Neden Uydular Dünya’nın Etrafında Farklı Yörüngelerde Görev Yapıyor? (Sesli Yayın)

Dünya’nın Etrafında Hangi Yörüngeler Var?

Uzaya ve bilime meraklı dostlar merhaba! Bilim Genç sesli yayınının bu bölümünde gezegenimizin etrafında, yüzeyden belli yüksekliklerde bulunan ve kullanım amaçları farklı olan yörüngelerden bahsedeceğim. Uzaya farklı amaçlarla gönderilen yapay uyduların ve gözlem araçlarının bulunduğu bu yörüngeleri daha yakından tanımış olacağız.

Yörünge Nedir?

Öncelikle yörünge ne demek? Onu tanımlayalım. Bir nesnenin kütle çekimi nedeniyle başka bir nesne etrafında izlediği bükülmüş yola yörünge denir. Bir gezegenin Güneş etrafında, bir doğal veya yapay uydunun bir gezegen etrafında veya uzaydaki herhangi bir nesnenin daha büyük kütleli başka bir nesne etrafında izlediği yol yörüngeyi temsil eder. Mesela Güneş sistemimiz, her şeyiyle birlikte galaksimiz Samanyolu’nun merkezi etrafında, bir turu yaklaşık 230 milyon yıl süren bir yörüngeye sahiptir.

Bir Nesne Dünya Etrafındaki Yörüngeye Nasıl Oturtulur?

Herhangi bir nesneyi uzaya gönderip Dünya etrafında yörüngeye oturtmak için o nesneye belli bir hız vermeniz ve o hızı bir süre korumanız gerekir. İşte roketler bu işe yarar. Aslında yapılan şeyin ardındaki fizik basittir. Elinize aldığınız bir taşı fırlattığınızda önce biraz yükselir ve daha sonra giderek yükseklik kaybetmeye başlar ve nihayetinde yere düşer. Tüm hareketin geometrisini çizmek isterseniz yaya benzer bir yörünge elde edersiniz. Ancak eğer o taşı yeterince hızlı fırlatabilirseniz onu uzaya gönderip Dünya etrafında tur atmasını sağlayabilirsiniz. Elbette bir insanın bunu yapması imkânsızdır. O nedenle bu amaçla roketleri kullanırız.

Karman Çizgisi Nedir?

Bazı kuruluşlar deniz seviyesinden 80 km yukarıda uzay başlar dese de çoğunlukla kabul edilen uzay sınırı veya bir diğer adıyla Karman çizgisi, deniz seviyesinden 100 km yukarıda bulunur. Karman çizgisi hayali bir çizgidir ve uzayın nerede başladığını belirtmek için kullanılan bir isimlendirmedir. Elbette Dünya atmosferinin tam olarak fiziki bir sınırı yoktur. Ancak yerden 100 km yukarıya çıktığınızda atmosfer çok inceldiği için normal bir uçağın motoru onu havada tutacak kadar itki gücü sağlayamaz. O yükseklikteki bir aracın Dünya etrafında yörüngeye sahip olacak bir hıza ulaşması gerekir. Teknik olarak Dünya atmosferinin sınırı ve uzayın başlangıcı kabaca bu şekilde tanımlanır.

Dünya Etrafındaki Başlıca Yörünge Türleri Nelerdir?

Şimdi Dünya etrafındaki başlıca yörünge türleri ve o yörüngelerin kullanım amaçları hakkında bazı bilgiler vereceğim. Önce Dünya yüzeyine en yakın yörünge olan alçak yörüngeden başlayalım.

