Marslı Nasıl Kurtulur - GÖKBILIM - FIZIK - KIMYA
Transkript
Marslı Nasıl Kurtulur - GÖKBILIM - FIZIK - KIMYA
Marslı nasıl kurtulur? Teknoloji , zamanla yarışıyor... Önce terzisini değiştirmesi lazım! Şaka bir tarafa, kılık kıyafet meselesine ileride geleceğiz; ama öyle yeni motosiklet alınmış hevesli delikanlınınki gibi vücuda sımsıkı yapışmış, “kırkyama” işi gösterişli giysilerle, film setlerinden çok farklı olan Mars ortamında gezilmez. Çünkü, bırakın Mars’ı, kendi Dünyamızın biraz üzerine çıkıldığında bile yaşama dost olmayan bir ortamla karşı karşıya kalıyoruz. Tabii önce soğuk: eksi yüzlere varan derecelerde vücut sıcaklığını sabit tutmak için ileri teknoloji malzemeler ve özel donanım gerekiyor. İnsan vücudu Dünya’ya göre Bir başka sorun, yeryüzünün 9.80665 m/s2 değerindeki kütleçekimine göre evrilmiş kemiklerimizin, kaslarımızın ve vücut sistemlerimizin, “mikrokütleçekim” denen ağırlıksız ortamda geçirdiği değişimler. Bunların başında kemik yoğunluğunun azalması, ve ciddi kas kaybı geliyor. Kemiklerdeki mineral kaybı nedeniyle Dünyamızda yaşlılarda kemik yoğunluğu yılda yüzde bir azalırken, Mars astronotlarında bu kaybın ayda yüzde 1 olacağı hesaplanıyor. Ayrıca kemik yoğunluğu Dünya’ya dönüşte tümüyle eski düzeyine çıkarılamayacağından, kemiklerin kırılganlaşması ve olası kırıklar, çare aranmakta olan sorunlar arasında bulunuyor. Ağırlıksız ve düşük kütleçekimli ortamlarda hareket zor olmadığından, Dünya’daki kütleçekimine göre evrilmiş olan kaslarda ciddi kayıp oluyor. Gerçi Uluslararası Uzay İstasyonu’nda uzun süreli görevlerde astronotlar, düzenli egzersizle bu etkileri kısmen gideriyorlar ve Mars’ta da Dünya’nınkinin üçte biri kadar da olsa kütleçekimi var. Dolayısıyla Mars astronotları ve öncü yerleşimciler,Dünya’nınkinin altıda biri kütleçekimine sahip Ay’daki astronotlar gibi hoplaya hoplaya yürümeyecekler. Ama, mikrokütleçekimin insan fizyonomisi ve fizyolojisi üzerindeki etkileri tam olarak anlaşılabilmiş değil ve ciddi araştırma konusu olmayı sürdürüyor. Dünya’daki kütle çekiminden önce ağırlıksız ortama, ardından da düşük bir kütleçekimine geçiş, yön bulma becerisini, göz-baş ve göz-el koordinasyonunu, denge duyusunu ve yürümeyi etkiliyor. Ayrıca, Bu arada mikro ve düşük kütleçekim ortamlarında vücut sıvıları yukarıya doğu çıkma eğilimi gösterdiğinden, gözlerde basınç artıyor ve görme bozuklukları ortaya çıkabiliyor. Kemiklerden su ve kalsiyum kaybı, böbrek taşlarının oluşmasını tetikliyor. Uluslararası Uzay İstasyonu’nda uzun süre görev yapmış bazı astronotların dönüşlerinde belirttikleri “uzay sisi” diye adlandırılan dikkat ve bilişsel becerilerde yavaşlama olgusu da Mars yolculuğu gibi uzun süreli görevlerde dikkate alınması gereken sorunlar olarak ortaya çıkıyor. Biriyle bir odada 900 gün yaşadınız mı? Dünya’dan müdahale imkanının bulunmadığı sıkış tepiş bir uzay aracının içinde ya da Mars’ta “ev” görevi gören küçük kabinlerde güç ve yorucu keşif işlerinin ve bilinmeyen tehlikelerin stresli ortamında uzun süre bir arada yaşamanın yol açacağı psikolojik sorunlarını saymıyoruz bile. Bu arada Mars’ta günlerin Dünya’dakilere göre 38 dakika kısa olmasının, vücudun sirkadyen ritmini (gecegündüz döngüsü) etkilemesi, gürültü, ağır iş temposu, monotonluk gibi etkenlerin depresyon, sinir gerilimi ve misyonu tehlikeye sokabilecek ciddi sürtüşmelere yol açabileceği de hesaplandığından, astronotların seçiminde çok titiz olunması, ayrıca bu olasılıklarla başedebilecek şekilde eğitilmeleri gerekiyor. Astronotlara kronik ve acil sorunlara müdahale yeteneği sağlayacak asgari tıp eğitimi verilmesi, planlanan önlemler arasında. LED ışıklandırması ile sirkadyen ritmin yeni koşullara uyarlanması da planlanan önlemlerden biri. NASA ve Avrupa Uzay ajansı ESA, astronotları bu zorlu psikolojik ortama hazırlayarak riskleri minimuma indirmek için astronot adaylarının ya da gönüllülerin uzun süre kapalı ortamlarda yaşadığı deneyler yapıyorlar. Geçtiğimiz