Marslı Nasıl Kurtulur - GÖKBILIM - FIZIK - KIMYA

Marslı Nasıl Kurtulur - GÖKBILIM - FIZIK - KIMYA

Marslı nasıl kurtulur?
Teknoloji , zamanla yarışıyor...
Önce terzisini değiştirmesi lazım! Şaka bir tarafa, kılık kıyafet meselesine ileride geleceğiz; ama öyle
yeni motosiklet alınmış hevesli delikanlınınki gibi vücuda sımsıkı yapışmış, “kırkyama” işi gösterişli
giysilerle, film setlerinden çok farklı olan Mars ortamında gezilmez.
Çünkü, bırakın Mars’ı, kendi Dünyamızın biraz üzerine çıkıldığında bile yaşama dost olmayan bir
ortamla karşı karşıya kalıyoruz. Tabii önce soğuk: eksi yüzlere varan derecelerde vücut sıcaklığını sabit
tutmak için ileri teknoloji malzemeler ve özel donanım gerekiyor.
İnsan vücudu Dünya’ya göre
Bir başka sorun, yeryüzünün 9.80665 m/s2 değerindeki kütleçekimine göre evrilmiş kemiklerimizin,
kaslarımızın ve vücut sistemlerimizin, “mikrokütleçekim” denen ağırlıksız ortamda geçirdiği
değişimler. Bunların başında kemik yoğunluğunun azalması, ve ciddi kas kaybı geliyor. Kemiklerdeki
mineral kaybı nedeniyle Dünyamızda yaşlılarda kemik yoğunluğu yılda
yüzde bir azalırken, Mars astronotlarında bu kaybın ayda yüzde 1
olacağı hesaplanıyor. Ayrıca kemik yoğunluğu Dünya’ya dönüşte
tümüyle eski düzeyine çıkarılamayacağından, kemiklerin
kırılganlaşması ve olası kırıklar, çare aranmakta olan sorunlar arasında
bulunuyor.
Ağırlıksız ve düşük kütleçekimli ortamlarda hareket zor olmadığından,
Dünya’daki kütleçekimine göre evrilmiş olan kaslarda ciddi kayıp
oluyor. Gerçi Uluslararası Uzay İstasyonu’nda uzun süreli görevlerde
astronotlar, düzenli egzersizle bu etkileri kısmen gideriyorlar ve
Mars’ta da Dünya’nınkinin üçte biri kadar da olsa kütleçekimi var.
Dolayısıyla Mars astronotları ve öncü yerleşimciler,Dünya’nınkinin
altıda biri kütleçekimine sahip Ay’daki astronotlar gibi hoplaya
hoplaya yürümeyecekler. Ama, mikrokütleçekimin insan fizyonomisi
ve fizyolojisi üzerindeki etkileri tam olarak anlaşılabilmiş değil ve ciddi araştırma konusu olmayı
sürdürüyor. Dünya’daki kütle çekiminden önce ağırlıksız ortama, ardından da düşük bir
kütleçekimine geçiş, yön bulma becerisini, göz-baş ve göz-el koordinasyonunu, denge duyusunu ve
yürümeyi etkiliyor. Ayrıca, Bu arada mikro ve düşük kütleçekim ortamlarında vücut sıvıları yukarıya
doğu çıkma eğilimi gösterdiğinden, gözlerde basınç artıyor ve görme bozuklukları ortaya çıkabiliyor.
Kemiklerden su ve kalsiyum kaybı, böbrek taşlarının oluşmasını tetikliyor. Uluslararası Uzay
İstasyonu’nda uzun süre görev yapmış bazı astronotların dönüşlerinde belirttikleri “uzay sisi” diye
adlandırılan dikkat ve bilişsel becerilerde yavaşlama olgusu da Mars yolculuğu gibi uzun süreli
görevlerde dikkate alınması gereken sorunlar olarak ortaya çıkıyor.
Biriyle bir odada 900 gün yaşadınız mı?
Dünya’dan müdahale imkanının bulunmadığı sıkış tepiş bir uzay aracının içinde ya da Mars’ta “ev”
görevi gören küçük kabinlerde güç ve yorucu keşif işlerinin ve bilinmeyen tehlikelerin stresli
ortamında uzun süre bir arada yaşamanın yol açacağı psikolojik sorunlarını saymıyoruz bile. Bu arada
Mars’ta günlerin Dünya’dakilere göre 38 dakika kısa olmasının, vücudun sirkadyen ritmini (gecegündüz döngüsü) etkilemesi, gürültü, ağır iş temposu, monotonluk gibi etkenlerin depresyon, sinir
gerilimi ve misyonu tehlikeye sokabilecek ciddi sürtüşmelere yol açabileceği de hesaplandığından,
astronotların seçiminde çok titiz olunması, ayrıca bu olasılıklarla başedebilecek şekilde eğitilmeleri
gerekiyor. Astronotlara kronik ve acil sorunlara müdahale yeteneği sağlayacak asgari tıp eğitimi
verilmesi, planlanan önlemler arasında. LED ışıklandırması ile sirkadyen ritmin yeni koşullara
uyarlanması da planlanan önlemlerden biri. NASA ve Avrupa Uzay ajansı ESA, astronotları bu zorlu
psikolojik ortama hazırlayarak riskleri minimuma indirmek için astronot adaylarının ya da gönüllülerin
uzun süre kapalı ortamlarda yaşadığı deneyler
yapıyorlar. Geçtiğimiz yıllarda ESA tarafından
gerçekleştirilen ve 6 gönüllününtemsili bir
Mars yaşam modülünde 500 gün geçirdikleri
deney (Mars-500) bunlardan bir tanesi.
