışmada, Yarkovsky adında bir Rus mühendis, kendi ekseni etrafında dönen bir gök cisminin Güneş ışınları ile ısınan yüzeyinden yaptığı termal radyasyonun (ısıl ışımanın) gök cismi üzerine etki eden bir kuvvete sebep olması gerektiğini ileri sürdü. Günümüzde Yarkovsky etkisi olarak adlandırılan ve matematiksel olarak ifade edilebilen bu etkinin nasıl ortaya çıktığını anlamak için termal fiziğe dayalı birkaç argümanı kullanmak yeterlidir.

Güneşin Radyasyonu

Asteroitler de gezegenler gibi Güneş’ten gelen radyasyonun bir kısmını uzaya geri yansıtır, bir kısmını da soğurlar. Enerjinin korunumu gereği Güneşten aldıkları enerjiye eş miktarda enerjiyi de termal (ısıl) radyasyon şeklinde yani kızıl ötesi dalga boylarında uzaya geri salarlar. Ancak, termodinamik dengenin tesisi belli bir süre aldığı için, radyasyona maruz kalan bir yüzeyin yayacağı termal radyasyon, her zaman yüzeyi aydınlatan radyasyonu geriden takip edecektir. Diğer bir deyişle yüzeylerin ısınması da soğuması da zaman alacaktır. Bu sebeple, kendi ekseni etrafında dönen bir gök cisminin yüzey sıcaklığı, ortalama olarak, batı yönünde doğu yönüne göre daha fazladır.

Aynı etki, yeryüzündeki binaların ve kayaların öğleden sonra Güneş gören cephelerinin sabah Güneş gören cephelerinden daha çok ısınmasının da sebebidir. Doğu-batı ekseninde ortaya çıkan bu sıcaklık farkı, gök cisminin yayacağı termal radyasyon miktarına da fark olarak yansır. Radyasyon yayan yüzeyler momentum kaybedeceklerdir.  Bu etki sebebiyle gök cisimlerinin doğu-batı ekseninde net bir kuvvet ortaya çıkar. Bu kuvvet Yarkovsky etkisi olarak adlandırılır. Her büyüklükte gök cisminde ortaya çıksa da basit bir hesapla bu kuvvetin ancak yarı çapı 30-40 km’ye kadar olan gök cisimleri için kayda değer bir etki yapabileceği gösterilebilir.

Yarkovsky kuvveti, bu boyutlardaki bir asteroit için bile asteroide etki eden gravitasyonel kuvvetten pek çok mertebe küçüktür. Ancak bu küçük etki milyonlarca yıl içinde bir asteroidin eliptik yörüngesinin yarı büyük ekseninde binlerce kilometrelik bir fark oluşturabilir.

Son yıllarda yapılan asteroit dinamiği simülasyonları, iç Güneş sistemindeki asteroitlerin varlığını ve sayılarını açıklamakta Yarkovsky etkisinin çok önemli rol oynadığını ortaya koymaktadır. Bu hesaplamalar, Güneş sisteminin iç kesimlerinin sürekli olarak ana kuşak bölgesinden göçe zorlanan asteroitlerce popüle edildiğini göstermektedir.

Yarkovsky etkisinin asteroitlerin iç Güneş sistemine göçüne nasıl sebep olduğunu anlamak için biraz da kaos teorisi hakkında bilgi sahibi olmak gereklidir.

Newton mekaniğine göre Güneş sistemindeki gezegenler ve diğer tüm gök cisimleri esas olarak kütlece çok büyük olan Güneş’in çekim alanında, kararlı yörüngelerde hareket ederler. Ancak ana kuşakta yer alan asteroitler için Güneş’in etkisi yanında azımsanamayacak etkisi olan dev gezegen Jüpiter de vardır.

Newton mekaniğinde üç cisim problemi olarak adlandırılan ve bir gök cisminin iki çekim alanının etkisindeki hareketini ele alan probleme göre, kararlı ve düzenli klasik Newton yörüngeleri yanında kararsız davranış sergileyen kaotik yörüngeler de mevcuttur. Nitekim ana kuşakta yer alan asteroitlerin, yörünge yarı eksen değerleri açısından dağılımına bakmamız gerecektir. Bazı yarı eksen değerlerinde neredeyse hiçbir asteroidin bulunmamaktadır. Asteroitlerin bu “yasak” hatlarla sınırlanmış bölgelerde gruplaştığı görülebilir. Bu yasak yörüngelerden birine yerleştirilecek bir gök cismi, Jüpiter ile kararsız bir rezonans haline girer.  Jüpiter tarafından yarı büyük ekseni daha küçük ya da daha büyük olan başka bir yörüngeye fırlatılır. Son yıllarda yapılan hesaplamalar, Güneş sisteminin iç bölgelerini ziyaret eden ve zaman zaman Dünya için de tehlike oluşturan asteroitlerin önemli bir kısmının Yarkovsky etkisi ile kaotik dinamiğin bu ilginç iş birliği ile ortaya çıktığına işaret etmektedir.

Dr.Cem Özen

PhD. Nuclear Physics – University of Tennessee, Knoxville

https://www.linkedin.com/in/ozencem/