yıllarda ESA tarafından gerçekleştirilen ve 6 gönüllününtemsili bir Mars yaşam modülünde 500 gün geçirdikleri deney (Mars-500) bunlardan bir tanesi. ESA tarafından gerçekleştirilen deneyde 6 “temsili” astronot, “temsili” bir Mars yaşam ünitesinde dışarıyla temas olmadan 500 gün geçirdiler. Mikrokütleçekim ortamında uzun süreli kalmanın, vücudun bağışıklık sistemini zayıflattığı da biliniyor. Özellikle Mars’ta uzun süre görev yapacak astronotların ya da kalıcı Mars kolonisi bireylerinin dikkate almaları gereken bir husus da “erken yaşlanma”. Nedeni, hücrelerimizde kalıtım şifremizi taşıyan kromozomların uçlarında bulunan ve insanların yaşam sürelerini belirleyen telomer adlı yapıların uzay ortamında kozmik ışınların bombardımanı altında kısaldığının düşünülmesi. Uluslararası Uzay İstasyonu’nda deneniyor NASA’nın bu sorunlar için hazırladığı çözümler listesinde, vücuttaki kan ve lenf sıvılarının vücudun üst tarafına çıkıp görme bozukluklarına yol açmaması için bacaklara tansiyon ölçme bantları gibi havayla şişen basınç sargıları takılması, böbrek taşı oluşumu riskine karşı potasyum sitrat ve benzeri ilaçlar kullanılması, kemik kaybını önlemek için de biofosfonat ilaçlar bulunuyor. NASA uzmanlarının Mars sorunlarına çözüm için kullandığı bir başka platform da Uluslararası Uzay İstasyonu. Bu mikrokütleçekim ortamında altı aydan uzun süre kalan astronotlarda meydana gelen sağlık ve fizyoloji parametreleri düzenli biçimde izleniyor, ve sorunlar listesindeki maddelere çözüm olabilecek teknolojiler ve deneyler gerçekleştiriliyor. Başarıyla gerçekleştirilen bir deney de LED lambalarının ışığı altında yenilebilir bitkilerin yetiştirilmesi. Küçük güçlüdür (ve tehlikeli)... Ama Mars yolculuğu ve Mars’ta kalış süresince astronotların (ve ileride koloni kuracak yerleşimcilerin) başetmesi gereken en önemli ve çetrefil sorun, uzaydaki tehlikeli “iyonlaştırıcı radyasyon.” İyonlaştırıcı radyasyon, elektron, proton gibi elektrik yükü taşıyan atomaltı parçacıklarla, iyon denen, elektronlarını tümüyle ya da kısmen yitirerek elektrik yükü kazanmış atomlardan oluşuyor. Bu radyasyonun temelde iki kaynağı var. Güneş ve uzayın her tarafından gelen kozmik ışınlar. Güneş, elektrik yüklü parçacıkları, milyarlarca yıldır yüzeyinden uzaya püskürüyor. Bunlar, hidrojen çekirdeği olan ve artı elektrik yüküne sahip protonlar ve helyum çekirdekleriyle, hidrojen atomlarından ve sentezlenerek yüzeye çıkan diğer atomlardan yüksek sıcaklık nedeniyle kopup serbest kalan, eksi elektrik yükü taşıyan elektronlar. Her yöne püsküren ve “Güneş rüzgarı” denen bu kesintisiz parçacık akısı, tabii Dünya üzerine de geliyor. Ancak gezegenimizin güçlü manyetik alanı, bu parçacıkların büyük kısmını bir kalkan gibi perdeleyerek yüzeye erişmelerini engelliyor. Güneş rüzgarındaki parçacıklar, genelde düşük enerjili oldukları için, astronotlar ve uzay araçlarındaki hassas elektronik donanım için fazla sorun oluşturmuyor. Bunlar uzay aracının (genelde aluminyum) çeperlerini ve plastik astarlarını pek geçemiyor. Sorun, bunlar hızlandığında! Dünya’yı koruyor; ama Elektrik yüklü parçacıkları hızlandıran temel iki etmen var: manyetik alanlar ve güneş patlamaları. Doğal olarak güneş rüzgarıyla taşınan ve saniyede 200 ile 1000 km arasında hızlara ivmelenen elektrik yüklü parçacıklar ve genelde Güneş dışı kaynaklı kozmik ışınlar, Dünya’nın manyetik kalkanı içinde Dünya’yı iç içe iki kalın sargı gibi çevreleyen “Van Allen kuşakları” tarafından hızlandırılarak astronotlar ve araçları için tehlike oluşturan yüksek enerjilere eriştiriliyorlar. Yeryüzünün 1000 km üstünden, 6000 km’ye kadar olan iç kuşak, ağırlıklı olarak proton, ve bir miktar da radyasyon sözlüğünde “beta parçacığı” diye de adlandırılan elektron ile, “alfa parçacığı” denen helyum çekirdeğinden oluşuyor. 