ESA tarafından gerçekleştirilen deneyde
6 “temsili” astronot, “temsili” bir Mars
yaşam ünitesinde dışarıyla temas
olmadan 500 gün geçirdiler.
Mikrokütleçekim ortamında uzun süreli kalmanın, vücudun bağışıklık sistemini zayıflattığı da biliniyor.
Özellikle Mars’ta uzun süre görev yapacak astronotların ya da kalıcı Mars kolonisi bireylerinin dikkate
almaları gereken bir husus da “erken yaşlanma”. Nedeni, hücrelerimizde kalıtım şifremizi taşıyan
kromozomların uçlarında bulunan ve insanların yaşam sürelerini belirleyen telomer adlı yapıların uzay
ortamında kozmik ışınların bombardımanı altında kısaldığının düşünülmesi.
Uluslararası Uzay İstasyonu’nda
deneniyor
NASA’nın bu sorunlar için hazırladığı
çözümler listesinde, vücuttaki kan ve
lenf sıvılarının vücudun üst tarafına
çıkıp görme bozukluklarına yol
açmaması için bacaklara tansiyon
ölçme bantları gibi havayla şişen
basınç sargıları takılması, böbrek taşı
oluşumu riskine karşı potasyum sitrat
ve benzeri ilaçlar kullanılması, kemik
kaybını önlemek için de biofosfonat
ilaçlar bulunuyor.
NASA uzmanlarının Mars sorunlarına
çözüm için kullandığı bir başka platform da Uluslararası Uzay İstasyonu. Bu mikrokütleçekim
ortamında altı aydan uzun süre kalan astronotlarda meydana gelen sağlık ve fizyoloji parametreleri
düzenli biçimde izleniyor, ve sorunlar listesindeki maddelere çözüm olabilecek teknolojiler ve
deneyler gerçekleştiriliyor. Başarıyla gerçekleştirilen bir deney de LED lambalarının ışığı altında
yenilebilir bitkilerin yetiştirilmesi.
Küçük güçlüdür (ve tehlikeli)...
Ama Mars yolculuğu ve Mars’ta kalış süresince astronotların (ve ileride koloni kuracak yerleşimcilerin)
başetmesi gereken en önemli ve çetrefil sorun, uzaydaki tehlikeli “iyonlaştırıcı radyasyon.”
İyonlaştırıcı radyasyon, elektron, proton gibi elektrik yükü taşıyan atomaltı parçacıklarla, iyon denen,
elektronlarını tümüyle ya da kısmen yitirerek elektrik yükü kazanmış atomlardan oluşuyor.
Bu radyasyonun temelde iki kaynağı var. Güneş ve uzayın her tarafından gelen kozmik ışınlar. Güneş,
elektrik yüklü parçacıkları, milyarlarca yıldır yüzeyinden uzaya püskürüyor. Bunlar, hidrojen çekirdeği
olan ve artı elektrik yüküne sahip protonlar ve helyum çekirdekleriyle, hidrojen atomlarından ve
sentezlenerek yüzeye çıkan diğer atomlardan yüksek sıcaklık nedeniyle kopup serbest kalan, eksi
elektrik yükü taşıyan elektronlar. Her yöne püsküren ve “Güneş rüzgarı” denen bu kesintisiz parçacık
akısı, tabii Dünya üzerine de geliyor. Ancak gezegenimizin güçlü manyetik alanı, bu parçacıkların
büyük kısmını bir kalkan gibi perdeleyerek yüzeye erişmelerini engelliyor.
Güneş rüzgarındaki parçacıklar, genelde düşük enerjili oldukları için, astronotlar ve uzay araçlarındaki
hassas elektronik donanım için fazla sorun oluşturmuyor. Bunlar uzay aracının (genelde aluminyum)
çeperlerini ve plastik astarlarını pek geçemiyor. Sorun, bunlar hızlandığında!
Dünya’yı koruyor; ama
Elektrik yüklü parçacıkları hızlandıran temel iki
etmen var: manyetik alanlar ve güneş
patlamaları. Doğal olarak güneş rüzgarıyla
taşınan ve saniyede 200 ile 1000 km arasında
hızlara ivmelenen elektrik yüklü parçacıklar ve
genelde Güneş dışı kaynaklı kozmik ışınlar,
Dünya’nın manyetik kalkanı içinde Dünya’yı iç
içe iki kalın sargı gibi çevreleyen “Van Allen
kuşakları” tarafından hızlandırılarak astronotlar
ve araçları için tehlike oluşturan yüksek
enerjilere eriştiriliyorlar.
