Ana sayfa Bilim Gündemi Allen Kuşakları

Allen Kuşakları

1268
PAYLAŞ

Selçuk Şentürk

Allen Kuşakları olarak bilinen ve Dünya’yı halka şeklinde saran radyasyon alanı, 1958 yılında Dr. Van Allen tarafından Amerika’nın ilk uydusu olan Explorer 1 fırlatıldıktan sonra keşfedilmiştir.1 Dünya’nın etrafında iç içe geçmiş simitler şeklinde bulunurlar ve yüksek seviyede radyasyon içerirler. Radyoaktiflik seviyeleri çeşitli noktalarda değişkenlik göstermekle birlikte bazı dış etmenlerden etkilenebilirler. Dünya’nın manyetik alanı yüzünden oluşan bu kuşaklar, Güneş rüzgârından gelen enerji yüklü parçacıkları içine hapsederler. Bu sayede Dünya’yı hem Güneş’ten hem de diğer yıldızların zararlı ışınlarından koruyan bir kalkan görevi görürler. Ayrıca Kuzey Işıkları’nın oluşmasında Allen Kuşakları’nın büyük oranda etkisi bulunur.

Allen Kuşakları’nın yüksek radyasyona sahip olmasının nedeni hapsettiği iki proton ve iki nötrondan oluşan çekirdeklerdir. Bu yüzden Allen Kuşakları, içerisinde bulunan canlı ve cansız yapılara aşırı derecede zarar verir. Bu nedene dayanarak 1969 yılında Ay’a insanlı iniş yapan Apollo 11’in Ay’a gitmediği ileri sürülmüştür. Ay’a giderken bu kuşakların içinden geçilmesi gerektiği ve bunun zarar görmeden yapılamayacağı öne sürülerek, Apollo 11’in Ay’a iniş yapmadığı iddia edilmiştir. Ancak bu doğru değildir. Çünkü Allen Kuşakları 1958 yılında keşfedilmiştir, dolayısıyla Apollo 11 yolculuğa başlamadan önce NASA’nın bu radyasyon alanlarından haberi vardır. NASA bu radyasyonun etkisini en aza indirmek için Explorer 3, Pioneer 3 ve Luna 1 tarafından kuşaklardaki yoğun ve hafif radyasyon bölgelerini tespit etmiş, olabilecek en az radyasyon maruziyetini sağlayan bir güzergâh seçmiştir. Bu yüzden gidilecek mesafe uzamıştır. Ayrıca radyasyondan korunmak için Apollo 11’e çeşitli maddeler ile kalkan yapılmıştır. Yine de astronotlar bu bölgeden geçerken radyasyona maruz kalmıştır, ancak bu radyasyon sağlığı tehdit etmeyecek kadar azdır.2

Apollo 11’in rotası. NASA’daki bilim insanları kuşaklardan mümkün olan en az seviye radyasyon maruziyeti ile geçebilmek için, resimde koyu renk ile gösterilen radyoaktivite açısından yoğun olan bölgeye fazla yaklaşmadan ilerleyecek bir rota çizdiler. (https://www.popsci.com/sites/popsci.com/files/styles/655_1x_/public/import/2014/image-of-Apollo-11-and-van-allen-belts.gif)

Ayrıca Sovyetler Birliği de Allen Kuşakları’ndaki radyasyonun etkilerini gözlemek amacıyla 1968 Eylül ayında Zond 5’i uzaya gönderdi. Bu uzay aracının içerisinde 2 kaplumbağa, meyve sinekleri, solucanlar, bakteri kolonisi ve bitki tohumları bulunuyordu. Ay’a gönderilen araç Ay’ın etrafında bir tur attıktan sonra başarıyla Dünya’ya geri döndü. Yapılan inceleme sonucu uzay aracının içinde bulunan canlılar hayati bir zarar görmemişti. Artık uzaya insanlı bir uzay aracının gönderilebileceğine ikna olunmuştu.3

Allen Kuşakları kutuplarda yok denecek kadar az iken ekvatorda oldukça yoğundur. Bunun sebebi dünyanın manyetik alanının kutuplarda çok az iken ekvatorda fazla olmasıdır. (https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/van_allen_probes_discov_new_rad_belt_cal.jpg)

Allen Kuşakları’nın yapısı hakkında biraz bilgi edinelim. Allen Kuşakları, temelde iç ve dış olmak üzere ikiye ayrılır.