13.000 km’den 60.000 km’ye kadar olan dış kuşak ise elektronlardan oluşuyor. Her iki kuşakta da parçacıklar, hemen her yönde kaotik bir hareket içindeler. Parçacıkların hız ve enerjileri de, Dünya’nın manyetik alan çizgilerinin dinamiği ve Güneş’teki manyetik hareketliliğe bağlı olarak değişiyor. Gerçi 1969’da ve 1970’lerde Ay’a gönderilen Amerikalı astronotlar bu kuşaklardan geçmişti; ama radyasyonun değişken şiddeti ve Mars astronotlarının uzun süre tıbbi gözlem ve bakımdan yoksun kalacak olmaları, insanlı Mars keşfi projesinin plancılarını düşündürüyor. Güneş’in güç gösterileri Van Allen kuşaklarının ötesinde astronotların ve Mars yerleşimcilerinin maruz kalacakları daha büyük tehlikelerden biri, Güneş’te zaman zaman meydana gelen ve “taçtan kütle atımı” (Coronal Mass Ejection – CME) denen olgu. Şiddetli manyetik fırtınaların sonucu olarak Güneş’in “taç” (corona) denen dış atmosferinden milyarlarca ton elektrik yüklü parçacık içeren plazma bulutları uzaya püskürüyor. Relativistik (Işık hızına yakın) hızla yol alan bu parçacıklar, uzay araçlarının (hafifliği nedeniyle tercih edilen) aluminyum çeperlerini rahatlıkla geçebiliyorlar. Yüksek enerjili bu parçacıklar, ayrıca çeperler içindeki atomlarla da etkileşime geçerek, genelde nötronlardan oluşan “ikincil radyasyon” denen tehlikeli bir parçacık akısına yol açıyorlar. Asıl tehlike Nihayet, Mars kâşiflerinin ve yerleşimcilerinin başetmek zorunda oldukları en büyük ve sürekli tehlike, gökadamız Samanyolu’ndaki başka yıldızlardan, hatta öteki gökadalardan gelen ve “galaktik kozmik ışınlar” denen çok yüksek enerjili elektrik yüklü parçacıklardan kaynaklanıyor. Güneş Sistemi içine düşen galaktik kozmik ışınlar ya da galaktik kozmik radyasyon akısı,yüzde 86 oranında protonlardan, yüzde 11 düzeyinde helyum çekirdeklerinden, yüzde 2 oranında elektronlardan, geri kalanı da ağır element iyonlarından ve elektronların antimaddesi olan pozitronlardan oluşuyor. Güneş’in gezegenlerin çok ötelerine kadar ulaşan manyetik alanı, bu akıyı etkiliyor. Şöyle ki, Güneş’in manyetik faaliyetleri, 11 yıllık bir döngüye göre işliyor. Güneş lekelerinin en çok sayıya eriştiği “Güneş maksimumu” denen dönemde tepe noktasına ulaşan manyetik alan şiddeti, galaktik kozmik ışınlardan görece daha düşük enerjide olanları yollarından saptırarak kalkan görevi yapıyor. Güneş lekelerinin en aza indiği “Güneş minimumu” ise manyetik alanın şiddetinin azaldığı ve kozmik ışın akısının yükseldiği dönem. Gelgelelim, Güneş maksimumu, kozmik ışın akısını görece dizginlerken, bir yandan da zamanı kestirilemeyen taçtan kütle atımlarının en yüksek sayılara ulaştığı dönem. Yine de kozmik ışınımlar daha güçlü ve daha sürekli bir tehlike oluşturduğundan, insanlı Mars seferlerinde bu döngülerin hesaba katılması gerekiyor. Büyük ağırlığıyla protonlardan, kısmen de süpernova patlamalarının ürünü ağır iyonlardan oluşan bu parçacıklar, yıldızlararası manyetik alanların etkisiyle muazzam hızlara ve enerjilere ulaşıyorlar. Bunlar da yüksek enerjilerine koşut olarak çarptıkları atomlarla etkileşerek daha büyük çapta ikincil “parçacık fıskiyelerine” neden oluyorlar. Birincil ve ikincil radyasyonun insan organizması için yarattığı en büyük tehlike, tahmin edilebileceği gibi kanser. Nasıl etkiliyor? Kozmik ışın parçacıkları, çarptıkları kararlı çekirdekleri parçalayarak daha küçük kütleli elementlerin, çoğu kez radyoaktif olan izotoplarına bölüyorlar. Deriyi rahatlıkla geçerek insan vücuduna işleyen yüksek enerjili protonlarla, nötron ve öteki parçalanma ürünü ikincil radyasyon parçacıkları, hücre zarlarında ve sıvılarında yol açtıkları hasarın ötesinde kromozomlardaki DNA moleküllerindeki atomlarla da etkileşerek, DNA sarmalında ki dizilimlerde boşluklar, kesikler ve değişimlere yol açıyorlar. Bu değişimler, özellikle sarmal kollarda birbirine yakın kümeler halinde olursa, DNA’nın tamir mekanizmasıyla düzeltilemiyorlar ve ileriki yıllarda kanserlere yol açabiliyorlar. Çok yüksek doz ve şiddet düzeylerinde alınan radyasyonsa , “akut radyasyon hastalığı” denen ölümcül vakalara neden