teknoloji

Dünya Neden bir Hapishanedir ve Nasıl Kaçabiliriz? (Kurzgesagt) | Video

 

Kurzgesagt ekibi bu videolarında roketlerin nasıl çalıştığını ve daha en başından neden roketlere ihtiyaç duyulduğunu açıklıyor.

 

İyi seyirler…

 

-oo-

 

Bizler Dünya’da tutsağız. Evren ise bize asla gidemeyeceğimiz yerleri göstererek bizimle alay ediyor. Ancak, eğer türümüzün bir geleceği olacaksa hapishanemizden kaçmalıyız.

Peki bizi burada tutan şey ne?

Görünen o ki bizim evrene 4.5 milyar yıllık borcumuz var. Evrende kütlesi olan her şey, kütlesi olan diğer her şeyi çeker. Bu görüngüye kütleçekimi diyoruz. Büyük bir kütleye ne kadar yakınsan çekim gücü o kadar artar. Bu, etki bizi Dünya’ya hapseder. Kendimizi bir kütleçekimi hapishanesinde ya da kütleçekimi kuyusunda olarak düşünebiliriz. Bu kelimenin gerçek anlamıyla bir kuyu değildir ama nasıl işlediğini anlamak için kullanışlı bir benzetmedir. Kütleçekim hapishanesinde olmak kütleçekimine enerji borçlanmış olmak anlamına gelir.

Ancak nasıl enerji borcunuz olabilir?

Çünkü evrende hiçbir şey hız ve yön değiştirmek istemez. Hareket etmemeye ikna etmenin yolu ise enerji vermektir. Milyarlarca yıl önce güneş etrafında yörüngede olan trilyonlarca ve trilyonlarca parçacık gezegen oluşturana kadar yörüngede kaldı. Bu süreçte enerji kullandı ve şu an bir parçası olduğumuz kütleçekimi kuyusunu yarattı. Kuyuda ne kadar aşağıdaysan o kadar enerji borçlusun demektir. Eğer yeterli enerji bulamazsan, ne yaparsan yap çıkamazsın. Çünkü senin içindeki atomlar, evrenin bu hale gelmesi için enerji harcamış olduğu toz bulutunun bir parçasıydı.

Tüm bunları tekrar özetleyelim.

Evrendeki nesneler hareket etmeyi sevmiyor. Bunun için onları enerjiyle ikna etmeniz gerek. Kütleçekimi gezegenimizin parçalarını birlikte hareket etmeleri konusunda ikna etmek için enerji kullanmıştı. Bu, aynı zamanda bizi hapseden bir kütleçekim hapishanesi yaratmış oldu. Kaçmak için bunu enerji olarak tekrar ödememiz gerek.

Peki bunu nasıl yapabiliriz?

Uzaya çıkmak için enerji değiş tokuşlarından oluşan karmaşık süreçlerden geçmemiz gerekiyor. Bu amaçla negatif potansiyel enerji geri ödeme makinaları inşa ediyoruz; bunların sıkıcı olan diğer adı “roket”tir. Roketler, temel olarak kontrollü bir şekilde patlamak için insanlığın bildiği en yüksek enerjili kimyasal tepkimeleri kullanır. Bu kimyasal enerjiyi kinetik enerjiye çevirir. Bu tepkimenin atılması dışarı doğru yönlendirilir ve bu da roketin kendisini Dünya’dan uzağa doğru itmesini sağlar. Çok miktarda enerji harcayarak kütleçekimsel potansiyel enerjimizi artırırız, ki bu kütleçekimine olan borcumuzu ödediğimizi söylemenin yalnızca karmaşık bir yoludur. Ancak aslında durum bundan oldukça daha karmaşık.

Yörüngeye çıkmak için yakıt kullandığınızda, oldukça fazla miktarda enerji, ısıya, egzoza ve atmosfer sürüklemesine gider; bu nedenle de çok daha fazlasına ihtiyaç duyarsınız. Ve radyoaktif, son derece patlayıcı ve tehlikeli olan büyük miktarda yakıtı görev yükünün hemen yanına yığıp patlatamazsınız. Karmaşık ve roketinizin çok ağır olmasına neden olan kontrollü bir yanmaya ihtiyacınız vardır; bu da roketinizin daha da ağır olması anlamına gelir.

