Ebedi Yoldaşımız, Ay

Gece gökyüzünün incisi Ay, insanlığın her zaman ilgi odağı oldu. Sayısız şiir, şarkı ve sanat eserine konu edilmesinin yanında, daha bilimin tanımı bile yokken bilimsel gözlemlere, araştırmalara ve incelemelere konu oldu. Galileo’nun kendi geliştirdiği teleskobuyla farklı evrelerinde gözlemleyip kayda geçirdiği ilk önemli gök cismi de Ay’dı. İnsanların ortaya çıkıp da gezegen yüzeyini terk edebilecek teknolojiyi geliştirdikten sonra Dünya haricinde ayak basabildikleri tek gök cismi de yine Ay oldu.

Son yıllarda Ay’a olan ilginin artması sonucunda; bilimsel ve teknolojik birçok projenin odağındaki güzel uydumuz hakkında bildiklerimizi bir hatırlayalım istedik. Oluşumu, Dünya yaşamına etkisi ve Ay ile ilgili gelecek planları gibi bazı konulardaki son gelişmeleri sizler için derledik.

Ay’ın Oluşumu

Ay’ın oluşumuyla ilgili en yaygın kabul gören fikir, Dev Çarpışma Hipotezi. Bu hipotez, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, Dünya henüz oluşumunun ilk aşamalarındayken, Mars büyüklüğündeki Theia adlı bir gök cisminin Dünya’ya çarptığını ve bu çarpışma sonrası Dünya’nın mantosundan fırlayan enkazdan da Ay’ın oluştuğunu öne sürüyor.

Dünya ile Theia arasında yaşanan inanılmaz derecede şiddetli çarpışmanın kuvveti her iki gök cisminden de büyük miktarda malzemeyi buharlaştıran büyük bir patlamaya neden oldu. Çarpışma enkazının Dünya çevresindeki yörüngeye fırlatılmasıyla “Dünyayı çevreleyen disk” olarak bilinen bir yapı oluştu. Bir süre sonra bu enkaz, çekim kuvvetleri sonucu bir araya toplanmaya başladı. Yığınlar büyüdükçe diğer kalıntıları da çekmeye başlayarak proto-gezegenler oluşturdular. Bu proto-gezegenler birleşerek büyümeye devam etti ve nihayet, bugün gördüğümüz Ay meydana geldi.

Dev Çarpışma Hipotezi’nin önemli bir yönü, Dünya-Ay sisteminin bazı özelliklerini açıklamaya yardımcı olması. Ay, Dünya’nınkinden daha düşük yoğunlukta ve nispeten küçük bir demir çekirdeğe sahip. Mars büyüklüğündeki bir cismin Dünya ile çarpışması senaryosuna yönelik bilgisayar modellemeleri, çarpan cismin çekirdeğinin muhtemelen Dünya’ya nüfuz edeceğini ve onun çekirdeğiyle kaynaşacağını gösteriyor. Bu, proto-Dünya ile kaynaşmamış püskürmelerden oluşan Ay’ın, diğer gök cisimlerinden daha az metalik demir içermesini gerektiriyor. Bu da Ay’ın, çarpışma sonucu Dünya’nın mantosundan fırlayan enkazdan oluştuğu fikriyle tutarlı. Ay’ın yörüngesinin neredeyse dairesel olması ve Dünya’nın ekvatoru ile aynı düzlemde yer alması da Ay’ın Dünya’nın çevresinde dönen disk benzeri bir yapıya fırlatılan enkazdan oluştuğu görüşünü destekliyor.