olabiliyor. Şiddetli radyasyon, DNA hasarının dışında, vücutta reaktif oksijen izotopları oluşumuna da neden olarak kanser riskini yükseltiyor. Kozmik radyasyonun insan sağlığı için taşıdığı riskin düzeyi, akının hacmi, parçacıkların taşıdığı enerji, Güneş döngüsünün durumu, vb. pekçok değişkene bağlı olsa da, 2001 yılında Mars radyasyon ortamını izlemek üzere gönderilen bir uydunun (MARIE) derlediği verilere göre bir insanın gezegenlerarası ortamda bir önleyici kalkanla korunmaması halinde yılda 400900 milisievert (mSv) alacağı hesaplanıyor. Karşılaştırmak için, 1 mSv bir insanın üç göğüs röntgeniyle maruz kalacağı radyasyon. Ortalama yıllık radyasyonsa 2.5 mSv. Astronotların, radyasyon kalkanlarıyla korunmaları halinde bile 12 ayı gidiş-dönüş yolunda uzayda, 18 ay da Mars üzerinde geçirecekleri bir seferde alacakları radyasyon miktarının 500-1000 mSv arasında olanacağı hesaplanıyor ki, bu da ABD Radyasyondan Korunma Önlemleri Ulusal Konseyi’nin alçak Dünya yörüngesinde (500 km) görev yapan astronotların tüm kariyerleri için konan 1-4.5 sievert limitine yakın. Kanser tehlikesi’nin yanı sıra, kozmik radyasyon sonucu merkezi sinir sisteminde oluşacak hasarlar nedeniyle bilişsel yeteneklerde azalma, motor fonksiyonlarda düşme; gözlerde katarakt oluşması, kalp ve dolaşım bozuklukları da dikkate alınması gereken riskler. Doğal ve teknolojik kalkanlar Mars, Dünya’nınkinin 10’da biri kütlesi nedeniyle çok daha önce soğumuş olduğundan, katılaşmış demir merkezinin çevresinde, Dünya’da olduğu gibi içindeki iyonlşamış atomların elektrik yüklerinin hareketiyle bir dinamo etkisi yaratan sıvı demirden bir dış çekirdeği yok. Dolayısıyla Dünya’daki gibi radyasyon akısını kısmen de olsa perdeleyebilecek global bir manyetik alana sahip değil. Ancak yer yer, küçük çaplı manyetik alanları var. Ayrıca atmosferinin yoğunluğu da Dünya’nınkinin yüzde 1’inden daha az. Yani kozmik radyasyonun yıkıcı etkilerine alabildiğine açık. 2030’lu yıllarda Mars’a astronot göndermeyi hedefleyen bir program üzerinde yoğunlaşan NASA, bu tehlikeleri giderecek ya da en azından asgariye indirecek, astronotlara ve öncü yerleşimcilere zorlu Mars ortamında araştırma yapma ve yaşamlarını sürdürme olanağı sağlayacak teknolojiler üzerinde çalışıyor. Bunlardan en acil olanı, tehlikeli uzay radyasyonuna karşı güvenli bir koruma oluşturmak. NASA araştırmacı ve teknisyenlerine göre bunun iki yolu var: Ya kalkanı kalınlaştırmak ya da daha iyi bir malzemeden yapmak. Astronotları taşıyacak uzay araçlarında ve Mars’ta kurulacak yaşam modüllerinde daha kalın duvarlar, daha çok ağırlık anlamına geldiğinden ve büyük maliyet ve mühendislik sorunları anlamına geldiğinden, bir seçenek olmaktan çıkıyor. Daha iyi malzemeye gelince, bunda da anahtar, tehlike oluşturan parçacığa karşı en iyi savunmanın benzer kütlede bir parçacıkla karşı koyma ilkesin. En büyük tehlikenin protonlardan gelmesi, bunlara karşı doğal savunma silahını da ortaya koyuyor: Hidrojen. Hidrojen atomu, en hafif konfigürasyonuyla tek bir proton ve tek bir elektrondan meydana geliyor ve uzayda en bol bulunan madde. Dolayısıyla kozmik ışınlardaki yüksek enerjili protonlara da, onların yolaçtığı ikincil radyasyondaki (hemen hemen aynı ağırlıkta olan) nötronlara karşı da korunma sağlıyor. Hidrojen ayrıca suda ve plastik su şişelerinin yapıldığı polietilen adlı malzemede de çok bol. Ayrıca uzay araçlarının manevra için kullandığı sıvı hidrojen yakıtı da var. Dolayısıyla NASA uzmanlarına göre, uzay araçlarının ve Mars’taki yaşam alanlarındaki su depoları, kozmik radyasyona siper olacak biçimlerde yerleştirilebilir (Özellikle uyuma alanlarının ve mutfağın üzerine) ve kullanımla azalan su hacmi, atık suların işlenmesiyle geri kazanılabilir. Mars astronotlarının ve yerleşimcilerin Mars’ta yerel kaynaklardan elde edecekleri su ve yakıt da yine radyasyonu perdeleyecek konumlarda depolanabilir. Mars yüzeyine indirilecek habitat modüllerinin, üzerlerine