İng. Astronomy and Space Research at the Poles

Gözlemevleri:

Antarktik Milimetre-Altı Teleskobu: Antarktik Milimetre-Altı Teleskobu 1,7 metre çaplı bir radyo teleskobu olup 1994 -1995 yılları arasında güney kutbuna kurulmuştur (Şekil 1a).¹ Bu teleskop, kıtada W45°53’- S89°59’ koordinatlarında ve 2847 metre yükseklikteki bir noktaya kurulmuş olup elektromanyetik spektrumun 3 mm ve 200 μm dalga boyu aralığında algılama yapan detektörlerden oluşur. Kurulumundan 2005 yılına kadar teleskop sayesinde bilim insanları birçok bilimsel araştırma gerçekleştirmiştir. Antarktik kış aylarında ölçüm yapan bu milimetre-altı teleskobu ile yapılan araştırmalardan en önemlileri, güney Galaktik Düzlemini ve Macellan Bulutlarının ilk defa tamamının taranması olmuştur. Antarktik Milimetre-Altı Teleskobunun kurulduğu bölgede en düşük sıcaklık -82 °C, en yüksek sıcaklık ise -14 °C gözlenmiştir.² Hem Antarktik Milimetre-Altı Teleskobuyla yapılan bilimsel astronomik gözlemler ışığında hem de teleskobun bulunduğu bölgenin özellikleri göz önüne alındığında, dünyada milimetre-altı dalga boyunda astronomik gözlem yapılabilecek en ideal bölgenin Güney Kutbu olduğu anlaşılmıştır.³

Güney Kutbu Teleskobu: Güney Kutbu teleskobu, 2005 yılında kapanan Antarktik Milimetre-Altı Teleskobunun yerini alması için inşa edilen bir teleskoptur ve Antarktika’da kurulu olan Amerika Birleşik Devletleri’nin Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonunda bulunmaktadır (Şekil 1b). Kıtada E180°00’ - S90°00’ koordinatlarında 2835 metre yükseklikte yer almaktadır. 10 metre çaplı bir teleskop olan Güney Kutbu Teleskobu elektromanyetik spektrumun mikrodalga, milimetre ve milimetre-altı dalga boylarını kapsadığından çok geniş dalga boyu aralıklarında gözlemler yapabilmektedir. 2007 yılında bilimsel araştırmalara ve gözlemlere başlamıştır. Öne çıkan bilimsel araştırmaların başında galaksi kümelerini tespit edebilmek için yapılan kozmik mikrodalga taramaları ve karanlık enerji araştırmaları gelmektedir.⁴ Bu teleskop özellikle geniş görüş alanına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu nedenle gökyüzünde belirlenen bölgeler ve objeler hızlıca taranabilmektedir.

Antarktika Terahertz Teleskobu: Antarktika’da güney kutbundan yaklaşık 1000 km uzaklıkta ve 81°30'S 73°30'E koordinatlarında bulunan Ridge A bölgesi, 2009 yılında astronomik gözlemler için dünyadaki en uygun saha olarak ilan edilmiştir.⁵ Antarktika Terahertz Teleskobu 2012 yılında bu bölgede yaklaşık 4000 m yüksekliğe kurulmuştur çünkü oldukça soğuk ve kuru hava şartları gözlemler için en ideal koşulları sağlamaktadır (Şekil 1c). Örneğin, kışın hava sıcaklığının -70 °C’in altında olması, rüzgâr hızının çok düşük olması (~2 m/s), bu bölgeyi terahertz astronomik gözlemler yapabilmek için oldukça ideal yapan etkenlerdendir.⁵ Antarktika Terahertz Teleskobu 60 cm çapında bir uzak-kızılötesi teleskobudur ve 150-600 mikrometre dalga boyları arasında gözlemler yapabilmektedir. Bu teleskop ile özellikle Samanyolu Galaksisi’nin belirtilen dalga boyu aralıklarında kimyasal spektroskopik haritası çıkarılmaktadır. Mesela karbon içeren moleküllerden CO, bu dalga boyu aralığında ışınım yaptığından, galaksimizin iki boyutlu CO dağılım haritasının çıkarılması amaçlanmıştır.6 Yıldızlar arası ortam, moleküler bulutlar, Galaksilerdeki yıldızların doğuşu ve evrimi gibi konular, bu teleskop ile araştırması amaçlanan konulardan bazılarıdır.⁶

