Ay’ın Yüzeyindeki Gizemli Yansıtıcılar

Yazan: Ümit Sözbilir

Düzenleyen: Alper Topal

Özet: Ay’ın yüzeyinde insan yapımı olan birden fazla yansıtıcı olduğunu biliyor muydunuz? Peki bu yansıtıcıları kimler ne zaman yerleştirdi ve amaçları neydi?

Giriş

Ay’a insanlı ilk ziyaret her ne kadar Amerika Birleşik Devleti’nin düzenlediği Apollo görevleriyle olsa da insansız görevlerin ilk kez başarıyla gerçekleşeni Sovyetler Birliği tarafından yürütülen Luna 2 görevidir. Daha öncesinde Amerika ve Sovyetler Birliği tarafından yapılmak istenen birçok görev başarısız olmuştur. [1] Peki ya bu görevlerden Apollo 11’de Ay’ın yüzeyine bir adet yansıtıcı ayna konulduğunu biliyor muydunuz? 1969 yılında gerçekleşen Apollo 11 görevinde Ay’da gerçekleşen depremleri ölçmek ve Ay ile olan uzaklığımızın düzenli ölçümlerini sağlamak adına ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) diye bilinen “Apollo Ay Yüzeyi Deneyleri Paketi” Ay’ın yüzeyine yerleştirildi. Bu deney paketindeki diğer cihazları başka bir yazıda ele alacağız. Şimdi Ay Lazer Menzil Deneyi diye geçen (Lunar Laser Ranging, LLR) deneye odaklanalım. 

Ay’ın Uzaklığı Nasıl Ölçülüyor?

LLR aslında dünyanın yüzeyinden Ay’ın yüzeyinde bulunan bir yansıtıcı aynaya gönderilen lazer ışınının dünyaya geri dönmesi ve aradaki mesafenin ölçülmesi prensibine dayanır. Liseden beri öğrendiğimiz, mesafenin aslında hızın zamanla çarpımı olduğu formülü () burada kullanılmaktadır. Yeryüzünden gönderilen lazer ışını ışık hızında hareket ettiği için ≃300.000 km/sa hızla ilerlemektedir. Lazer ışınını Ay’ın yüzeyine gönderip oradan yansıdıktan sonra tekrar ölçtüğümüzde geçen süre ise zaman değerimizi oluşturmaktadır. Bu iki değeri birbiriyle çarptığımızda Ay’ın bize olan uzaklığını elde etmiş oluyoruz. Elbette lazer ışını Ay yüzeyine gidip geri geldiği için elimizdeki zaman değerini 2’ye bölmemiz gerekiyor çünkü hesapladığımız değer aslında toplam (gidiş ve geliş) zamandır. Bu bize kabaca bir süre veriyor ama hassasiyeti arttırmak için denkleme eklenecek birden fazla parametre vardır. Bu parametrelerden bazıları: Ay’ın gökyüzünde o an nerede olduğu, Dünya ile Ay’ın göreli hareketi, Dünya’nın ve Ay’ın dönüşü, librasyon¹, mevsim, ışığın yolculuğu sırasında geçtiği ortamların etkisi, atmosfer etkileri, gözlem istasyonunun konumu ve gelgit etkileri.

Ay ile Dünya arasındaki mesafe değişiklik gösterebilir çünkü periyodik hareketlerinden ötürü ölçümlerin yapıldığı anda farklı konumlarda olabilir. Buna karşın aradaki mesafenin ortalaması ≃385.000,6 km’dir. [2]

Peki Işın Ay Yüzeyine Nereden Gönderiliyor?

Gönderilen ışınlar sadece Amerika’dan değil aşağıdaki listede görüleceği üzere farklı ülkelerden de gönderilmektedir. [3]

• 1969-1985 ve 1985-2013 yılları arasında 2,7 m’lik Harlan J. Smith isimli teleskoba sahip Teksas’taki McDonald Gözlemevi [4] [5],
• 2006-2020 yılları arasında New Mexico’daki Apache Point Gözlemevi (the Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation, APOLLO) [6] [7],
• 1984-1990 yılları arasında Hawaii’daki Lure Gözlemevi [8],
• 1974 yılında ve 1982-1984 yılları arasında Kırım Astrofizik Gözlemevi [9],

• 1984-1986, 1986-2010 ve 2010-2021 yılları arasında Fransa’daki Côte d’Azur Gözlemevi [10],
• 2003-2021 yılları arasında İtalya’daki Matera Lazer Menzil Gözlemevi [11] [12],

• 2018-2021 yılları arasında Almanya’daki Jeodezik Gözlemevi Wettzell [13],
• 2018 yılında Çin’deki Yunnan Astronomik Gözlemevi [14] [15]

Ay’ın Yüzeyine Yerleştirilen Ayna Sayesinde Neler Öğrendik?