yerleştirilecek yakıt ve su depolarıyla kozmik radyasyona karşı korunabileceği düşünülüyor. Umudumuz bor! Ancak, uzay araçlarında alüminyum çeperler içinde polietilen astarları kalınlaştıkça, uzaya fırlatılması için daha fazla roket gücü gerektiren ağırlık da artacağından, NASA araştırmacıları, daha hafif ve daha güçlü radyasyon tutucu malzemeler üzerinde çalışmalarını yoğunlaştırıyorlar. Bunlardan biri, “hidrojenlenmiş boron nitrür nanotüpler” ya da daha kısa adıyla hidrojenlenmiş BNNTler. Bunlar karbon, bor ve azottan yapılı nanoölçekli boyutlarda yapılar. Tüpler arasındaki boşluğa da hidrojen yerleştiriliyor. Bor, ikincil radyasyondaki nötronları çok iyi soğurduğundan, BNTTleri araç içi astarlar için ideal bir malzeme yapıyor. NASA teknisyenleri BNNTleri kumaş haline de getirmeyi başardıklarından,bunlar uzay araçlarının içlerinin kaplanacağı ideal aster malzemesi olarak öne çıkıyorlar Ayrıca nükleer reaktörlerde tepkimelerin düzeyini ayarlayan kontrol çubuklarında kullanılan malzemeler arasında bulunan hafniyum da çok etkili bir nötron tutucu olduğundan, hafniyum bileşimleri de radyasyon kalkanları için akla gelen malzeme adaylarından. Portatif manyetik alanlar! Mars yolundaki astronotları hiç olmazsa galaktik kozmik radyasyonun görece daha düşük enerjili kısmından korumak için üzerinde durulan daha radikal bir düşünce de, uzay araçlarının “aktif kalkanlama” denen bir yöntemle mıknatıslar, yüksek voltaj ve hatta kendi manyetosferleriyle korunmaları. Ancak bunlar için gerekli ekipmanın maliyeti ve aktif kalkan malzemelerinin gerektirdiği güç ve ağırlıkları, gereken büyük hacimler bunları en azından kısa dönem için gerçekçi beklentiler olmaktan çıkarıyor. Yine de NASA, olası aktif kalkan kullanımına dönük olarak süperiletken mıknatıslar içeren yapılar üzerinde çalışıyor. Bu çerçevede, NASA’nın Johnson Uzay Merkezi’ndeki NASA Yenilikçi İleri Konseptler (NASA Innovative Advanced Concepts – NIAC) birimi, Florida’da süperiletkenler üzerinde çalışan Advanced Magnet Lab – AML adlı şirketle bir aktif kalkan projesi üzerinde çalışıyor. AML mühendislerinin küçük çaplı bir prototipini geliştirdikleri kalkan, uzay aracının yaşam bölümünün “şişen mıknatıslarla” çevrilmesine dayanıyor. “Yüksek sıcaklıkta” (-273°C mutlak sıfır yerine -183°C) süperiletken (elektriğe sıfır dirençli) manyetik yüzey (eski kayıt cihazlarındaki ya da müzik kasetlerindeki gibi) kevlar denen çok ince ama güçlü bir elastik malzemeye yapıştırılacak ve uzun silindirler üzerine giydirilecek. Silindire elektrik verildiğinde hiçbir dirençle karşılaşmayan akım, akış yönüne dik manyetik alan yaratan Lorentz kuvveti sayesinde, katlanmış olan kevlar kılıfın şişerek sekiz metre çaplı bir mıknatıs haline gelmesini sağlayacak. Uzay aracının çevresine dizili altı şişme mıknatıs kozmik radyasyona karşı kalkan oluştururken, içerideki yaşam modülünü saran yedincisi de modül içindeki manyetik alanları koruyan bir aktif kalkan görevi yapacak. Giysi mi dediniz? Mars’a gelindi diyelim. Astronotları, görece korunaklı yaşam modüllerinin ve uzun mesafelere gitmek için kullanacakları araçlarının dışında çalışabilecekleri giysiler de gerekli. NASA uzmanları, uzay giysilerinin, “giysi” sözcüğünün çağrıştırdığı gibi gardroptan alınıp giyiliverecek ağırca bir parkadan çok farklı olduğunun altını çiziyorlar. Çünkü Mars yüzeyinde keşif çalışmaları yaparken astronotların üzerlerindeki giysi, onları soğuktan ve olabildiğince radyasyondan koruyacak, hava ve su gereksinimlerini karşılayacak. Dünya atmosferini dengelemek üzere ayarlanmış vücut iç basıncımızı dengeleyecek dış basıncı da sağlayacak. Ayrıca, astronotların çömelip yerden örnek toplayacak kadar esnek olması ve ellerini ve parmaklarını rahatlıkla kullanmalarına imkan sağlaması da gerekiyor. Bu giysilerin tasarımdan ilk prototiplerin üretimine kadar geçen süre 3-4 yılı buluyor. NASA’nın Amex Uzay Laboratuarı’nda sıfır kütleçekim ortamında maksimum