OTOYOLLAR

MANYETİK ENERJİSİ

MANYETİK ENERJİSİ

 

Yıldızımız GüneşDünya'daki yaşamın vazgeçilmez unsuru. Ancak Güneş'in tüm ışınları da yararlı değil. Zira, Güneş, herhangi bir canlıyı çok kısa sürede öldürebilecek dozda ışıma yapıyor. Ayrıca, saniyede 450 km hızla ilerleyen Güneşrüzgârıyla, çok sayıda yüklü parçacık her yöne saçılıyor. Ancak Dünya'yı bu parçacıkların etkisinden koruyacak olan bir kalkanımız var: Dünya'nın manyetosferi

Güneş; elektromanyetik ışımanın en uzun dalga boylu bölümünü oluşturan radyo dalgaları ile görünen ışık ve x ışını gibi ışınımın yanında; plazma olarak adlandırılan elektronların ve iyonların (protonlar ve bazı daha ağır atom çekirdekleri) karışımından oluşan başka bir ışıma daha yapar. Sıcaklığı 100.000 Kelvin'i bulan plazmanın kaynağı,Güneş'in atmosferi yani taç katmanıdırPlazmayı içeren Güneş rüzgârı, saniyede yaklaşık 450 km hızla, gezegenler arası ortamda ilerler. Güneş'ten en azından 70 astronomi birimi(*) uzaklara kadar ulaşabilir.

Güneş rüzgârıDünya'nın yörüngesine ulaştığında, sakin koşullarda iyon ve elektron yoğunluğu 1 cm3e beş parçacık düşecek kadardır. Bu yoğunluk, Güneş'e olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Güneş'in etkinliğine bağlı olarak buyoğunluk belli dönemlerde artar ya da azalır. Koruyucu kalkanlara sahip olsak bile, Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların yaşantımıza olumsuz etkileri vardır. Bu, özellikle elektronik aygıtların yaşantımızın ayrılmaz birer parçası olduğu; uzay uçuşlarının gerçekleştirildiği son birkaç on yılda belirginleşti. Güneş'in etkinliği, radyo ve televizyon yayınlarında parazitlere, bazı elektronik aygıtların bozulmasına; elektrik şebekelerinin aşırı yüklenerek işlemez hale gelmesine yol açabiliyor. Doğal olarak Güneş rüzgârının, yörüngede dolanan uydular üzerinde etkisi daha fazladır. Onların atmosfer gibi bir kalkanları da yoktur. 

Güneş rüzgarlarının dışında, süpernovalar gibi kısa sürede, çok yüksek enerjinin ortaya çıktığı patlamalarda da, çokyüksek enerjili parçacıklar evrenin her yanına savrulur. Bu parçacıklar da, Güneş'ten gelen parçacıklar gibi, canlılar için ciddi birer tehdit oluşturur. Ancak, bu parçacıklar, yeryüzüne ulaştığında, Dünya atmosferindeki gazla etkileşime girerek, enerjilerinin büyük bölümünü yitirir. 

1950'li yıllarda, Güneş'ten yeryüzüne ulaşan parçacıkların sayısında, dönemsel bir değişim olduğu anlaşıldı. Yaklaşık 11 yıllık bir döngüyle Güneş'in etkinliği değişiyor. Bu değişim, yükseklere çıkıldıkça daha da belirgin oluyor. Atmosferindışına çıkıldığında çok daha belirgin oluyor. Atmosferin hemen üzerinde etkinliğin en yüksek olduğu dönemde kozmik ışıma yoğunluğu, en düşük olduğu dönemdekinin iki katını aşıyor. Hatta bu ışımanın yoğunluğuGüneş parlamasısırasında birkaç yüz katına çıkabiliyor.

GEZEGENLER VE MANYETİK ALANLARI

Güneş, enerjisini, çekirdeğindeki nükleer tepkimelerden sağlar. Bu enerjinin, Güneş'in iletken gaz yapısında oluşturduğu çalkantılar, güçlü bir manyetik alana sahip olmasına yol açar. 

Güneş'in yanı sıra gezegenler, nükleer enerji kaynaklarına sahip olmadıkları halde manyetik alana sahiptirler. Bu konuda birden fazla görüş vardır. Görüşlerden bir tanesi, Güneş Sistemi'nin oluşum aşamasına dayanıyor. Buna göre, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, gezegenler soğuyup katılaşmadan önce, Güneş'in güçlü manyetik alanı onları etkileyip, birer manyetik alana sahip olmalarına yol açmış olabilir. Böylece demir gibi bazı mineraller, ya da onları içeren moleküller, manyetik özellikler kazanabilir. Eğer, bir cismin içindeki bu mineraller ya da moleküllerin manyetik kutupları, aynı doğrultuda yerleşmişse, cisim bir mıknatıs olur. 