Yeryüzünün 1000 km üstünden, 6000 km’ye kadar olan iç kuşak, ağırlıklı olarak proton, ve bir miktar
da radyasyon sözlüğünde “beta parçacığı” diye de adlandırılan elektron ile, “alfa parçacığı” denen
helyum çekirdeğinden oluşuyor. 13.000 km’den 60.000 km’ye kadar olan dış kuşak ise elektronlardan
oluşuyor. Her iki kuşakta da parçacıklar, hemen her yönde kaotik bir hareket içindeler. Parçacıkların
hız ve enerjileri de, Dünya’nın manyetik alan çizgilerinin dinamiği ve Güneş’teki manyetik
hareketliliğe bağlı olarak değişiyor.
Gerçi 1969’da ve 1970’lerde Ay’a gönderilen Amerikalı astronotlar bu kuşaklardan geçmişti; ama
radyasyonun değişken şiddeti ve Mars astronotlarının uzun süre tıbbi gözlem ve bakımdan yoksun
kalacak olmaları, insanlı Mars keşfi projesinin plancılarını düşündürüyor.
Güneş’in güç gösterileri
Van Allen kuşaklarının ötesinde astronotların ve Mars yerleşimcilerinin maruz kalacakları daha büyük
tehlikelerden biri, Güneş’te zaman zaman meydana gelen ve “taçtan kütle atımı” (Coronal Mass
Ejection – CME) denen olgu.
Şiddetli manyetik fırtınaların
sonucu olarak Güneş’in “taç”
(corona) denen dış atmosferinden
milyarlarca ton elektrik yüklü
parçacık içeren plazma bulutları
uzaya püskürüyor. Relativistik (Işık
hızına yakın) hızla yol alan bu
parçacıklar, uzay araçlarının
(hafifliği nedeniyle tercih edilen)
aluminyum çeperlerini rahatlıkla
geçebiliyorlar. Yüksek enerjili bu
parçacıklar, ayrıca çeperler içindeki
atomlarla da etkileşime geçerek,
genelde nötronlardan oluşan
“ikincil radyasyon” denen tehlikeli
bir parçacık akısına yol açıyorlar.
Asıl tehlike
Nihayet, Mars kâşiflerinin ve yerleşimcilerinin başetmek zorunda oldukları en büyük ve sürekli
tehlike, gökadamız Samanyolu’ndaki başka yıldızlardan, hatta öteki gökadalardan gelen ve “galaktik
kozmik ışınlar” denen çok yüksek enerjili elektrik yüklü parçacıklardan kaynaklanıyor.
Güneş Sistemi
içine düşen
galaktik kozmik
ışınlar ya da
galaktik kozmik
radyasyon
akısı,yüzde 86
oranında
protonlardan,
yüzde 11
düzeyinde
helyum
çekirdeklerinden,
yüzde 2 oranında
elektronlardan,
geri kalanı da ağır
element
iyonlarından ve
elektronların
antimaddesi olan
pozitronlardan oluşuyor.
Güneş’in gezegenlerin çok ötelerine kadar ulaşan manyetik alanı, bu akıyı etkiliyor. Şöyle ki, Güneş’in
manyetik faaliyetleri, 11 yıllık bir döngüye göre işliyor. Güneş lekelerinin en çok sayıya eriştiği “Güneş
maksimumu” denen dönemde tepe noktasına ulaşan manyetik alan şiddeti, galaktik kozmik ışınlardan
görece daha düşük enerjide olanları yollarından saptırarak kalkan görevi yapıyor. Güneş lekelerinin en
aza indiği “Güneş minimumu” ise manyetik alanın şiddetinin azaldığı ve kozmik ışın akısının yükseldiği
dönem. Gelgelelim, Güneş maksimumu, kozmik ışın akısını görece dizginlerken, bir yandan da zamanı
kestirilemeyen taçtan kütle atımlarının en yüksek sayılara ulaştığı dönem. Yine de kozmik ışınımlar
daha güçlü ve daha sürekli bir tehlike oluşturduğundan, insanlı Mars seferlerinde bu döngülerin
hesaba katılması gerekiyor.
Büyük ağırlığıyla protonlardan, kısmen de süpernova patlamalarının ürünü ağır iyonlardan oluşan bu
parçacıklar, yıldızlararası manyetik alanların etkisiyle muazzam hızlara ve enerjilere ulaşıyorlar. Bunlar
da yüksek enerjilerine koşut olarak çarptıkları atomlarla etkileşerek daha büyük çapta ikincil “parçacık
fıskiyelerine” neden oluyorlar. Birincil ve ikincil radyasyonun insan organizması için yarattığı en büyük
tehlike, tahmin edilebileceği gibi kanser.
Nasıl etkiliyor?
Kozmik ışın parçacıkları, çarptıkları kararlı çekirdekleri parçalayarak daha küçük kütleli elementlerin,
çoğu kez radyoaktif olan izotoplarına bölüyorlar. Deriyi rahatlıkla geçerek insan vücuduna işleyen
yüksek enerjili protonlarla, nötron ve öteki parçalanma ürünü ikincil radyasyon parçacıkları, hücre
zarlarında ve sıvılarında yol açtıkları hasarın ötesinde kromozomlardaki DNA moleküllerindeki
atomlarla da etkileşerek, DNA sarmalında ki dizilimlerde boşluklar, kesikler ve değişimlere yol
açıyorlar. Bu değişimler, özellikle sarmal kollarda birbirine yakın kümeler halinde olursa, DNA’nın
tamir mekanizmasıyla düzeltilemiyorlar ve ileriki yıllarda kanserlere yol açabiliyorlar. Çok yüksek doz
ve şiddet düzeylerinde alınan radyasyonsa , “akut radyasyon hastalığı” denen ölümcül vakalara
neden olabiliyor. Şiddetli radyasyon, DNA hasarının dışında, vücutta reaktif oksijen izotopları
oluşumuna da neden olarak kanser riskini yükseltiyor.