hareket sağlamak için geliştirdiği sert kompozit yapıda uzay giysisi AX-5, bir insanın çıplak olarak yaptığı hareketlerin yüzde 95’ini yapabilmesini sağlıyor. Astronot gardrobuna seçilmek için “podyuma çıkan” en yeni aday, Kuzey Dakota Üniversitesi İnsanlı Uzay Uçuşu Laboratuarı tarafından hazırlanan “NDX-1” (North Dakota Experimental – 1) adı verilen ve ötekilere göre daha esnek olan bir uzay giysisi. Giysiyi geliştiren ekibi yöneten Pablo de Leon, bunlar için giysi adı pek uygun değil diyor. “Bir insanı küçük bir yere kapamak çok karmaşık bir iş. Dolayısıyla yaptığımız uzay giysisi aslında minyatürleştirilmiş bir uzay aracı.Üstelik hareketli ve rahat olacak, çalışmanıza engel olmayacak. Yani, bir makinenin çok ötesinde birşey” diyor. Video: https://www.youtube.com/watch?v=CUOxK_sqzmw NASA planlamacı ve teknisyenleri, üniversiteler ve ticari şirketlerle birlikte farklı ortamlar için farklı prototipler üzerinde de çalışıyorlar. Bunlardan biri, Prototip Keşif Giysisi (Prototype Exploration Suit – PXS), NASA’nın planlarına göre Mars’a gidecek astronotları ve kargoları taşıyacak uzay araçlarının montajının yapılacağı (500 km yüksekliğe kadar olan) “Alçak Dünya Yörüngesi”nde ve derin uzayda sıfır ve mikrokütleçekim ortamlarında araç dışı etkinlikler için geliştirilmiş bulunuyor. Giysi basınçlı hale getirilebiliyor. Birçok parçası 3-D yazıcılarca üretildiği içinde, uzay yolculuğu sırasında da astronotların bedenlerine göre “kişiye özel” olarak da üretilebilecek. Halen Uluslararası Uzay İstasyonu’nda uzay yürüyüşleri sırasında giyilenlere kıyasla daha fazla hareket kabiliyeti sağlaması için üzerinde daha az aygıt bulunduruyor. NASA’nın Mars’a gidiş sırasında uzay aracı dışındaki çalışmalar için geliştirdiği giysilerden PXS2. NASA’nın Mars yüzeyindeki araç ve yaşam üniteleri dışındaki basınçsız ve havasız ortamda yapılacak faaliyetler için hazırlattığı uzay giysisinin adıysa Z-2. Daha önceki “yumuşak” Z-1 modelinde olmayan sert kompozit bir üst beden bölümü eklenmiş olan giysiye arkasında bulunan bir pancereden giriliyor. Dolayısıyla, çıkış sırasında araçtaki havanın kaçmasını önlemek için önce “hava kapanı” denen yüksek basınçlı bir odaya girmek gerekmiyor. “Giysi kapısı” (suitport) denen ve bir pano üzerinde bulunan kapıdan, doğrudan giysiye girilip dışarıya çıkılabiliyor. Astronotlara maksimum hareket kabiliyeti sağlayacak şekilde tasarlanmış giysi, bel ve omuzlarından çeşitli bedenlere göre ayarlanabilir olma özelliğini de taşıyor. (Dünya’da) 65 kg ağırlığındaki giysi, benzerlerine göre “hafif” sayılıyor. Ama Mars’taki kütleçekimi Dünya’nınkinin üçte biri kadar olduğundan, astronotlar kendilerini suradan bir askerin yükünü taşıyormuş gibi hissedecekler. MARS yüzeyinde ve uzay ortamında araç dışı etkinliklerde uzay giysilerinin üzerine yerleştirilecek portatif yaşam destek sistemleri NASA’nın Mars yüzeyi için geliştirdiği “yumuşak model” Z-1. de (Portable Life Support System - PLSS) yenilendi. Z-2 için hazırlanan PLSS, astronotlara ortama ve işin gereklerine uygun karışımda bir hava sağlamakiçin 84 seçenekli bir oksijen ayar mekanizması sunuyor. Giysi içindeki nemin de ayarlanabildiği yeni yaşam destek sisteminde karbondiyoksit giderme mekanizmasıysa, eski sistemlerde gereken 14 saat yerine, vakuma tutmakla anında kendini yeniliyor. Bu prototip giysiler, halen birer deney platformu niteliği taşıyorlar. Bugün itibariyle ne uzayda ne de Mars’ta giyilmek için hazır değiller. Gerekli deney ve iyileştirmelerin ardından nihai modellerin testlerinin 2020 yılına kadar hazırlanmış olacağı düşünülüyor. Patates yok, domates verelim... “Marslı” filminde astronot-botanist Matt Damon kendi atıklarıyla gübrelediği toprakta patates yetiştirerek yaşamını sürdürebiliyor. Ama uzmanlar “Mars tarımı”nın astronot ve yerleşimcilerin önüne üzerinden gelinmesi gereken güç sınavlar koyduğu görüşündeler. Çünkü yetiştirdiğimiz, tarımını yaptığımız bitkiler de insanlar