Çarpışma Hipotezi’ne yönelik itirazların temel kaynağı ise Ay ve Dünya’nın element bileşimi arasındaki fark. Bazı elementler Dünya’ya kıyasla Ay’da daha yüksek oranda, bazıları da çok daha düşük oranda bulunuyor. Örneğin, Ay’ın manto katmanı, Dünya’nınkine kıyasla daha yüksek oranda demir içeriyor. Yine de şimdilik en yaygın kabul gören senaryo bu. Fakat tabii ki Ay’ın oluşumu konusunda yıllar içinde öne sürülmüş başka görüşler de var. İşte bunlardan birkaçı:

Birlikte Oluşum Hipotezi: Bu hipotez, Ay’ın Dünya ile aynı zamanda, Güneş Sistemi’nin geri kalanını oluşturan aynı gaz ve toz bulutundan oluştuğunu ileri sürüyor. Bu senaryoya göre Ay, Dünya’ya yakın bir bölgede oluşmuş ve yavaş yavaş bugünkü konumuna doğru göç etmiş bir gök cismi. Fakat Ay’ın bileşiminin bazı özellikleri bu fikri oldukça geçersiz kılıyor.

Fisyon Hipotezi: Bu senaryo, Ay’ın bir zamanlar Dünya’nın bir parçası olduğunu ve Dünya’nın hızlı dönüşü nedeniyle uzaya fırlatıldığını öne sürüyor. Bu hipoteze göre Ay, başlangıçta Dünya’nın mantosunun bir parçası olan malzemeden oluşmuş olmalıydı. Fakat Ay’ın bileşiminin Dünya’nın mantosundan az da olsa farklı oluşu, bu hipotezle pek bağdaşmıyor.

Yakalama Hipotezi: Bu önerme, başlangıçta uzayda serbest yüzen bir nesne olan Ay’ın sonradan Dünya’nın çekim kuvveti tarafından yakalandığını söylüyor. Bu hipoteze göre Ay, Güneş Sistemi’nin başka bir yerinde oluşmuş ve Dünya’nın yörüngesine çekilmiş olmalıydı. Fakat Ay’ın yörüngesinin neredeyse dairesel oluşu ve Dünya’nın ekvatoruyla aynı düzlemde yer alışı, bu senaryonun gerçeklik ihtimalini düşürüyor. Ayrıca bilinen en eski Ay kayacının 4,3 milyar yaşında (Dünya’dakilerle benzer yaşta) olması, Ay’ın Dünya’dan önce oluşmuş olamayacağını gösteriyor.

Çoklu Etki Hipotezi: Ay’ın, daha küçük nesnelerle çoklu çarpışmalar yaşayan Dünya’dan atılan enkazdan oluştuğunu öne sürüyor. Bu fikre göre Ay, tek bir yıkıcı çarpışmadan ziyade, zaman içinde bir dizi çarpışmanın sonucu oluştu. Hâlâ tartışılan ve henüz yaygın şekilde kabul görmemiş bir senaryo.

Ay’ın oluşumu, yıllardır hem bilim insanlarının hem de genel kamuoyunun hayal gücünü ele geçiren büyüleyici bir konu. Kalan belirsizliklere rağmen, Dev Çarpışma Hipotezi, en yakın göksel komşumuzun nasıl ortaya çıktığına dair şimdilik en ikna edici açıklamayı sunuyor.

Ya Ay olmasaydı?

Bir gök cisminde canlılığın oluşabilmesi için en önemli iki gereklilik; çekirdeğinin hemen dışında sıvı bir katmanın bulunması ve etrafında dönen bir uydusunun olması. Çekirdeğin dışındaki sıvı katman, Güneş’in zararlı ışınlarından koruyan bir manyetik kalkan oluşmasını sağlıyor. Bu, meydana gelen moleküllerin çok kısa süre içinde parçalanmadan kalabilmesi için şart. Uydunun görevi ise bazı koşulların kararlı kalabilmesini sağlamak. Peki, Ay nelerin kararlı kalabilmesini sağlıyor?