Alçak Yörünge Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

Alçak yörünge, yerden 200 km ile 1.000 km arasındaki mesafeyi kapsayan yörüngedir. Örneğin yerden 400 km yükseklikte bulunan Uluslararası Uzay İstasyonu bu yörüngede yer alır. Uzay İstasyonu saniyede ortalama 8 km hızla veya saatte yaklaşık 28.000 km hızla Dünya etrafında tur atar. Yani neredeyse 90 dakikada Dünya etrafındaki bir turunu tamamlamış olur. Uzay İstasyonu dışında yapımı devam eden ve yapılacak diğer uzay istasyonları da yine alçak yörüngede yer alacak. Ayrıca yüksek çözünürlüklü uydular ve yeni nesil hızlı internet erişimi sağlayan uydular da yine bu yörüngede yer alıyor. Dünya’nın etrafında dolanan uzay çöplerinin neredeyse tamamı ise yine bu bölgede yani alçak yörünge sınırları içerisinde bulunur.

Afet izleme, haritacılık, çevre gözlem, şehircilik ve planlama ile ilgili görsel veriler toplayan ve ülkemizin ilk yerli yer gözlem uydusu olan RASAT uydusu da alçak yörüngede bulunuyor. 3 yıl çalışması planlanan ancak beklenenden çok daha uzun süre hizmet vererek 11 yıl boyunca çalışan uydu 2022 yılında görevini sonlandırdı. Bu arada görevine hâlâ devam eden Göktürk uydularımız da alçak yörünge sınırları içerisinde yer almaktadır.

Kutupsal Yörünge Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

Bir başka yörünge türü ise kutupsal yörüngedir. Kutupsal yörünge, alçak yörünge sınırları içerisinde yer alan özel bir yörünge çeşididir. Bu yörüngede hareket eden uzay araçları Kuzey Kutbu’ndan güneye doğru hareket eder. Ancak direkt olarak kutuplardan geçmek zorunda değildirler. İki kutbu birleştiren hayali çizgiye yakın bir yörüngede hareket ederler.

Orta Yörünge Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

Alçak yörüngeden daha ötede ise orta yörünge dediğimiz ve çok geniş bir alan kapsayan başka bir yörünge bulunuyor. Yer yüzeyinden ortalama 20.000 km yükseklikte bulunan ve telefonunuza Küresel Konumlama Sistemi veya kısa adıyla GPS verisini ileten navigasyon uyduları orta yörüngede yer alır. GPS uyduları Dünya etrafında yaklaşık 12 saatte bir tur atar.

Yer Sabit Yörünge Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

Orta yörüngeden daha ötede ise yer sabit yörünge dediğimiz başka bir yörünge bulunuyor. Yer sabit yörünge Ekvator çizgisinin üzerinde ve yer yüzeyinden yaklaşık 36.000 km ötededir. O yörüngede hareket eden bir uydunun yörünge dönemi Dünya’nın bir gününe eşittir. Yani bir uydunun sürekli olarak ülkenizin üzerinde kalmasını istiyorsanız onu yer sabit yörüngeye göndermeniz gerekir. Çünkü yer sabit yörüngeye gönderilen uzay aracı Dünya yüzeyinde sürekli olarak aynı bölgenin üzerinde bulunur. İşte bu nedenle bazı kullanım amaçları için yegâne yörüngedir.

Televizyon yayını yapan uydular, hava durumu uyduları ve bazı askerî uydular bu yörüngede yer alır. TÜRKSAT uydularımız da bu yörüngede bulunuyor. Bu sesli yayının kayıt edildiği tarih itibarıyla yer sabit yörüngede yaklaşık 600 uydu bulunmaktadır. Ömrü sonlanan uydular yer sabit yörüngenin de ötesinde güvenli bir uzaklıkta bulunan uydu çöplüğü bölgesine veya bir diğer adıyla çöp yörüngesine gönderilmektedir.

Lagrange Noktaları Nedir?