İç kuşak: Allen Kuşakları’ndan içte olanı, yaklaşık olarak yeryüzünden bin km ile 6 bin km arası bir uzaklıkta bulunur. Güneş etkinliği fazla olduğunda veya Güney Atlantik Anomalisi gibi coğrafi bölgelerde bu uzaklık yeryüzünden 200 km’ye kadar düşebilir.4 Bu iç kuşak, çok büyük miktarlarda KeV enerjiye sahip elektron konsantrasyonları ve enerjileri 100 MeV ve daha fazla olan protonları içerir. Bu parçacıklar güçlü manyetik alan tarafından hapsedilmiştir. Kemerler bazen Dünya’nın merkezinden biraz kayabilir, bu durum gerçekleştiğinde iç kuşak, Güney Atlantik Anomalisi’nde yüzeye en yakın duruma gelir.

Mart 2014’te, iç kuşakta Van Allen Sondaları tarafından zebra çizgilerine benzeyen şekillere rastlanmıştır. Daha sonra yapılan açıklamada, Dünya’nın manyetik alanındaki eğim ve Dünya’nın dönüşünün bir osilasyon üretmesi yüzünden zayıf bir elektrik alanın iç kuşak boyunca sızdığı söylenmiştir. Aslında, zebra çizgileri ionosferik rüzgârların kuşak üzerindeki izleriydi.5

Dış kuşak: Dış kuşak temelde Dünya’nın manyetik alanı tarafından yakalanan yüksek enerjili (0.1 MeV – 10 MeV) elektronlar içerir. Dış kuşak iç kuşaktan daha değişkendir ve Güneş aktivitelerinden gelen etkilerden kolay bir şekilde etkilenir. Yeryüzünden yüksekliği 13 bin km ile 60 bin km arasındadır. Dış kuşak elektronları, Dünya atmosferi ile çarpışmalar, manyetopozda kayıplar ve dışarıya doğru radyal difüzyondan dolayı sürekli olarak uzaklaşır. Dış kemer iç kemerden daha büyüktür ve parçacık hareketleri büyük oranda dalgalıdır. Enerjili parçacıkların akıları, Güneş’in manyetik alanından veya plazmadaki bozukluklar tarafından harekete geçirilen jeomanyetik fırtınalar yüzünden çarpıcı bir şekilde artıp azalabilir. Artışlar fırtına-kaynaklı enjeksiyonlar ve manyetosferin uzantısındaki parçacıkların ivmelenmesinden dolayı meydana gelebilir.4

Kuşaklar temelde iki tane olmasına karşın Nature Physics dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, uzay tsunamisinin sebep olduğu üçüncü bir Allen kuşağı gözlemlenmiştir. Bulgulara göre ultra düşük frekanstaki yoğun plazma dalgaları, dış kuşaktaki radyasyonu belli bir miktarda gezegenler arası uzaya taşıyarak üçüncü yeni bir kuşak oluşturuyor.6

İki kuşağın dışında üçüncü bir kuşak oluşmuştur. (Resim: Yuri Shprits, Adam Kellerman, Dmitri Subbotin/UCLA)

Özetle, Allen Kuşakları yeryüzünden uzaklığı bin km ile 60 bin km arasında değişen ve sınırlarının zaman zaman dış etkilerle esneyebildiği, Dünyamızı hem Güneş’in hem de diğer yıldızların zararlı radyasyonundan koruyan yapılardır. Temelde iki kuşak olsa da son bulgulara göre bazı koşullarda üçüncü yeni bir kuşak da oluşabilmektedir. İlk keşfedildiklerinde insanoğlunun uzaya gitme hayalleri önünde engel gibi dursalar da sonradan onları aşmanın bir yolu bulunmuştur. Öte yandan Allen Kuşakları olmasaydı kim bilir belki de Dünya’da yaşam asla var olmayacaktı.

Kaynaklar:
1) https://www.space.com/33948-van-allen-radiation-belts.html
2) https://www.bilgeyik.com/van-allen-kusagi-319
3) https://en.wikipedia.org/wiki/Zond_5
4) https://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt
5) Lejosne, S., & Roederer, J. (2016). The “zebra stripes”: An effect of F region zonal plasma drifts on the longitudinal distribution of radiation belt particles. Journal Of Geophysical Research: Space Physics, 121(1), 507-518. doi: 10.1002/2015ja021925.
6) Mann, I., Ozeke, L., Murphy, K., Claudepierre, S., Turner, D., & Baker, D. et al. (2016). Explaining the dynamics of the ultra-relativistic third Van Allen radiation belt. Nature Physics12(10), 978-983. doi: 10.1038/nphys3799.