Ay ilk oluştuğunda Dünya’ya çok daha yakındı. Hatta biraz fazla yakındı. O dönemde Dünya kendi çevresinde oldukça hızlı dönüyordu, bir gün yaklaşık altı saatti. Aynı dönemde, Ay’ın Dünya üzerindeki gel-git etkisi de çok yüksekti. Çok daha sık ve çok güçlü gel-git hareketleri gerçekleşiyordu. Fakat birçok araştırmacıya göre, yaşamın ilk adımı sayılan nükleik asitlerin (RNA ve DNA’nın) öncül moleküllerinin oluşumu da bu süreçteki hızlı yapım-yıkım tepkimeleri sonucu mümkün olabildi. Jüpiter’in uydusu Europa’nın yaşam kanıtları bulunması bakımından güçlü bir aday sayılmasının nedeni de bu. Europa’da sık ve büyük gel-git olayları yaşanıyor -fakat buradaki sert koşullar nedeniyle, ortaya çıkabilecek canlılık molekülleri büyük olasılıkla yeterince uzun ömürlü olamıyorlar.

Ay’ın çekim etkisi Dünya üzerindeki suyu tutmaya çalıştıkça, Dünya hafif hafif yavaşlamaya başladı. Böylece Dünya’da günler uzadı, gel-git hareketleri biraz daha kararlı hâle geldi, iklim koşulları da yumuşadı. Fakat Ay’ın Dünya’dan zaman içinde uzaklaşması sürecinde sert iklim değişimleri yaşandı. Bu sürecin bir kısmında Dünya’da yaşam artık ortaya çıkmıştı ve canlılar bu iklim değişimleriyle başa çıkabilmek için göç ettiler. Bu da, tür sayısının yükselmesini sağladı. Ay’ın Dünya üzerinde yarattığı gel-git etkisi de tür sayısının artışına yardımcı oldu. Ay’ın şu anki konumunda yarattığı gel-git etkisinin bir diğer sonucu ise ekvator bölgesindeki ısının her iki kutup bölgesine iletimi. Bu etki olmasaydı ekvator bölgesi fazla sıcak, kutup bölgeleri de fazla soğuk olacak ve birçok türün devamı tehlikeye girecekti.

Ay’ın en önemli etkilerinden biri de Dünya’nın ekseni üzerindeki eğimini (tilt) uzun vadede kararlı tutması. Dünya’nın ekseni üzerinde dimdik değil de 23,5 derecelik hafif bir eğimle durması, mevsimlerin ve iklimlerin var oluş nedeni. Ay’ın varlığı sayesinde, bu eğim yüzbinlerce yıl içinde sadece 1 derece kadar değişiyor (bir ileri bir geri olacak şekilde). Bunun sonucunda da iklimler kararlı bir seyir izleyebiliyor. Ay olmasaydı, eksen eğiminde 10 derecelik değişimler olabileceği öngörülüyor. Bu da canlılığın çok zor dayanabileceği, çok ciddi iklim değişiklikleri demek.

Bunların dışında, kuşlar başta olmak üzere birçok türün göç örüntüleri için Ay’ın varlığı büyük önem taşıyor. Daha da önemlisi, birçok canlının yaşam döngüsünde Ay’ı temel alan biyolojik ritimler var. Ay olmasaydı belki de canlılık çok daha farklı bir evrimsel çizgiyi izleyecek ve insan dâhil birçok tür ortaya çıkmayacaktı.

Boyut, bazen önemlidir…

Güneş Sistemi’nin diğer gezegenleriyle kıyaslama yaparsak; Dünya aslında çok da büyük bir gezegen değil. Fakat uydusu olan Ay oldukça büyük, hatta gezegeniyle oranı bakımından, Güneş Sistemi’ndeki en büyük uydu. Kaya yapıdaki diğer gezegenleri düşünelim; Merkür ve Venüs’ün uydusu bulunmazken, Mars’ın iki uydusu ise oransal olarak çok küçük.