gibi Dünya koşullarına göre evrilmişler. Bitkinin yetişmesi için gerekenlerden karbondioksit dışındakiler Mars’ta yok ya da yok denecek kadar az; olanlar da farklı. Bitkiler fotosentez için karbon dioksitin yanı sıra oksijen ve suya, suyu kökleriyle çekebileceği uygun bir toprağa, enerji sağlayacak ışık kaynağına ve belli hava sıcaklıklarına gereksinim duyuyorlar. Bunlar Dünya’da mevcut. Dünya toprağı da azot gibi besleyici maddelerle dolu. Ancak, atmosfer ve topraktaki azot, bitkilere yarar sağlayıcı türden değil. Dolayısıyla bitkiler bu azotu kendilerine uygun bir forma (reaktif azot) çevirerek kullanabiliyorlar. Dünya atmosferinin büyük kısmı azot (%78) ve oksijenden (%21 oluşurken), Mars atmosferi neredeyse tümüyle (%95.3) karbondioksit ve ancak %2.7 azottan oluşuyor. Toprağı deseniz, Ay’daki gibi “regolit” denen ince kuma benzer bir toprak. Sık sık meydana gelen fırtınalarla oradan oraya taşınıyor. Zaten suyu da fazla tutamıyor. Azot zaten yok denecek kadar az. Suya gelince, son yıllarda Mars toprağının bol miktarda su içerdiği belirlendi. Ama su hayli tuzlu. Bir sorun daha var: Mars atmosferinin yoğunluğu, Dünya’nınkinin yüzde birinden daha az. Dolayısıyla normalde suyu sıvı halde tutacak yeterli atmosfer basıncı olmadığından, su ancak buz ya da gaz halinde bulunabilir. Ama Mars’taki su örneklerinde perklorat denen mineral tuzların fazlalığı suyun donma derecesini hayli düşürdüğünden, sıvı su, sıcaklığın -23°C’nin üzerine çıktığı dönemlerde (ekvatorda yazın öğlen) kısa sürelerle yüzeyde var olabiliyor. (Bkz: https://kurious.ku.edu.tr/sites/kurious.ku.edu.tr/files/marsta_sivi_su_-_gokbilim_-_pdf.pdf) Gelgelelim, perkloratlar bitkilerin yetişmesine olumsuz etki yapıyor ve insanlarda sağlık sorunlarına yol açabiliyorlar. Yine de Hollandalı araştırmacılarca Mars ve Ay regolit benzerleri ve düşük kaliteli Dünya toprağıyla ve sınırlı sayıda (16) bitki örneğiyle yapılan ve açık erişimli PLOS ONE sitesinde ve yayımlanan deneyin sonuçları, Mars toprağında , besleyici maddeler olmaksızın da birçok bitkinin, bu arada domates, buğday, havuç ve ve terenin yetişebileceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, deneyde kullanılan azot bağlayıcı bakliyat türlerinin, toprağa reaktif azot aşısı yapabileceğini ve bazı dayanıklı ot türlerinin de, yerleşimcilerin dışkılarının yanı sıra “yeşil gübre” olarak kullanılmasıyla toprağın zenginleştirilebileceğini belirtiyorlar. Ancak, deney Dünya, atmosfer, iklim, ışık ve basınç koşullarında yapıldığından, bu koşulların Mars astronot ve yerleşimcilerince kurulacak sera ya da plastik çadırlarda oluşturulması gerekiyor. ABD’nin UTAH eyaletinde bulunan Mars Çöl Araştırmaları İstasyonu’nda 1970’lerin Viking sondalarınca derlenen verilere göre oluşturulan Mars toprak örnekler üzerinde, araştırmacıların denetimindeki gönüllülerce yerel çöl bitkilerinden, şerbetçiotlarına kadar pek çok bitkinin deneyleri yapılmakta. Kanada’daki Guelph Üniversitesi’nde de araştırmacılar, benzer deneyleri “Mars iklim ve atmosfer koşulları” altında yürütüyorlar. Ancak, Kanada Doğa Müzesi botanistlerinden Paul Sokoloff, gerçekte, en azından ilk başlarda korunaklı, ısı ve hava kontrollü seraların dışında doğal Mars ortamında bitki yetiştirmenin çok daha güç olacağı görüşünde. Araştırmacıya göre, Mars’ın karbon diyoksit soğurup oksijen üreten siyanobakterler ve mikroplar aracılığıyla atmosferinin kalınlaştırıp Dünya’ya benzetilmesi düşüncelerinin gerçeğe aktarılması da yüzyıllar gerektireceği gibi, Güneş rüzgarının erozyonlaştırıcı etkisinin daha güçlü olması nedeniyle başarıya ulaşacağı da şüpheli. Taşıma suyla değirmen dönmez... Eh, tabii astronotlar için görevin sonunda, mutlaka özlemiş oldukları Dünya’ya dönüş var. İleride yerleşimciler için de sürekli ve güvenilir bir enerji kaynağı lazım. Dolayısıyla Mars astronotlarının Kızıl Gezegen’e ayak basar basmaz yapacakları ilk işlerden biri, görevin tamamlanmasının ardından