Güney Kutbu Nötrino Gözlemevi-IceCube: Nötrino bir atom altı parçacığı olup çeşitli radyoaktif bozunumlar sonucu oluşur. Güneşte, yıldızlarda, süpernova patlamalarında ve nükleer reaktörlerde olan reaksiyonlar nötrinoları oluşturabilmektedir. Nötrinolar oluştuktan sonra herhangi bir madde ile neredeyse hiç etkileşime girmezler. Fakat aşırı küçüklükte ve zayıflıkta bir etkinin olabileceği bilinmektedir. Örneğin, Güneş’te üretilen nötrinolar yeryüzüne ulaşır ve saniyede trilyonlarca nötrino insan vücuduna nüfus eder, bir etkileşime veya değişikliğe uğramadan ve farkedilmeden insan vücudunu terk eder. Madde ile neredeyse hiç etkileşime girmediğinden dolayı nötrinoları algılamak çok zordur. Ancak çok büyük ve hassas dedektörler ile uzun süre boyunca yapılan ölçümlerde, çok nadiren de olsa bir nötrino ile bir atom altı parçacığın çarpışması durumunda dedektörler bu çarpışmayı, dolayısıyla nötrinoları algılayabilmektedir.

Güney Kutbu Nötrino Gözlemevi (IceCube) nötrinoları algılamak için Antarktika’da bulunan ve Amerika Birleşik Devletleri’nin bir üssü olan Amundsen-Scott Güney kutbu istasyonuna yedi yıl süren çalışmalar ile kurulmuştur (Şekil 1d).⁷ Kurulumu 2010 yılında tamamlanmış olup bu gözlemevi ve dedektörleri tamamen buzun altında yer almaktadır. Bunun sebebi, nötrinoların çok zayıf olsa da madde ile etkileşimi sonucu ortaya çıkan ışınımı algılamak için oldukça saydam ve geniş bir materyal gerektiğidir. Bu koşulu ise su ve buz sağlamaktadır. Ancak en ideal koşullar buz tarafından sağlanmaktadır çünkü buz istikrarlı, geniş ve saftır. Ayrıca oldukça büyük saydam bir hacim imkânını da sunmaktadır. Amundsen-Scott Güney kutbu istasyonunda yüzeyden buzun içine doğru dikey olarak sarkıtılan toplam 86 kablo üzerinde binlerce dedektör asılı bulunmaktadır. Bu şekildeki bir gözlemevi buz altında oldukça geniş bir hacim kaplamaktadır. Yapılan gözlemler ile kozmik ışınların kökeni, karanlık madde ve özellikleri, süpernovalar araştırılmaktadır.

Grönland Teleskobu: Görüldüğü üzere güney kutbuna birçok istasyon ve gözlemevi kurulmuştur. Bunun en önemli sebeplerinden biri güney kutbunun üzeri buz ile kaplı bir kara parçası olmasıdır. Kuzey kutbu ise, güney kutbunun aksine deniz üzerinde duran buzdan ibarettir. Bu nedenle güney kutbu istikrarlı bir yapıya sahip olurken, kuzey kutbu oldukça dinamik ve hareketli bir yapıya sahiptir. Kuzey kutbuna en yakın kara parçası, yaklaşık 700 km uzaklıkta bulunan Grönland Adasıdır. Adanın en yüksek noktasında, 12 metre çaplı Grönland radyo teleskobu bulunmaktadır (Şekil 1e). 2018 yılında kurulmuş olan bu teleskop kullanılarak hem tek başına hem de dünyanın farklı bölgelerindeki radyo teleskopları ile eş güdümlü olarak birçok konuda (özellikle kara delikler hakkında) astronomik veriler toplanmaktadır.⁸

Yüksek irtifa balon gözlemleri

Antarktik kış mevsiminde kıtadaki düşük nem oranı, düşük atmosferik türbülansı, aylarca gece olması ve gökyüzünün açık ve berrak olması, astronomik gözlemler için Antarktika’yı oldukça ideal bir bölge kılan sebeplerden bazılarıdır. Antarktika’da yapılan araştırmaların bazıları ise dünya atmosferinde bulunan su buharının gerçek anlamda üzerine çıkmayı gerektirmektedir. Örneğin, astronomik objelerden gelen ışınımlar, atmosferde bulunan su buharı tarafından soğurulabilir ve dolayısıyla yeryüzündeki teleskoplar tarafından algılanamazlar. Yeryüzündeki teleskoplarla yapılan gözlemleri zorlaştıran su buharı, stratosferde (yerden yaklaşık 12-50 km yükseklikte) neredeyse hiç yoktur. Bu nedenle bazı gözlemlerin stratosfere çıkılarak yapılması gerekir. Stratosfere çıkarak gözlem yapmak ve veri toplamak oldukça zor ve yüksek bütçeli olabilir. Ancak yüksek irtifa balonları stratosfere çıkmak ve o yükseklikte araştırmalar yapmak için en ideal araçtır. İçerisine gaz doldurularak uçması sağlanan balonlar, 30-40 km yüksekliğe (stratosfere) çıkarak balona bağlı olan cihazlar sayesinde günlerce veri toplayabilir. Antarktika, teleskopik gözlemler için olduğu gibi yüksek irtifa balonları ile araştırma ve gözlemler için de oldukça ideal bir bölgedir. Yeryüzünde fırlatıldığında rüzgârın etkisi ile bir süre uçan ve istikrarlı olmayan havanın etkisi ile rastgele bir rota izleyen balonlar, kısa süre veri toplayabilir, üzerindeki cihazları rastgele bir bölgeye hatta bazen cihazları bir daha kullanılmaz kılan bölgelere indirebilir. Öte yandan, güney kutbu etrafında yaz mevsimi boyunca hâkim olan ve dairesel olarak dönen rüzgâr (antisiklon), yüksek irtifa balonlarını da bu dairesel yörüngede güney kutbunun etrafında istikrarlı tutarak döndürür. Bu nedenle balonlar hem uzun süreli gözlemler yapıp veri toplayabilir hem de balon patladıktan sonra üzerindeki cihazlar daima kıta üzerindeki bir bölgeye düşer ve kolaylıkla bulunup kurtarılabilir. Ek olarak, kıtada yaz mevsimi boyunca güneş hiç batmadığından, balona eklenecek güneş panelleri sayesinde ölçüm yapan cihaz ve donanımlara kolaylıkla güç sağlanabilmektedir. Bu durum kutupların dışında mümkün olmamaktadır.