Dünya eğer Çarpışma Hipotezi’nin önerdiği gibi Mars büyüklüğünde bir gök cismiyle çarpışmasaydı şu anki kütle ve hacmine ulaşamayacaktı. Bunun sonucunda çekirdeği dışında sıvı bir katmana sahip olamayacak ve atmosferinde oksijeni tutamayacaktı. Elbette, Ay da bu kadar büyük olamayacak ve Dünya üzerinde böyle bir dengeleyici etki gösteremeyecekti.

Araştırmacıların bulguları, kütlesi Dünya’dan altı kat daha büyük olan kaya gezegenlerin başka bir büyük gök cismiyle çarpışması sonucu çevrelerinde tamamen buhar yapıda diskler oluşabileceğini gösteriyor. Kütlesi Dünya’dan büyük olan tüm buz gezegenler için de aynı durum geçerli. Tamamen buhar yapıdaki diskler, oransal olarak büyük uydular oluşturma kapasitesine sahip değiller.

Bazı uzmanlar canlılık için büyük bir uydunun varlığının şart olmadığını düşünseler de, bunun bazı süreçleri hızlandırdığı ve kararlı duruma getirdiği konusunda hemfikirler. Bu nedenle, Dünya dışında yaşam arayışlarında çoğu zaman potansiyel uydu varlığı ve büyüklüğü de göz önünde tutulan kıstaslar arasında.

Ay’a dair bildiklerimiz

Ay’ın yaklaşık 56 km kalınlığındaki kabuğu temel olarak oksijen, silisyum, demir, kalsiyum ve alüminyum elementlerinden meydana geliyor. Fakat hidrojen, potasyum, toryum, titanyum ve uranyum gibi elementleri de eser miktarda içeriyor. Tüm bu elementlerin bulunma yüzdeleri, Dünya ve Ay’da farklı. Ay’ın manto tabakası 900 km, oldukça sıcak çekirdeği de 768 km yarıçapında. Toplam yarıçapı ise 1.738 km. Depremler sadece Dünya’mıza özgü değil. Oluşum şekilleri farklı olsa da, Ay’da da depremler olduğu ölçümlerle kanıtlandı. Ayrıntıları şu yazımızda okuyabilirsiniz.

Dünya’nın sadece yüzde 2’si büyüklüğündeki Ay’ın kütlesi de Dünya’nın yaklaşık 80’de biri kadar. Bu küçük kütlesi nedeniyle kütle çekimi de Dünya’nın yaklaşık altıda biri. Bunun sonucunda da gazları tutamıyor, atmosferi hemen hemen yok, suyu yüzeyinde biriktiremiyor ve gece-gündüz sıcaklık farkları da çok yüksek. Öyle ki, ekvatorunda sıcaklıklar gündüz 130°C, gece ise -200°C civarı. Çin’in Chang’e 4 aracının yaptığı ve 2020 yılı sonlarına doğru yayınlanan ölçümlere göre, yüzeyindeki radyasyon seviyesi de Dünya’daki insanların maruz kaldığından yaklaşık 200 kat daha fazla.

Dünya çevresinde saatte ortalama 3681 km hızla dönerek bir tam turu 27 gün, 7 saat, 43 dakika ve 11,5 saniyede tamamlıyor. Kendi etrafındaki dönüş süresi de buna neredeyse eşit olduğundan Ay’ın hep aynı yüzünü görüyoruz.

Ay, bizler için gece gökyüzündeki en parlak cisim olsa da, aslında diğer cisimlere göre oldukça koyu renkli. Gök cisimlerinin parlaklıklarını değerlendiren “albedo” sistemine göre Ay, Merkür gezegeni ile beraber Güneş sistemindeki en karanlık cisim.

Boş ve ıssız görünümüne rağmen, Ay’da su bulunduğunu artık biliyoruz. Ay yüzeyinin sürekli gölgede kalan ve bu nedenle çok soğuk olan bölgelerinde tespit edilen buz halindeki su,  yüzeyin üzerinde ve altında toz ve mineraller içinde hapsolmuş halde. Ay’daki suyun yüzeye kuyruklu yıldızlar tarafından getirildiği düşünülüyor.