Kozmik radyasyonun insan sağlığı için taşıdığı riskin düzeyi,
akının hacmi, parçacıkların taşıdığı enerji, Güneş döngüsünün
durumu, vb. pekçok değişkene bağlı olsa da, 2001 yılında Mars
radyasyon ortamını izlemek üzere gönderilen bir uydunun
(MARIE) derlediği verilere göre bir insanın gezegenlerarası
ortamda bir önleyici kalkanla korunmaması halinde yılda 400900 milisievert (mSv) alacağı hesaplanıyor. Karşılaştırmak için,
1 mSv bir insanın üç göğüs röntgeniyle maruz kalacağı
radyasyon. Ortalama yıllık radyasyonsa 2.5 mSv.
Astronotların, radyasyon kalkanlarıyla korunmaları halinde bile 12 ayı gidiş-dönüş yolunda uzayda, 18
ay da Mars üzerinde geçirecekleri bir seferde alacakları radyasyon miktarının 500-1000 mSv arasında
olanacağı hesaplanıyor ki, bu da ABD Radyasyondan Korunma Önlemleri Ulusal Konseyi’nin alçak
Dünya yörüngesinde (500 km) görev yapan astronotların tüm kariyerleri için konan 1-4.5 sievert
limitine yakın.
Kanser tehlikesi’nin yanı sıra, kozmik radyasyon sonucu merkezi sinir sisteminde oluşacak hasarlar
nedeniyle bilişsel yeteneklerde azalma, motor fonksiyonlarda düşme; gözlerde katarakt oluşması,
kalp ve dolaşım bozuklukları da dikkate alınması gereken riskler.
Doğal ve teknolojik kalkanlar
Mars, Dünya’nınkinin 10’da biri kütlesi nedeniyle çok daha önce soğumuş olduğundan, katılaşmış
demir merkezinin çevresinde, Dünya’da olduğu gibi içindeki iyonlşamış atomların elektrik yüklerinin
hareketiyle bir dinamo etkisi yaratan sıvı demirden bir dış çekirdeği yok. Dolayısıyla Dünya’daki gibi
radyasyon akısını kısmen de olsa perdeleyebilecek global bir manyetik alana sahip değil. Ancak yer
yer, küçük çaplı manyetik alanları var. Ayrıca atmosferinin yoğunluğu da Dünya’nınkinin yüzde
1’inden daha az. Yani kozmik radyasyonun yıkıcı etkilerine alabildiğine açık.
2030’lu yıllarda Mars’a astronot göndermeyi hedefleyen bir program üzerinde yoğunlaşan NASA, bu
tehlikeleri giderecek ya da en azından asgariye indirecek, astronotlara ve öncü yerleşimcilere zorlu
Mars ortamında araştırma yapma ve yaşamlarını sürdürme olanağı sağlayacak teknolojiler üzerinde
çalışıyor.
Bunlardan en acil olanı, tehlikeli uzay radyasyonuna karşı güvenli bir koruma oluşturmak. NASA
araştırmacı ve teknisyenlerine göre bunun iki yolu var: Ya kalkanı kalınlaştırmak ya da daha iyi bir
malzemeden yapmak.
Astronotları taşıyacak uzay araçlarında ve Mars’ta kurulacak yaşam modüllerinde daha kalın duvarlar,
daha çok ağırlık anlamına geldiğinden ve büyük maliyet ve mühendislik sorunları anlamına
geldiğinden, bir seçenek olmaktan çıkıyor.
Daha iyi malzemeye gelince, bunda da anahtar, tehlike oluşturan parçacığa karşı en iyi savunmanın
benzer kütlede bir parçacıkla karşı koyma ilkesin. En büyük tehlikenin protonlardan gelmesi, bunlara
karşı doğal savunma silahını da ortaya koyuyor: Hidrojen.
Hidrojen atomu, en hafif konfigürasyonuyla tek bir proton ve tek bir elektrondan meydana geliyor ve
uzayda en bol bulunan madde. Dolayısıyla kozmik ışınlardaki yüksek enerjili protonlara da, onların
yolaçtığı ikincil radyasyondaki (hemen hemen aynı ağırlıkta olan) nötronlara karşı da korunma
sağlıyor. Hidrojen ayrıca suda ve plastik su şişelerinin yapıldığı polietilen adlı malzemede de çok bol.
Ayrıca uzay araçlarının manevra için kullandığı sıvı hidrojen yakıtı da var. Dolayısıyla NASA
uzmanlarına göre, uzay
araçlarının ve Mars’taki
yaşam alanlarındaki su
depoları, kozmik
radyasyona siper olacak
biçimlerde yerleştirilebilir
(Özellikle uyuma alanlarının
ve mutfağın üzerine) ve
kullanımla azalan su hacmi,
atık suların işlenmesiyle geri
kazanılabilir. Mars
astronotlarının ve
yerleşimcilerin Mars’ta
yerel kaynaklardan elde
edecekleri su ve yakıt da
yine radyasyonu
perdeleyecek konumlarda
depolanabilir.