• Ay’a olan mesafe milimetrik hassasiyetle ölçüldü. [16]
• Ay’ın, Dünya’dan yılda 3,8 cm hızla uzaklaştığı tespit edildi. [17]
• Ay’ın sıvı çekirdeğinin varlığı, çekirdek/manto sınırı dağılımının etkilerinden tespit edildi. [18]
• Ay’ın, bir veya daha fazla uyarıcı mekanizma gerektiren serbest fiziksel librasyonlara sahip olduğu keşfedildi. [19]
• Ay’ın muhtemelen yarıçapının yaklaşık %20’si kadar bir sıvı çekirdeğe sahip olduğu bulundu. [20]
• Ay çekirdek-manto sınırının yarıçapı da 381±12 km olarak belirlendi. [21]
• Ay’ın serbest çekirdek üğrümü² 367±100 yıl olarak belirlendi. [21]
• Einstein’in kütle çekim teorisi ile Ay’ın yörüngesini tahmin edebiliyorduk ve lazer ışını ile yapılan ölçümler bunları doğruladı. [22]
• Newton’un yerçekimi sabiti G’deki değişimin yılda (2±7)×10⁻¹³ faktörü kadar olabileceği bulundu. [23]

Ayna mı Geri Yansıtıcı mı?

Yazıda kolaylık olsun diye konulan cihaza bazen ayna demeyi tercih etsek de aslında konulan cihaz geri yansıtıcı (retroreflector) ya da köşe küp prizmadır (corner cube prism). Geri yansıtıcılar veya köşe küp prizmalar, herhangi bir gelen ışığı tam olarak geldiği yöne geri döndüren optik cihazlardır. Bir küpün köşe noktası ve karşısına denk gelen diğer iki köşesinden oluşur. Eğer bu üç nokta da yansıtıcı ise gelen ışık huzmesi sırayla her birinden yansır ve 180 derecelik bir dönüş olur. Günlük hayatta bisiklet reflektöründe, arka fren lambalarında veya yol işaretlerinin bir kısmında bu geri yansıtıcıları görebiliriz.

Apollo Görevlerinde Yerleştirilen Yansıtıcıların Farkları Nelerdir?

Apollo 11 görevinde 10✕10 dizisinde 100 köşe küp prizmasından oluşan bir geri yansıtıcı kullanılmıştır. Her köşe küpü erimiş kuvarstan (silika) yapılmış olup çapı takriben 3,8 cm’dir. Geri yansıtıcı palet ortalama 0,45 m²’dir.

Tasarımı, paletin köşe kısımlarındaki sıcaklık değişimlerini en aza indirgemeye yardımcı olacak şekilde yapılmıştır. Bunun nedeni, projenin güneş ışınlarına maruz kaldığı sırada paletin köşelerindeki sıcaklık değişimlerinin, yansıtıcıların yansıttığı ışık miktarını olumsuz yönde etkilemesini önlemektir. Yani, bu tasarım sayesinde paletin yüzeyindeki sıcaklık farkları en aza indirilerek yansıtıcıların performansı mümkün olan en üst seviyeye çıkarılmıştır. [24]

Apollo 14 yansıtıcısı, tasarım açısından Apollo 11 yansıtıcısına çok benzer: 10✕10 kare desende 100 adet köşe küp prizmasından oluşan yansıtıcıdaki her köşe küpün yarıçapı 3,8 cm’dir. 

Apollo 15 görevinde yerleştirilen yansıtıcı 3,8 cm’lik köşe küplerinden 300 tanesine sahiptir. Apollo 11 ve Apollo 14 görevlerinde yerleştirilen yansıtıcılardan 3 kat daha büyüktür. Bu sebepten dolayı şu anda faaliyette olan LLR istasyonları tarafından daha çok tercih edilmektedir. 1994 yılı itibarıyla 8.400 menzil ölçümünün 6.300’ü (yaklaşık %75’i) Apollo 15 yansıtıcısı üzerine yapılmıştır. [25]

Ay Yüzeyine Yerleştirilen Diğer Yansıtıcılar: Rusların Lunokhod Görevleri

Ay yüzeyine sadece Amerikalılar değil Ruslar da yansıtıcı yerleştirdi. Sovyetler Birliği’nin Lunokhod programı kapsamında, Ay yüzeyinde gezinmek ve araştırma yapmak için Lunokhod 1 ve Lunokhod 2 adlı iki uzaktan kumandalı araç gönderildi. Her iki araç da üzerlerinde yansıtıcılar taşıyordu.