Ay’da yaşam hazırlıkları

Peki, insanlığın Ay’da yaşaması mümkün olacak mı? Biliyoruz ki yaşam için gerekli en önemli ön koşul su. Taşıma suyla uzay gemisi döndüremeyeceğimiz için her şeyden önce Ay’da bir su kaynağı olup olmadığını öğrenmek gerekiyordu. Şanslıyız ki NASA’nın 2020 yılında gerçekleştirdiği SOFIA görevi, Ay’ın yüzeyindeki toz parçacıklarının üzerinde ve etrafında su olabileceğini tespit etti. Daha önceki teoriler, Ay’ın Güneş ışığı almayan kısımlarında donmuş su bulunabileceği gibi olasılıkları öne sürüyordu. Hindistan Uzay Araştırmaları Kurumu ve NASA’nın 2009 yılında yürüttüğü çalışmalarsa, Ay’ın güneş ışığı alan bölgelerinde de oksijen ve hidrojen molekülleri olduğunu gösterdi. Ay’ın her daim karanlık bölgelerinde buz formunda su olduğu 2018’de kesinleşti, 2020’de ise her bir metreküp Ay toprağından yaklaşık 350 ml su çıkarılabileceği anlaşıldı. Özetlersek, Ay’da hayatta kalmak için ihtiyaç duyacağımız suyu yanımızda götürmemiz gerekmeyecek gibi görünüyor.

Ay’da hayatta kalmanın bir diğer önemli ön koşulu ise gıda üretimi. Düşük yer çekimli ortamda daha önce gıda amaçlı bitki üretimi denemeleri gerçekleşmiş olsa dahi, muhtemelen bu konuya ilişkin en önemli gelişme 2022 yılında yaşandı. Bilim insanları, Ay’dan getirilen regolit içinde bitki çimlendirmeyi başardılar. Regolit, Ay yüzeyindeki ana kayaçların üzerini kaplayan, kırık kayalar, taşlar ve tozdan oluşan gevşek toprak örtüsü. Bitkilerin gelişmesi için dışarıdan sıvı formda besin maddesi verilmesi gerekse de, Ay toprağına ekilen tohumların neredeyse tamamı çimlendi. Yani, Ay toprağında bitki de yetişebiliyor. Ayrıca, henüz nasıl çıkarılacağı tam olarak bilinmese de Ay toprağının %40-45 civarı oksijen barındırdığı öğrenildi. Dolayısıyla yakıt olarak kullanmak, hatta nefes almak için gereken oksijeni de Ay üzerinden sağlamamız mümkün.

En ilgi çekici sorulardan biri insanların Ay üzerinde nasıl barınaklar inşa edeceği. En önemli mesele hangi inşaat malzemelerinin nasıl kullanılacağı. Su ve gıda gibi konularda olduğu gibi, inşaat için de gerekli malzemenin Ay yüzeyinden temin edilmesi şart; çünkü Dünya’dan malzeme taşımak, belki ilk aşamalar için mümkün olsa dahi, uzun vadede sürdürülebilir değil. Bu konuda şu an en ideal görünen yöntem ise basitçe, üç boyutlu yazıcılar kullanarak yapılar inşa etmek. NASA bünyesinde de çalışan Berok Khohnevis’in bu alanda yürüttüğü çalışmalar epey ilgi görüyor. Ay toprağını ısıtarak çimento-harç benzeri bir macun kıvamına getiren ve bu malzemeyi üç boyutlu yazıcılarda yapı malzemesi olarak kullanan teknolojiler inceleniyor. Benzer bir yöntemle yapılarda kullanmak için Ay tuğlaları da yapılabilir. Bu işlem için gereken ısıyı sağlamak amacıyla güneş ışığını odaklayan aynalar ve mercekler kullanılabilir.