Mars yüzeyine indirilecek habitat modüllerinin, üzerlerine yerleştirilecek yakıt ve su
depolarıyla kozmik radyasyona karşı korunabileceği düşünülüyor.
Umudumuz bor!
Ancak, uzay araçlarında alüminyum çeperler içinde polietilen astarları kalınlaştıkça, uzaya fırlatılması
için daha fazla roket gücü gerektiren ağırlık da artacağından, NASA araştırmacıları, daha hafif ve daha
güçlü radyasyon tutucu malzemeler üzerinde çalışmalarını yoğunlaştırıyorlar. Bunlardan biri,
“hidrojenlenmiş boron nitrür nanotüpler” ya da daha kısa adıyla hidrojenlenmiş BNNTler. Bunlar
karbon, bor ve azottan yapılı nanoölçekli boyutlarda yapılar. Tüpler arasındaki boşluğa da hidrojen
yerleştiriliyor. Bor, ikincil radyasyondaki nötronları çok iyi soğurduğundan, BNTTleri araç içi astarlar
için ideal bir malzeme yapıyor. NASA teknisyenleri BNNTleri kumaş haline de getirmeyi
başardıklarından,bunlar uzay araçlarının içlerinin kaplanacağı ideal aster malzemesi olarak öne
çıkıyorlar
Ayrıca nükleer reaktörlerde tepkimelerin düzeyini ayarlayan kontrol çubuklarında kullanılan
malzemeler arasında bulunan hafniyum da çok etkili bir nötron tutucu olduğundan, hafniyum
bileşimleri de radyasyon
kalkanları için akla gelen
malzeme adaylarından.
Portatif manyetik
alanlar!
Mars yolundaki
astronotları hiç olmazsa
galaktik kozmik
radyasyonun görece daha
düşük enerjili kısmından
korumak için üzerinde
durulan daha radikal bir
düşünce de, uzay
araçlarının “aktif
kalkanlama” denen bir
yöntemle mıknatıslar,
yüksek voltaj ve hatta
kendi manyetosferleriyle
korunmaları. Ancak
bunlar için gerekli ekipmanın maliyeti ve aktif kalkan malzemelerinin gerektirdiği güç ve ağırlıkları,
gereken büyük hacimler bunları en azından kısa dönem için gerçekçi beklentiler olmaktan çıkarıyor.
Yine de NASA, olası aktif kalkan kullanımına dönük olarak süperiletken mıknatıslar içeren yapılar
üzerinde çalışıyor. Bu çerçevede, NASA’nın Johnson Uzay Merkezi’ndeki NASA Yenilikçi İleri
Konseptler (NASA Innovative Advanced Concepts – NIAC) birimi, Florida’da süperiletkenler üzerinde
çalışan Advanced Magnet Lab – AML adlı şirketle bir aktif kalkan projesi üzerinde çalışıyor. AML
mühendislerinin küçük çaplı bir prototipini geliştirdikleri kalkan, uzay aracının yaşam bölümünün
“şişen mıknatıslarla” çevrilmesine dayanıyor. “Yüksek sıcaklıkta” (-273°C mutlak sıfır yerine -183°C)
süperiletken (elektriğe sıfır dirençli) manyetik yüzey (eski kayıt cihazlarındaki ya da müzik
kasetlerindeki gibi) kevlar denen çok ince ama güçlü bir elastik malzemeye yapıştırılacak ve uzun
silindirler üzerine giydirilecek. Silindire elektrik verildiğinde hiçbir dirençle karşılaşmayan akım, akış
yönüne dik manyetik alan yaratan Lorentz kuvveti sayesinde, katlanmış olan kevlar kılıfın şişerek sekiz
metre çaplı bir mıknatıs haline gelmesini sağlayacak. Uzay aracının çevresine dizili altı şişme mıknatıs
kozmik radyasyona karşı kalkan oluştururken, içerideki yaşam modülünü saran yedincisi de modül
içindeki manyetik alanları koruyan bir aktif kalkan görevi yapacak.
Giysi mi dediniz?
Mars’a gelindi diyelim.
Astronotları, görece korunaklı
yaşam modüllerinin ve uzun
mesafelere gitmek için
kullanacakları araçlarının dışında
çalışabilecekleri giysiler de
gerekli.
NASA uzmanları, uzay
giysilerinin, “giysi” sözcüğünün
çağrıştırdığı gibi gardroptan
alınıp giyiliverecek ağırca bir
parkadan çok farklı olduğunun
altını çiziyorlar. Çünkü Mars
yüzeyinde keşif çalışmaları
yaparken astronotların
üzerlerindeki giysi, onları
soğuktan ve olabildiğince
radyasyondan koruyacak, hava
ve su gereksinimlerini
karşılayacak. Dünya atmosferini
dengelemek üzere ayarlanmış
vücut iç basıncımızı
dengeleyecek dış basıncı da
sağlayacak. Ayrıca, astronotların
çömelip yerden örnek
toplayacak kadar esnek olması
ve ellerini ve parmaklarını
rahatlıkla kullanmalarına imkan
sağlaması da gerekiyor. Bu
giysilerin tasarımdan ilk
prototiplerin üretimine kadar
geçen süre 3-4 yılı buluyor.