Lunokhod 1, Sovyetler Birliği tarafından 1970 yılında başlatılan Lunokhod programının ve Ay’a başarılı bir şekilde indirilen ilk uzay aracıydı. 17 Kasım 1970 tarihinde başarılı bir şekilde Ay yüzeyine inen Lunokhod 1, Sovyetler Birliği tarafından tasarlanan ve inşa edilen bir uzaktan kumandalı araçtı ve Ay’ın yüzeyinde keşif yapmak için tasarlanmıştı. [26]

Ay yüzeyindeki çeşitli özellikleri incelemek ve ölçmek için çeşitli araçlar taşıyan Lunokhod 1, Ay yüzeyinde 10 ay boyunca çalıştı ve toplamda 10,5 km yol kat etti. Bu araçlar arasında yüksek çözünürlüklü televizyon kamerası, spektrometre, mikrofon ve termometre yer almaktaydı. Ayrıca, Ay yüzeyindeki çukur ve kaya örneklerini incelemek için bir sondaj sistemine de sahipti. [26]

Lunokhod 1, Ay yüzeyinde uzun süreli bir keşif görevi yürüten ilk araç olmuştur. Lunokhod 1’in keşifleri, Ay’ın jeolojisi, kimyası ve topografyası hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Lunokhod 1, Ay keşifleri ve uzay teknolojisi tarihinde önemli bir kilometre taşıdır.

Lunokhod 2, Sovyetler Birliği tarafından 1973 yılında Ay’a gönderilen ikinci uzaktan kumandalı gezgin araçtır. Lunokhod 2, Lunokhod 1’in geliştirilmiş bir sürümü olup Lunokhod programının ikinci ve son görevidir. Lunokhod 2, 8 Ocak 1973’te Proton roketi ile fırlatılmış ve Ay’a 15 Ocak 1973’te başarılı bir şekilde iniş yapmıştır. Araç, 4 ay boyunca Ay yüzeyinde keşif yapmış ve 37 kilometre mesafe kat etmiştir. Bu, Ay yüzeyinde bugüne kadar kat edilen en uzun mesafe olarak kaydedilmiştir. [27] [28]

Lunokhod 2, Ay yüzeyindeki çeşitli özellikleri incelemiş, manyetik alanı ölçmüş ve fotoselli spektrometrelerle yüzeyin kimyasal bileşimini analiz etmiştir. Ayrıca, Ay yüzeyindeki kayaların yoğunluğunu ölçmek için nükleer bir beta-gama ölçer kullanmıştır. Lunokhod 2, Ay yüzeyinde faaliyet gösteren son Sovyet keşif aracıdır. Bu yansıtıcılar, Ay yüzeyi ile ilgili jeolojik ve astronomik araştırmalar için önemli veriler sağladılar.

Lunokhod 1 ve Lunokhod 2 Arasındaki Farklar Nelerdir?

5 temel başlık altında bu farklar sıralanabilir.

• Görev zamanı: Lunokhod 1, 1970 yılında gönderilmiş ve 10 ay boyunca Ay yüzeyinde çalışmıştır. Lunokhod 2 ise 1973 yılında gönderilmiş ve yaklaşık 4 ay boyunca Ay yüzeyinde görev yapmıştır. [28]
• Boyut: Lunokhod 2, Lunokhod 1’den daha büyük ve daha kütleli bir araçtı. Lunokhod 1, 756 kg kütlesinde ve 1,35 m yüksekliğindeydi, Lunokhod 2 ise 840 kg kütlesinde ve 1,35 m yüksekliğindeydi. [29]
• Keşif araçları: Lunokhod 2, Lunokhod 1’den daha fazla keşif aracına sahipti. Lunokhod 2, bir manyetometre, bir radyometre, bir lazer röntgen floresans spektrometresi ve bir panoramik kamera gibi çeşitli araçlarla donatılmıştı.
• Yapılan keşifler: Her iki araç da Ay yüzeyinde yüzlerce fotoğraf çekti ve Ay’ın yüzey özellikleri hakkında önemli bilgiler sağladı. Ancak Lunokhod 2, Ay yüzeyinde daha fazla mesafe kat etti ve Lunokhod 1’den daha fazla noktayı keşfetti. Ayrıca, Lunokhod 2’nin manyetometre ve radyometre gibi araçları sayesinde Ay’ın manyetik alanı ve radyoaktivitesi hakkında daha fazla bilgi toplandı.

Bu farklılıkların yanı sıra, her iki araç da Ay keşif çalışmaları için önemli birer kilometre taşıdır ve Ay’ın keşfi için yapılan çalışmaların başarısında önemli bir rol oynamıştır.