İkinci görüş ise, gezegenlerin bir dinamo gibi davranarak kendi manyetik alanlarını oluşturdukları yönündedir. Birdinamo için, bir manyetik alan ve bunun içinde elektriği iletebilen dönen bir gövde gerekir. Nitekim Güneş Sistemi'ndeki tüm gezegenler, (belki Venüs hariç) ve pek çok büyük uydu bunu sağlayabilecek yeterli dönme hızına sahiptirler. Ayrıca bu gökcisimlerinin çeşitli katmanları elektriği iletiyor. Bu, Dünya gibi karasal gezegenlerde veuydulardakaya-demir karışımı ergimiş çekirdekleJüpiter ve Satürn'de, basınç ve sıcaklık altında metal özelliği kazanan hidrojenle; ya da Uranüs ve Neptün'de olduğu gibi, su, amonyak ve metan karışımı katmanlarla sağlanıyor.

Manyetik alana sahip, karasal gezegenlerin (MerkürVenüsJüpiter'in uydusu Ganymededinamoları, güçlerini,kütleçekimiradyoaktif elementlerin bozunması ve bazı kimyasal tepkimelerden alıyor olabilir. Dev gezegenlerse, zaten içlerindeki sıcaklığı çok iyi korumuş olduklarından, içerideki çalkantı, yeterli gücü sağlıyor olabilir. Dinamoların nasıl çalıştığına dair oluşturulan kuramlar, genelde karmaşık. Bununla birlikte 1955'te, Eugene Parker'ın ortaya attığı senaryo daha anlaşılır nitelikte. Dönen bir sıvıda olduğu gibi, bir gezegenin içinde ergimiş halde bulunan madde dediferansiyel dönme yapar. Yani, merkezi dış katmanlara göre daha hızlı döner. Bu şekilde hareket eden iletken madde, çekirdekteki manyetik alanı güçlendirir. Eğer bu iletken katmanlar yeterince sıcaksa ve çalkantılıysa, bu da varolan manyetik alanı güçlendirir. Böylece bir gezegen dinamosu oluşur.

"MANYETİK ALAN KALKANI" NASIL OLUŞUYOR?

Manyetik alan, Dünya'nın akışkan olan Dış çekirdeğindekikonveksiyon (dolaşım) akımlarıyla oluşur. Dış çekirdekteki dolaşım zaman içinde, Uyarıcı Dinamo Hareketi denilen manyetik alanımeydana getirir.

Dünya'nın manyetik alanı, her ne kadar içine yerleştirilmiş dev birmıknatıs ile temsil edilebilir gibi görünse de, böyle bir şeyin gerçek olması mümkün görünmemektedir. Dünya, çekirdek kısmında büyük demir rezervlerine sahiptir. Fakat çok yüksek sıcaklıklar,kalıcı mıknatıslığın oluşmasını engeller.

Dış çekirdekteki akışkan mağmanın hareketi, dış bir etki ya da elektrik akımı olmadan nasıl oluşabilir? Bu soru halen cevapsızdır. Bu nedenledir ki, günümüzde yerin manyetik alanının oluşmasını, tutarlı biçimde açıklayan bir teori yoktur. Mevcut teoriler tatmin edici değildir.  

Bir gezegenin manyetik alanı, biraz daha karmaşık olabilmekle birlikte, basit bir çubuk mıknatısınkine benzetilir. Kuzey ve güney olarak adlandırılan iki kutbu vardır. Gezegenlerin manyetik kutupları, genellikle dönüş eksenine yakındır. Dünya'nın manyetik kutbuyla kuzey kutbu arasında 11°, Jüpiter'inkilerde 10°, açı vardır. Satürn'ünkilerse hemen hemen çakışıktır. Uranüs ve Neptün, burada ötekilerden ayrılır. Eksenler arasındaki açı Uranüs'te 58,6°,Neptün'de 46°dır. Manyetik alanların yönlerinin, neden dönüş eksenleriyle çakışmadığı meselesi de pek anlaşılmış değil. Üstelik, Merkür ve Dünya'nın manyetik alanları öteki gezegenlerinkiyle ters yöndedir.

MANYETİK KALKANLAR

Bizi Güneş'ten ve diğer yıldızlardan gelen zararlı ışınımdan koruyan en önemlikalkan, manyetik alandırManyetik alanın, gezegenin çevresinde oluşturduğudoğal kalkana manyetosfer deniyor. Tüm gezegenler için basit bir manyetosfertanımı:

"Bir gezegenin kendi manyetik alanının oluşturduğu, elektrik yüklü parçacıkları içeren katman" şeklinde yapılabilir. Manyetosferlermanyetik alanın yapısına bağlı olarak yaklaşık küresel biçimdedir.