Bir şeyin ne kadar fazla kütlesi varsa, onu hareket etmeye ikna etmek için o kadar fazla enerjiye ihtiyacınız vardır; bu nedenle de roketinizi kaldırmak için daha fazla yakıt gerekir. Ama eğer daha fazla yakıt gerekiyorsa, bu, yakıtı taşıyabilmek için daha büyük bir roketiniz olması gerektiği anlamına gelir! Ancak bu da roketinizin daha ağır olmasına ve bu nedenle de daha fazla yakıta ihtiyaç duymanıza ve bu nedenle bunu taşıyabilmek için de daha büyük bir rokete ihtiyaç duymanıza neden olur ve bu böylece gider. Bu deliliğin sonunda, fırlatma için, yaklaşık olarak görev yükünüzün 100 katı bir ağırlığa ihtiyaç duyarsınız. Örneğin (bir Avrupa roketi olan) Ariane 6, 800 ton ağırlığında olacak ve yaklaşık 10 tonu yer eşzamanlı geçiş yörüngesine veya 20 tonu orta yörüngeye çıkarabilecektir.

Ancak bir roketin üretebileceği itiş gücünün bir sınırı vardır; yani sonrasında kalkış yapamayacağı bir maksimum ağırlık bulunur. Çok fazla ağırlık eklerseniz, kalkış yapamaz. Dolayısıyla daha büyük ve daha büyük yakıt tankları inşa edemezsiniz. Roket denkleminin azizliği budur ve bu, uzay uçuşunun hiçbir kolay bir hale gelmeyeceği anlamına gelir.

Ama durun, aslında durum daha da kötü. Uzaya çıkmış olmak yeterli değildir – uzaya çıktığınızda hâlâ kütleçekim hapishanesindesinizdir ve bu nedenle Dünya’ya geri düşebilirsiniz. Uzayda kalmak, uzaya ulaşmaktan çok daha zordur. Bir süre boyunca kalabileceğiniz stabil bir konuma ulaşmak için, roketin düşük yörüngelerden birine ulaşabilmesi gerekir. Bunun için yüksek miktarda kinetik enerjiye ihtiyaç vardır ve bu da aşırı derece hızlı gitmek anlamına gelir. Yaklaşık 100 km’lik bir yükseklikte, bu 8 km/s’dir. 28.000 km/s’lik bir hız, Dünya’nın çevresini 90 dakika içinde kat edilebileceği kadar yüksektir.

Burada bir hile yapabiliriz. Dosdoğru yukarı uçmak yerine, yana doğru gidebiliriz!

Dünya bir küredir. Bu nedenle yana doğru yeterince hızlı gidiyorsanız (Dünya’ya doğru düşüyor olsanız bile) yerin eğriliği nedeniyle yere çarpmazsınız. Bu nedenle, atmosferin dışında (yaklaşık 100 km yukarıda) olduğunuz sürece, burada, yörüngede kalabilirsiniz. ISS’in yaptığı şey budur: Dünya’nın çevresi boyunca düşüyor olmak ve hızını korumak zaman zaman enerji harcamak… Bu yörüngelere gerçek ölçeklerinde bakarsak, yakın yörüngenin, Dünya’ya gülünç derecede yakın olduğunu görürüz. Diğer gezegenlere doğru harekete geçebilmek için, örneğin uydularda olduğu gibi, bir kez daha enerji borcu ödemesi yapılması gerekir. Yörüngeye çıkmak şu an için uzay uçuşlarının en zorlu kısmı. Örneğin: Mars’a bir roket göndermek istiyorsak, enerjinin yarısı yalnızca yörüngeye ulaşabilmek için gereklidir, ve diğer yarısı da Mars’a olan 55 milyon km’yi kat etmek için.

Bu nedenle, daha verimli olmak için, roketler dev bir tek parça halinde inşa edilmezler. Bunun yerine çok-aşamalı roketler kullanırız. Boş bir yakıt deposunu taşımamız gerekmez, bu nedenle roketler bunları bırakır. Günümüzdeki roketler, yükseldikçe iticilerini aşamalı olarak bırakırlar ve her aşamanın kendi iticileri, motoru ve yakıtı bulunur.

Uzaya çıkmak işte bu nedenle zordur.

Eğer tüm bunlar size karmaşık geldiyse, üzülmeyin. Bu kelimenin gerçek anlamıyla roket bilimi!

 

-oOo-