Ay’daki Kayıp Robot

17 Kasım 1970’te Ay’ın yüzeyine yerleştirilen Lunokhod 1 aracından 14 Eylül 1971’ten sonra hiçbir haber alınamamıştır. San Diego’daki Kaliforniya Üniversitesinde profesör olan Tom Murphy ve ekibi bu kayıp robotun peşine düştü. 2 yıl süren arama çalışmalarından sonra sonunda Lunokhod 1 robotuna ulaştılar. NASA’nın LRO üzerindeki yüksek çözünürlüklü kameranın iniş sahasının görüntülerini elde etmesiyle gerçekleşti. Kamera ekibi, gezgini, Murphy ve ekibinin aradığı yerden kilometrelerce uzakta olduğu ortaya çıkan, görüntüde güneşli bir benek (sunlit speck) olarak tanımladı. Şimdiye kadar, yansıtıcının kesin konumu bilinmiyordu. [30]

Birçok bilim insanı Lunokhod 1 yansıtıcısının bir kratere düşmüş olabileceğini veya yansıtıcısının dünyaya bakmadığını düşünüyordu. Buna karşın 22 Nisan 2010’da Murphy’nin ekibi, LRO görüntüleri tarafından sağlanan hedef koordinatlarını sıfırlayarak New Mexico’daki Apache Point Gözlemevi’ndeki 3,5 metrelik teleskoptan lazer ışığı atımları gönderdi ve yansıtıcıyı 1 cm hassasiyetle bulabildi. 30 dakika sonra ikinci bir gözlem yapıldı ve alan daha da hassas bir şekilde bulundu. [31]

Murphy, verdiği demeçte şunları söyledi: “Sinyalin gerçek olduğunu çabucak doğruladık ve şaşırtıcı derecede parlak olduğunu gördük: Lunokhod 2’deki diğer Sovyet yansıtıcısından en az 5 kat daha parlaktı ve rutin olarak lazer atımları gönderiyorduk. Lunokhod 2’ye gönderdiğimiz ve geri dönen 750 fotona karşın ilk denememizde Lunokhod 1’e gönderdiğimiz fotonlardan yaklaşık 2.000 tanesi geri döndü. Neredeyse 40 yıllık sessizlikten sonra söylenecek çok şey var.” [31]

Merak Edilen Sorular

Bizler de lazer ışını gönderebilir miyiz?

Hayır, normal bir insan Ay’daki yansıtıcılara lazer ışını gönderemez veya alamaz. Bu işlem yalnızca özel olarak tasarlanmış yüksek hassasiyetli lazerlerle ve özel ekipmanlarla gerçekleştirilir. Ayrıca, yansıtıcılar da sadece yüksek hassasiyetli dedektörlerle algılanabilen çok zayıf ışınları yansıtırlar, bu nedenle normal bir insanın elindeki herhangi bir lazerle yansıtıcılara ulaşması mümkün değildir.

Ay’daki yansıtıcıları büyük teleskoplarla görebilir miyiz?

Hayır, Ay’daki yansıtıcıları büyük teleskoplarla doğrudan görmek mümkün değildir. Yansıtıcılar, yüzeyden yansıtılan çok zayıf ışınları algılamak için özel olarak tasarlanmış dedektörler kullanılarak tespit edilir. Ayrıca, yansıtıcılar Ay’ın yüzeyine yerleştirildiklerinden ve teleskoplar yeryüzünden baktığından, Ay’ın yüzeyinin eğrisi nedeniyle yansıtıcılar doğrudan görülemeyecek kadar düşük bir açıda yer almaktadır.

Moon Trek veya Google Moon uygulamasında Ay’daki yansıtıcıları görebilir miyim?

Moon Trek ve Google Moon gibi Ay haritalama uygulamalarında, Ay’daki yansıtıcıları görmek mümkün değildir. Bu uygulamalar genellikle yüksek çözünürlüklü Ay görüntüleri, topografik haritalar, kraterler ve diğer yüzey özellikleri gibi bilgiler sunarlar. Bu uygulamalar aracılığıyla ancak yansıtıcıların bulunduğu Apollo iniş yerleri ve diğer önemli yerlerin konumlarını bulabilirsiniz.

Bu cihazlar Ay’ın karanlık bölgesinde bulunuyor mu?

Hayır, Ay’ın karanlık bölgesi kütle çekimi kilidinden ötürü Dünya’dan göremediğimiz bir yerdir. Ay’ın kendi eksenindeki dönüşü ile dünyanın kendi eksenindeki dönüş süresi neredeyse aynı olduğu için yani eş zamanlı yörüngeye sahip olduklarından dolayı Ay’ın sürekli aynı yüzünü görmekteyiz. Dolayısıyla Ay’ın karanlık bölgesine yani dünyadan bakılınca göremediğimiz bölgesine bu cihazlardan yerleştirmenin bir faydası olmayacaktır. Ay’ın dünyaya bakan yüzündeki konumları görmek için fotoğrafı inceleyebilirsiniz.

¹ Bir gökcisminin dönme hareketi esnasında yüzey bölgesinde meydana gelen salınım.

² İng. nutation. Yerin dönme ekseninin yaptığı koni hareketindeki dönemsel salınım.