Antarktika’da yüksek irtifa balonları ile uzun yıllardır birçok araştırma yapılmaktadır (Şekil 2). Örneğin 1987 yılında keşfedilen bir süpernova, 1988 yılında Antarktika’dan havaya fırlatılan bir yüksek irtifa balonu ve ona bütünleşmiş edilen gama ışın dedektörleri ile araştırılmıştır.⁹ Bu balon kıta üzerinde 3 gün boyunca uçabilmiş, yaklaşık 38 kilometre yükseklikte veriler toplayabilmiştir. Amerikan Uzay Ajansı NASA, uzun süredir yüksek irtifa balonlarını bilimsel veri toplamak için kullanmakta olup 1990 yılından itibaren Antarktikadaki McMurdo istasyonunda da benzer çalışmalar yapmaktadır.1991-2020 yılları arasında yüksek irtifa balonları ile toplam 40 uçuş yapmış ve yüksek enerjili parçacıklardan güneş aktivitelerine, evrenin değişiminden yıldızların değişimlerine kadar birçok araştırma konusu için stratosferden veri toplamıştır.¹⁰ Benzer olarak, 0.8 metre çaplı bir teleskop ve gerekli elektronik bileşenleri, bir yüksek irtifa balonu ile 2012 yılında McMurdo İstasyonundan gökyüzüne fırlatılmış, 14 gün boyunca stratosferde (Antarktika kıtası üzerinde dairesel bir yörüngede uçarak) yıldızlararası bölge ve içeriği hakkında önemli veriler toplamıştır.¹¹ 2023 yılında, yine NASA tarafından tamamen şiştiğinde 150 metre genişliğinde olacak olan bir yüksek irtifa balonunun, Antarktika’dan gökyüzüne bırakılması hedeflenmektedir.¹² Bu balon, yeryüzünden 40 kilometre yükseklikte yaklaşık 3-4 hafta boyunca uçarak galaksimizdeki yıldız oluşumlarını incelemek adına veri toplayacaktır. Yüksek irtifa balonlarına ek olarak, Antarktika’daki birçok istasyon hava tahmini ve meteorolojik veriler için de balon kullanmaktadır. Bu balonlar genellikle yaklaşık 15 km yüksekliğe ulaşıp birkaç saat boyunca birçok veri toplayabilmektedir. Bu hava tahmin balonları uçuş sona erdikten sonra bulunup kurtarılmamaktadır. Bu nedenle uçuş süresince toplanan veriler, balon üzerindeki bir verici sayesinde sürekli yer istasyonuna iletilmektedir. Yeterli miktarda veri elde edildiğinde, kıtanın atmosferik özellikleri hakkında detaylı bilgiler edinilebilir.