NASA gibi, Avrupa Uzay Ajansı da Ay’da bir köy kurma hayaliyle yanıp tutuşuyor ve uzun vadeli altyapı çalışmaları tartışılıyor. İletişim ve erişim hatları, Güneş enerjisinden elektrik, su ve oksijen gibi kaynaklar düşünülüyor. Artemis Program’ıyla Ay’a yeniden dönüş konuşulurken, önümüzdeki on yıl içinde bir Ay köyü kurmak henüz mümkün olmasa da, tekrar eden ziyaretler sayesinde bunun için gerekli alt yapıyı oluşturma mümkün gibi.

Ay İçin Gelecek Planları

Ay için çeşitli uzay ajansları ve özel şirketler tarafından önerilen birçok gelecek planı var. Dikkate değer olanların başında NASA’nın Artemis Programı geliyor. Artemis Programı, 2024 yılına kadar Ay’a ilk kadını ve bir sonraki erkeği indirmeyi hedefliyor. Bu, 1972’deki Apollo 17 görevinden bu yana insanların Ay’a ilk ayak basışı olacak. Ay geçidi istasyonunun kurulması, ayrıca bilimsel ve ticari faaliyetler için Ay altyapısının geliştirilmesi de dahil olmak üzere, on yılın sonuna kadar Ay’da kalıcı ve sürdürülebilir tesisler inşa edilmesi hedefleniyor. Bu programın ayrıntılarını, geçtiğimiz yıl ayrıntılı olarak incelemiştik.

Ay, bilimsel araştırmalar için değerli bir kaynak. Bu nedenle jeolojisini, mineralojisini ve diğer yönlerini incelemek için de birkaç görev var. Örneğin, NASA’nın Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) görevinin, Ay’ın yüzeyindeki su buzunun dağılımını incelemek için 2023’te başlatılması planlanıyor.

Ay yüzeyine, özellikle Dünya’dan görünmeyen “arka” yüzüne teleskop yapılması da birçok kez gündeme geldi ve farklı fikirler önerildi. Bir Ay teleskobunun ana avantajı, atmosferik türbülans ve ışık kirliliği gibi Dünya’daki teleskopları etkileyen pek çok rahatsızlıktan korunacak olabilmesi. Bu da gökbilimcilerin, evreni benzeri görülmemiş bir netlik ve ayrıntıyla gözlemlemelerini sağlayacak.

Şu an için gerçekleşmeye en yakın Ay teleskobu projesi NASA ve DOE (ABD Enerji Bakanlığı) ortak çalışması ürünü olan Lunar Surface Electromagnetics Experiment – Night (Ay Yüzeyi Elektromanyetik Deneyi – Gece) cihazı. LuSEE-Night, Ay’ın uzak yüzünde, evrenin oluşumundan 380.000 ile 400 milyon yıl sonrası arası, Karanlık Çağlar diye adlandırılan dönemden kalma radyo sinyallerini dinleyecek. Göreve 2025’te başlaması planlanan LuSEE-Night, daha ileri seviye teleskoplar için bir araştırma adımı olarak düşünülüyor.

Öte yandan SpaceX, Blue Origin ve Astrobotic gibi birkaç özel şirket yakın gelecekte kendi Ay görevlerini başlatmayı planlıyor. Bu “ticari” Ay görevleri, bilimsel deneyler yapmak için Ay’a uzay aracı göndermeyi ve potansiyel olarak Ay madenciliği operasyonları kurmayı kapsayacak.

Bazı şirketler, bireylerin Ay’a seyahat ederek ilk elden deneyim yaşayabilecekleri Ay turizmi fikrini de araştırıyor. Konsept henüz erken aşamalarda olsa da çok fazla ilgi görüyor ve önümüzdeki on yıl içinde gerçeğe dönüşebilir.