Bu yörüngeler dışında Dünya’dan daha uzakta bulunan başka bazı önemli noktalar vardır. Herhangi iki gök cismi arasında 5 adet özel bölge bulunur. Bu bölgeler o iki cismin kütle çekimlerinin nispeten dengede olduğu bölgelerdir. Bu nedenle o bölgeye konulan üçüncü ve daha küçük kütleli bir cisim dengede kalabilir ve diğer iki cisimle birlikte hareket edebilir. Çünkü küçük cisim ile büyük cisimler arasındaki kütle çekimi ve merkezcil kuvvet o bölgede dengede olacaktır. Bu özel noktalara Lagrange noktaları denir. Her ne kadar adı nokta olsa da Lagrange noktaları aslında belli bir büyüklüğe sahip bölgeyi ifade eder. Dünya-Güneş çiftinin 5 adet Lagrange noktası bulunur. Dünya-Güneş doğrultusu üzerinde 3 nokta bulunur. Bu noktalardan Lagrange 1 yani L1 isimli nokta Güneş ve Dünya arasında, Lagrange 2 yani L2 isimli nokta Dünya’nın arkasında ve Lagrange 3 yani L3 noktası ise Dünya’dan bakan biri için Güneş’in arkasında yer alır. L1 noktasına konulan bir uzay aracı sürekli olarak Güneş’i ve aynı zamanda Dünya’yı görür. Güneş gözlem uydusu olan SOHO bu nedenle L1 noktasında bulunur. Sürekli olarak Güneş’i gözler ve aldığı veriyi kolaylıkla Dünya’ya gönderir. Sesli yayınlarımızın önceki bölümlerinden birinde bahsettiğimiz, en büyük uzay teleskobu James Webb, Dünya’dan 1,5 milyon km ötede bulunan L2 noktasında yer almaktadır. Aynı zamanda Herschel, Planck ve GAIA uyduları da bu noktada bulunur. L3 noktası ise Dünya’dan bakış doğrultumuza göre sürekli olarak Güneş’in arkasında olduğu için, Dünya ile iletişim sorunu dikkate alındığında, uzay aracı göndermenin ideal olmadığı bir yerdir. Elbette, eğer Güneş’in arka yüzünü incelemek istemiyorsanız.

Son olarak, Dünya’nın Güneş etrafındaki yörüngesi üzerinde biri Dünya’nın önünde ve diğeri de arkasında olmak üzere Lagrange 4 yani L4 ve Lagrange 5 yani L5 noktaları bulunur.

Lagrange noktaları temel olarak kütle çekimi ve merkezcil kuvvetin dengede olduğu yerler kabul edilse de bu noktalardan üçü, L1, L2 ve L3 noktaları, aslında çok dengeli yerler değildir. Bu nedenle, o noktalara gönderilen uzay araçlarına veya uydulara birkaç haftada bir yörünge düzeltmesi yapılmalıdır. L4 ve L5 noktaları ise diğer üç noktaya göre daha dengeli bölgelerdir. Yani L4 ve L5 noktalarına gönderilen uzay araçlarına veya uydulara sürekli olarak yörünge düzeltmesi yapmak gerekmeyebilir.

Gördüğünüz gibi her yörüngenin kendine özgü bir kullanım amacı bulunmaktadır. Yıldızlar etrafında dolanan gezegenlerden galaksilerin merkezi etrafında dolanan yıldızlara, evrendeki her nesne başka bir nesnenin etrafında dolanma eğilimindedir. Yaklaşık 400 yıl önce gezegenlerin Güneş etrafında nasıl dolandığını anladık. Daha sonra kütle çekimini ve sonra ise genel görelilik ile kütlenin uzay-zaman örtüsünü nasıl büktüğünü öğrenmiş olduk. Bugün ise Dünya etrafındaki yörüngelere sayısız yapay uydu gönderiyoruz. Hatta Güneş sisteminde uzay aracı gönderilmedik gezegen bırakmadık. Uzayda yayılışımız durmaksızın devam ediyor.

Bilim Genç sesli yayınının bir bölümünün daha sonuna geldik. Bu bölümde gezegenimizden belli uzaklıklarda bulunan ve değişik kullanım amaçlarına sahip yörüngelerden bahsettik. Bilim Genç sesli yayınının bir başka bölümünde görüşmek üzere.

Doç. Dr. Selçuk Topal