NASA’nın Amex Uzay Laboratuarı’nda sıfır kütleçekim ortamında maksimum
hareket sağlamak için geliştirdiği sert kompozit yapıda uzay giysisi AX-5, bir
insanın çıplak olarak yaptığı hareketlerin yüzde 95’ini yapabilmesini sağlıyor.
Astronot gardrobuna seçilmek
için “podyuma çıkan” en yeni
aday, Kuzey Dakota Üniversitesi İnsanlı Uzay Uçuşu Laboratuarı tarafından hazırlanan “NDX-1” (North
Dakota Experimental – 1) adı verilen ve ötekilere göre daha esnek olan bir uzay giysisi. Giysiyi
geliştiren ekibi yöneten Pablo de Leon, bunlar için giysi adı pek uygun değil diyor. “Bir insanı küçük
bir yere kapamak
çok karmaşık bir iş.
Dolayısıyla
yaptığımız uzay
giysisi aslında
minyatürleştirilmiş
bir uzay
aracı.Üstelik
hareketli ve rahat
olacak, çalışmanıza
engel olmayacak.
Yani, bir makinenin
çok ötesinde
birşey” diyor.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=CUOxK_sqzmw
NASA planlamacı ve teknisyenleri, üniversiteler ve
ticari şirketlerle birlikte farklı ortamlar için farklı
prototipler üzerinde de çalışıyorlar.
Bunlardan biri, Prototip Keşif Giysisi (Prototype
Exploration Suit – PXS), NASA’nın planlarına göre
Mars’a gidecek astronotları ve kargoları taşıyacak
uzay araçlarının montajının yapılacağı (500 km
yüksekliğe kadar olan) “Alçak Dünya Yörüngesi”nde ve
derin uzayda sıfır ve mikrokütleçekim ortamlarında
araç dışı etkinlikler için geliştirilmiş bulunuyor. Giysi
basınçlı hale getirilebiliyor. Birçok parçası 3-D
yazıcılarca üretildiği içinde, uzay yolculuğu sırasında
da astronotların bedenlerine göre “kişiye özel” olarak
da üretilebilecek. Halen Uluslararası Uzay
İstasyonu’nda uzay yürüyüşleri sırasında giyilenlere
kıyasla daha fazla hareket kabiliyeti sağlaması için
üzerinde daha az aygıt bulunduruyor.
NASA’nın Mars’a gidiş sırasında uzay aracı dışındaki
çalışmalar için geliştirdiği giysilerden PXS2.
NASA’nın Mars yüzeyindeki araç ve yaşam üniteleri
dışındaki basınçsız ve havasız ortamda yapılacak
faaliyetler için hazırlattığı uzay giysisinin adıysa Z-2.
Daha önceki “yumuşak” Z-1 modelinde olmayan sert
kompozit bir üst beden bölümü eklenmiş olan
giysiye arkasında bulunan bir pancereden giriliyor.
Dolayısıyla, çıkış sırasında araçtaki havanın
kaçmasını önlemek için önce “hava kapanı” denen
yüksek basınçlı bir odaya girmek gerekmiyor.
“Giysi kapısı” (suitport) denen ve bir pano
üzerinde bulunan kapıdan, doğrudan giysiye
girilip dışarıya çıkılabiliyor. Astronotlara
maksimum hareket kabiliyeti sağlayacak şekilde
tasarlanmış giysi, bel ve omuzlarından çeşitli
bedenlere göre ayarlanabilir olma özelliğini de
taşıyor. (Dünya’da) 65 kg ağırlığındaki giysi,
benzerlerine göre “hafif” sayılıyor. Ama
Mars’taki kütleçekimi Dünya’nınkinin üçte biri
kadar olduğundan, astronotlar kendilerini
suradan bir askerin yükünü taşıyormuş gibi
hissedecekler.
MARS yüzeyinde ve uzay ortamında araç dışı
etkinliklerde uzay giysilerinin üzerine
yerleştirilecek portatif yaşam destek sistemleri
NASA’nın Mars yüzeyi için geliştirdiği “yumuşak model”
Z-1.
de (Portable Life Support System - PLSS)
yenilendi. Z-2 için hazırlanan PLSS, astronotlara
ortama ve işin gereklerine uygun karışımda bir hava sağlamakiçin 84 seçenekli bir oksijen ayar
mekanizması sunuyor. Giysi içindeki nemin de ayarlanabildiği yeni yaşam destek sisteminde
karbondiyoksit giderme mekanizmasıysa, eski sistemlerde gereken 14 saat yerine, vakuma tutmakla
anında kendini yeniliyor.
Bu prototip giysiler, halen birer deney platformu niteliği taşıyorlar. Bugün itibariyle ne uzayda ne de
Mars’ta giyilmek için hazır değiller. Gerekli deney ve iyileştirmelerin ardından nihai modellerin
testlerinin 2020 yılına kadar hazırlanmış olacağı düşünülüyor.
Patates yok, domates verelim...
“Marslı” filminde
astronot-botanist
Matt Damon kendi
atıklarıyla
gübrelediği
toprakta patates
yetiştirerek
yaşamını
sürdürebiliyor.