kendilerini Dünya’ya götürmek üzere yörüngede hazır bekleyen dönüş aracına ulaştıracak “yörüngeye çıkış aracı”na dolduracakları sıvı metan/sıvı oksijen yakıtını üretmek. Bunu, NASA tarafından insanlı seferden önce Mars’a indirilmiş olan tesiste, Mars atmosferindeki karbondioksitle yanlarında getirmiş olacakları sıvı hidrojeni tepkimeye sokarak yapacaklar. Ancak bu işi Mars’a iner inmez yapmaları gerekeceğinden, tesis ilk başta nükleer güçle çalıştırılacak. Mars’ın atmosferi yüzde 95.3 karbon dioksit, yüzde 2.7 azot, yüzde 1.6 argon, yüzde 0.13 oksijen, yüzde 0.08 karbon monoksit ve çok daha küçük miktarlarda su, azot oksit, neon, kripton ve ksenondan yapılı. Atmosferde kayda değer miktarda hidrojen bulunmuyor. İhtiyaten yanlarında getirmiş oldukları sıvı hidrojeni bir şekilde kaybetseler bile, gerekli hidrojeni, toprak altında var olduğu belirlenen, ya da kutuplarda bol bulunan su buzundan elektroliz (suyun hidrojen ve oksijen bileşenlerine ayrıştırılması) yoluyla elde edebilecekler. Üretim tesisinde sıvı hidrojenin, atmosferdeki karbon dioksitle “Sabatier süreci” denen bir tepkimeye sokulmasıyla hem yakıt hem de bir ikramiye olarak su elde edilecek. Sabatier sürecinde her bir ton hidrojenden 2 ton metan ve 4,5 ton su üretiliyor. Metan soğutularak depolanırken, elde edilen su da elektrolizle hidrojene ve hem yakıt hem de astronotların yaşam modülü için gerekli oksijene dönüştürülecek. Elektroliz yoluyla, her 4,5 ton sudan 4 ton oksijen ve yarım ton da hidrojen elde ediliyor. Oksijen yine soğutularak depolanırken hidrojen de yeniden Sabatier döngüsüne yönlendiriliyor. Ancak, sıvı metan/sıvı oksijen yakıtı için daha büyük miktarlarda oksijen gerekeceği için (1 ton metanı yakmak için 3,5 ton oksijen kullanılıyor) atmosferdeki karbon dioksit, yüksek sıcaklığa ısıtılmış zirkon hücreler aracılığıyla oksijen ve karbon monoksite ayrıştırılacak. Karbon monoksit atmosfere geri salınırken oksijen soğutulmuş tanklarda depolanacak. Görüldüğü gibi, Mars’a insan ayağının basabilmesi için her şey inceden inceye planlanmış bulunuyor. Ama her plan gibi evdeki hesap çarşıya uymayabilir ve hassas dengeler üzerine kurulu operasyon, bileşenlerden birinde küçük bir arızayla tehlikeye girebilir ve bize yeni bir dünyanın kapılarını açmak görevini üstlenmiş gözüpek öncülerimizi tehlikeye atabilir. O zaman iş Matt Damon’un canlandırdığı Mark Watney gibi “Marslıların” yaratıcılık ve düş güçlerine kalacak. Raşit Gürdilek KAYNAKLAR: “Real Martians: How to Protect Astronauts from Space Radiation on Mars”, NASA, 30 Eylül 2015 “Materials used in radiation shielding”, http://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturingfabricating/radiation-shielding-materials “Fire Away, Sun and Stars! Shields to Protect Future Space Crews” NASA, http://www.nasa.gov/vision/space/travelinginspace/radiation_shielding.html “Radiation Protection”, https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_protection “Cosmic raditionhttp://www.skybrary.aero/index.php/Cosmic_Radiation “University Researchers Test Prototype Spacesuits at Kennedy”, NASA, 18 Aralık 2015 “NASA Unveils New Mars Space Suits”, IFLSCIENCE!, 12 Kasım 2015 https://www.youtube.com/watch?v=CUOxK_sqzmw “Star Trek ‘Shields’ Science Fiction? Not So Fast...”, Spaceflight Insider, http://www.spaceflightinsider.com/missions/human-spaceflight/star-trek-shields-science-fictionfast/ “Active Radiation Shielding Utilizing High Temperature Superconductors”, http://www.nasa.gov/pdf/637131main_radiation%20shielding_symposium_r1.pdf “’The Martyian’: What Would It Take to Grow Food on Mars?”, Livescience, 9 Ekim 2015 http://www.livescience.com/52444-growing-food-on-mars.html “Can Plants Grow on Mars and the Moon: A Growth Experiment on Mars and Moon Soil Simulants”, PLOS ONE, 27 Ağustos 2014 Human Exploration of Mars: The Reference Mission of the NASA Mars Exploration Study Team, Lyndon B. Johnson Space Center, Houston Texas. ,