Uzay görevleri için

özdeş saha olarak kutuplar

Uzay ve içinde barındırdığı astronomik nesneler hakkında daha fazla bilgi edinmek, onların oluşumunu ve geçmişini anlayabilmek, uzun süredir bilim insanlarının öncelikli hedefleri arasındadır. Kendi güneş sistemimizdeki gezegenlerin ve asteroitlerin oluşumu ve sonrasında günümüze kadar geçirmiş olduğu evreleri henüz tam olarak anlayabilmiş değiliz. Bu bilgilere erişmek için dünya yüzeyinde yapılan gözlemler ve araştırmalar yeterli olmamakta, bazen uzay görevleri ile söz konusu nesnelere daha yakından bakabilmek, hatta yüzeyine inerek temas etmek gerekmektedir. Birçok ülkenin uzay ajansı çeşitli nesnelere uzay görevleri düzenleyerek onlar hakkında en detaylı bilgileri elde etmeye çalışmaktadır. Uzay ortamı havanın olmadığı, uzay araçlarının farklı kaynaklardan gelen ışınlara ve parçacıklara maruz kaldığı oldukça acımasız ve zorlayıcı bir ortamdır. Düzenlenen uzay görevlerinin başarısı, görevde kullanılan uzay aracına ve onun yüksek teknoloji ile geliştirilen elektronik ve mekanik elemanlarına direk olarak bağlıdır. Bir görevin astronot da barındırması durumu daha da karmaşık hale getirmektedir. Çok yüksek maliyeti olan görevler ve insan faktörü içeren çalışmalar öncesinde, uzay araçlarını ve onun çeşitli elemanlarını, hatta astronotları uzaya çıkmadan dünya yüzeyindeki uzay şartlarındaki en yakın koşullarda (özdeş sahalarda) test etmek, gerçek görev sırasında yaşanabilecek problemlerin tespiti ve giderilmesi için çok önemlidir. Diğer bir deyişle, uzaya çıkmadan önce uzay koşullarına en yakın koşullara sahip özdeş sahalarda yapılan testler ve denemeler, uzay görevleri için büyük bir önem arz etmektedir.

Antarktika iklimi, sunduğu aşırı koşulları ve izole ortamı sebebiyle uzay koşullarına çok yakın koşulları sağlayan bölgelerden biridir. Bu nedenle uzay görevleri için sık sık analog saha olarak kullanılmaktadır. Günümüzde Ay’a yapılması planlanan insanlı görevlerin sayısı artmış, çalışmalar hız kazanmıştır. İnsanlı Ay görevi öncesi NASA, Antarktika’yı analog saha olarak kullanmaktadır. Örneğin, Ay yüzeyine en yakın ve gerçekçi bir ortam sunmak adına robotik araçlar, yaşamsal ortam ve mekanizmalar ile insanlı bir saha çalışması 13 ay süreli bir simülasyon niteliğinde Antarktika’nın zorlu koşullarında NASA tarafından 2008 yılında gerçekleştirilmiştir. Bu saha çalışmasında özellikle astronotların Ay yüzeyinde kuracağı ve içinde yaşayacağı çadırın kurulumu, enerji ihtiyacı, hasar toleransı ve astronotların psikolojik durumu gibi konular öncelikli olarak araştırılmış, elde edilen veriler ışığında gerekli değişiklikler ve iyileştirmeler yapılmıştır. Benzer olarak, aylarca sürebilecek uzay seyahatleri sırasında astronotların kapalı bir alanda fizyolojik, psikolojik ve sağlık açısından nasıl etkilenebileceklerini, olası problemlerin ne olabileceği ve nasıl önlenebileceği/giderilebileceği gibi konuları ele alan çalışmalar da yapılmaktadır. Bu konuları araştırmak üzere Avrupa Uzay Ajansı ESA, NASA ve bazı Antarktik organizasyonlar Antarktika’da bulunan Concordia İstasyonunda ortaklaşa araştırmalar yapmıştır.^13,14 Güneş sistemimizdeki bazı uydulara “buzlu uydu” denmektedir çünkü bu uyduların yüzeyinde buzulların, yeraltında ise okyanusların olduğu düşünülmektedir.¹⁵ Bu buzlu uydulardan biri de Jüpiter’in uydularından Europa’dır. Europa’yı incelemek adına oraya bir uzay aracı veya uydu gönderilene kadar, bilim insanları dünyada çevre ve ilkim koşulları Europa’ya en çok benzeyen bölgeleri araştırmış ve Antarktika’daki Taylor Buzulu’nun Europa’ya en çok benzeyen iki bölgeden biri olduğuna karar vermiştir.¹⁶ Bunun sebebi ise Europa’nın yüzeyinde olduğu gibi, Taylor Buzulu’nun yüzeyinde görülen renkli kanalların buzulun altındaki akışkanlarının kimyasal içeriğinden dolayı olmasıdır.¹⁷ Böylece Europa’nın yüzeyini ve yeraltı kaynaklarını araştırmak için bilim insanları Antarktika’daki Taylor Buzul’unu özdeş saha olarak kullanmaktadır.

Burada verilen örneklerin dışında daha birçok uzay araştırması için Antarktika özdeş saha olarak kullanılmaktadır. Kıtanın iklimi, jeolojisi ve aşırı koşulları Antarktika’yı birçok araştırma için olduğu gibi uzay araştırmaları için de eşsiz bir analog saha kılmaktadır.