Ama uzmanlar
“Mars tarımı”nın
astronot ve
yerleşimcilerin
önüne üzerinden
gelinmesi gereken
güç sınavlar
koyduğu görüşündeler.
Çünkü yetiştirdiğimiz, tarımını yaptığımız bitkiler de insanlar gibi Dünya koşullarına göre evrilmişler.
Bitkinin yetişmesi için gerekenlerden karbondioksit dışındakiler Mars’ta yok ya da yok denecek kadar
az; olanlar da farklı. Bitkiler fotosentez için karbon dioksitin yanı sıra oksijen ve suya, suyu kökleriyle
çekebileceği uygun bir toprağa, enerji sağlayacak ışık kaynağına ve belli hava sıcaklıklarına gereksinim
duyuyorlar. Bunlar Dünya’da mevcut. Dünya toprağı da azot gibi besleyici maddelerle dolu. Ancak,
atmosfer ve topraktaki azot, bitkilere yarar sağlayıcı türden değil. Dolayısıyla bitkiler bu azotu
kendilerine uygun bir forma (reaktif azot) çevirerek kullanabiliyorlar.
Dünya atmosferinin büyük kısmı azot (%78) ve oksijenden (%21 oluşurken), Mars atmosferi
neredeyse tümüyle (%95.3) karbondioksit ve ancak %2.7 azottan oluşuyor. Toprağı deseniz, Ay’daki
gibi “regolit” denen ince kuma benzer bir toprak. Sık sık meydana gelen fırtınalarla oradan oraya
taşınıyor. Zaten suyu da fazla tutamıyor. Azot zaten yok denecek kadar az. Suya gelince, son yıllarda
Mars toprağının bol miktarda su içerdiği belirlendi. Ama su hayli tuzlu. Bir sorun daha var: Mars
atmosferinin yoğunluğu, Dünya’nınkinin yüzde birinden daha az. Dolayısıyla normalde suyu sıvı halde
tutacak yeterli atmosfer basıncı olmadığından, su ancak buz ya da gaz halinde bulunabilir. Ama
Mars’taki su örneklerinde perklorat denen mineral tuzların fazlalığı suyun donma derecesini hayli
düşürdüğünden, sıvı su, sıcaklığın -23°C’nin üzerine çıktığı dönemlerde (ekvatorda yazın öğlen) kısa
sürelerle yüzeyde var olabiliyor. (Bkz:
https://kurious.ku.edu.tr/sites/kurious.ku.edu.tr/files/marsta_sivi_su_-_gokbilim_-_pdf.pdf)
Gelgelelim, perkloratlar bitkilerin yetişmesine olumsuz etki yapıyor ve insanlarda sağlık sorunlarına
yol açabiliyorlar.
Yine de Hollandalı araştırmacılarca Mars ve Ay regolit benzerleri ve düşük kaliteli Dünya toprağıyla ve
sınırlı sayıda (16) bitki örneğiyle yapılan ve açık erişimli PLOS ONE sitesinde ve yayımlanan deneyin
sonuçları, Mars toprağında , besleyici maddeler olmaksızın da birçok bitkinin, bu arada domates,
buğday, havuç ve ve terenin yetişebileceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, deneyde kullanılan azot
bağlayıcı bakliyat türlerinin, toprağa reaktif azot aşısı yapabileceğini ve bazı dayanıklı ot türlerinin de,
yerleşimcilerin dışkılarının yanı sıra “yeşil gübre” olarak kullanılmasıyla toprağın
zenginleştirilebileceğini belirtiyorlar. Ancak, deney Dünya, atmosfer, iklim, ışık ve basınç koşullarında
yapıldığından, bu koşulların Mars astronot ve yerleşimcilerince kurulacak sera ya da plastik çadırlarda
oluşturulması gerekiyor.
ABD’nin UTAH eyaletinde bulunan Mars Çöl Araştırmaları İstasyonu’nda 1970’lerin Viking
sondalarınca derlenen verilere göre oluşturulan Mars toprak örnekler üzerinde, araştırmacıların
denetimindeki gönüllülerce yerel çöl bitkilerinden, şerbetçiotlarına kadar pek çok bitkinin deneyleri
yapılmakta. Kanada’daki Guelph Üniversitesi’nde de araştırmacılar, benzer deneyleri “Mars iklim ve
atmosfer koşulları” altında yürütüyorlar.
Ancak, Kanada Doğa Müzesi botanistlerinden Paul Sokoloff, gerçekte, en azından ilk başlarda
korunaklı, ısı ve hava kontrollü seraların dışında doğal Mars ortamında bitki yetiştirmenin çok daha
güç olacağı görüşünde.
Araştırmacıya göre, Mars’ın karbon diyoksit soğurup oksijen üreten siyanobakterler ve mikroplar
aracılığıyla atmosferinin kalınlaştırıp Dünya’ya benzetilmesi düşüncelerinin gerçeğe aktarılması da
yüzyıllar gerektireceği gibi, Güneş rüzgarının erozyonlaştırıcı etkisinin daha güçlü olması nedeniyle
başarıya ulaşacağı da şüpheli.
Taşıma suyla değirmen dönmez...
Eh, tabii astronotlar için görevin sonunda, mutlaka özlemiş oldukları Dünya’ya dönüş var. İleride
yerleşimciler için de sürekli ve güvenilir bir enerji kaynağı lazım. Dolayısıyla Mars astronotlarının Kızıl
Gezegen’e ayak basar basmaz yapacakları ilk işlerden biri, görevin tamamlanmasının ardından
kendilerini Dünya’ya götürmek üzere yörüngede hazır bekleyen dönüş aracına ulaştıracak “yörüngeye
çıkış aracı”na dolduracakları sıvı metan/sıvı oksijen yakıtını üretmek. Bunu, NASA tarafından insanlı
seferden önce Mars’a indirilmiş olan tesiste, Mars atmosferindeki karbondioksitle yanlarında getirmiş
olacakları sıvı hidrojeni tepkimeye sokarak yapacaklar. Ancak bu işi Mars’a iner inmez yapmaları
gerekeceğinden, tesis ilk başta nükleer güçle çalıştırılacak.
Mars’ın atmosferi yüzde 95.3
karbon dioksit, yüzde 2.7 azot,
yüzde 1.6 argon, yüzde 0.13
oksijen, yüzde 0.08 karbon
monoksit ve çok daha küçük
miktarlarda su, azot oksit,
neon, kripton ve ksenondan
yapılı. Atmosferde kayda
değer miktarda hidrojen
bulunmuyor. İhtiyaten
yanlarında getirmiş oldukları
sıvı hidrojeni bir şekilde
kaybetseler bile, gerekli
hidrojeni, toprak altında var
olduğu belirlenen, ya da
kutuplarda bol bulunan su
buzundan elektroliz (suyun
hidrojen ve oksijen
bileşenlerine ayrıştırılması)
yoluyla elde edebilecekler.
Üretim tesisinde sıvı hidrojenin, atmosferdeki karbon dioksitle “Sabatier süreci” denen bir tepkimeye
sokulmasıyla hem yakıt hem de bir ikramiye olarak su elde edilecek. Sabatier sürecinde her bir ton
hidrojenden 2 ton metan ve 4,5 ton su üretiliyor. Metan soğutularak depolanırken, elde edilen su da
elektrolizle hidrojene ve hem yakıt hem de astronotların yaşam modülü için gerekli oksijene
dönüştürülecek. Elektroliz yoluyla, her 4,5 ton sudan 4 ton oksijen ve yarım ton da hidrojen elde
ediliyor. Oksijen yine soğutularak depolanırken hidrojen de yeniden Sabatier döngüsüne
yönlendiriliyor. Ancak, sıvı metan/sıvı oksijen yakıtı için daha büyük miktarlarda oksijen gerekeceği
için (1 ton metanı yakmak için 3,5 ton oksijen kullanılıyor) atmosferdeki karbon dioksit, yüksek
sıcaklığa ısıtılmış zirkon hücreler aracılığıyla oksijen ve karbon monoksite ayrıştırılacak. Karbon
monoksit atmosfere geri salınırken oksijen soğutulmuş tanklarda depolanacak.
Görüldüğü gibi, Mars’a insan ayağının basabilmesi için her şey inceden inceye planlanmış bulunuyor.
Ama her plan gibi evdeki hesap çarşıya uymayabilir ve hassas dengeler üzerine kurulu operasyon,
bileşenlerden birinde küçük bir arızayla tehlikeye girebilir ve bize yeni bir dünyanın kapılarını açmak
görevini üstlenmiş gözüpek öncülerimizi tehlikeye atabilir.
O zaman iş Matt Damon’un canlandırdığı Mark Watney gibi “Marslıların” yaratıcılık ve düş güçlerine
kalacak.
Raşit Gürdilek
KAYNAKLAR:
“Real Martians: How to Protect Astronauts from Space Radiation on Mars”, NASA, 30 Eylül 2015
“Materials used in radiation shielding”, http://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturingfabricating/radiation-shielding-materials
“Fire Away, Sun and Stars! Shields to Protect Future Space Crews” NASA,
http://www.nasa.gov/vision/space/travelinginspace/radiation_shielding.html
“Radiation Protection”, https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_protection
“Cosmic raditionhttp://www.skybrary.aero/index.php/Cosmic_Radiation
“University Researchers Test Prototype Spacesuits at Kennedy”, NASA, 18 Aralık 2015
“NASA Unveils New Mars Space Suits”, IFLSCIENCE!, 12 Kasım 2015
https://www.youtube.com/watch?v=CUOxK_sqzmw
“Star Trek ‘Shields’ Science Fiction? Not So Fast...”, Spaceflight Insider,
http://www.spaceflightinsider.com/missions/human-spaceflight/star-trek-shields-science-fictionfast/
“Active Radiation Shielding Utilizing High Temperature Superconductors”,
http://www.nasa.gov/pdf/637131main_radiation%20shielding_symposium_r1.pdf
“’The Martyian’: What Would It Take to Grow Food on Mars?”, Livescience, 9 Ekim 2015
http://www.livescience.com/52444-growing-food-on-mars.html
“Can Plants Grow on Mars and the Moon: A Growth Experiment on Mars and Moon Soil Simulants”,
PLOS ONE, 27 Ağustos 2014
Human Exploration of Mars: The Reference Mission of the NASA Mars Exploration Study Team,
Lyndon B. Johnson Space Center, Houston Texas.
,