Manyetosferlerin Güneş rüzgârıyla karşılaştığı yerlerde, yay biçiminde bir şok dalgası meydana gelir. Şok dalgalarının oluşabilmesi için bir cismin, ona doğru gelen rüzgâr içinde yayılan dalgalardan daha hızlı ilerlemesi gerekir. Böylece Güneş rüzgârı, karşısındaki manyetik kalkanı fark edemez. Fark edemeyeceği ve çevresinden akıp gidemediği için de onunla çarpışır. Şok dalgasını geçenplazmamanyetik alanın etkisiyle ve Güneş rüzgârının oluşturduğu basınçla, gezegenin arkasında bir kuyrukoluşturur. Dünya'nın manyetik kuyruğunun uzunluğu, birkaç milyon kilometreyi bulabilmektedir. Ayrıca plazmanınDünya'ya en çok yaklaştığı yer, manyetosferin Güneş'e bakan yönüdür. Çünkü burada Güneş rüzgârı manyetosferüzerinde basınç oluşturur ve onu iterDünya'dan bu nokta, yaklaşık 64.000 km uzaklıktadır. Bu, kalınlığı ortalama 300 km olan atmosferle karşılaştırıldığında, çok yukarıda kalır. Bir gezegenin manyetik alanı ne kadar güçlüyse,manyetosfer de o denli büyük olur.

Manyetik alanların dolayısıyla da manyetosferlerin biçimine baktığımızda manyetik alan çizgilerinin, manyetik kutuplarda gezegenlere dik girdiğini görürüz. Bu, manyetik alanın yapısından kaynaklanır. Düzgün yapıdaki manyetik özelikler taşıyan tüm cisimler için geçerlidir. Manyetosferler, önemli miktarlarda plazma içerir. Kutuplarda buplazmakısmen de olsa gezegenle buluştuğundan, atmosferin üst kısımlarıyla etkileşime girer.

DÜNYA'NIN MANYETİK KALKANI "VAN ALLEN KUŞAKLARI"

Kutuplara yakın yerlerde gözlenen, kutup ışıklarımanyetik alanınve manyetosferin varlığını gösteren,belirgin ipuçlarıdır. 1907'de, Carl Stormer adlı bilim adamı, elektrik yüklü parçacıkların,manyetik alan içinde hapsedilebileceğini göstermişti. Herhangi birdurgun manyetik alan içindeki parçacıkların üzerindeki kuvvetler, bu parçacıkların, manyetik alanın içinde, yay biçimli yollar izlemelerine yol açıyordu.  

1958 yılında, ilk uydulardan, Explorer 1 ve 3 uydularının, algılayıcılarıyla yapılan gözlemlerde, James Van Allen ve öğrencileri, Dünya'nın çevresini saran, elektrik yüklü bölgeyi, gözlemeyi başardılar. Daha sonraki gözlemlerde, parçacıkların temelde, iki ayrı bölgede yakalandığı keşfedildi. Bunlar, biri içte, biri de dışta Dünya'yı saran iki kuşakta yoğunlaşmıştı. Bukuşaklara, Van Allen Radyasyon Kuşakları dendi.

Manyetik alandan oluşan manyetik alan çizgileri, Kuzey Kutbu'dan çıkar, dev yaylar halinde Dünya'nın çevresine yayılır ve Güney Kutbu'nda tekrar Dünya'ya girer. Allen Radyasyon Kuşakları'ndaki parçacıkların bir kaynağı da, kozmik parçacıkların ve Güneş'ten gelen yüksek enerjili parçacıkların, atmosferin üst katmanlarından koparttığı nötronlardır.Böylece, uzaya savrulan parçacıkların küçük bir bölümü, elektronlara ve protonlara ayrışır. Bu parçacıkları, manyetik alan hemen yakalar. Parçacıkların manyetosferde ne kadar kalacakları, bulundukları bölgedeki manyetik alanın kuvvetine bağlıdır. Manyetik alan kuvvetiDünya'ya yakınlaştıkça artar.

Manyetosfer, manyetik alan çizgileri, boyunca ilerler. Alan çizgilerinin atmosfere girdiği yerlerde, yani kutup bölgelerinde,yüklü parçacıklar, atmosferin üst katmanlarında, atmosferdekigazlarla etkileşime girer. Bu bölgelerde, kutup ışıklarınıngözlenmesinin nedeni budur. Manyetik alanın, Güneş rüzgarıylakarşılaştığı yerde, yay biçiminde bir şok dalgası oluşur. Yüklü parçacıkların bir bölümü manyetik alan içinde yakalanırken, bir bölümü de bir uçağın çevresinden akıp giden hava gibi,manyetosferin çevresinden akar. Bunun sonucunda, Gezegen'in arkasında, uzunluğu birkaç milyon km.yi bulabilen bir kuyruk oluşur.

SONUÇ

Özetle, Güneş'ten ve uzaydan, Dünyamıza gelen öldürücü kozmik ışınlar, Dünya'nın etrafındaki bu koruyucu kalkanıgeçemezler. Dünyanın onbinlerce kilometre uzağında, manyetik halkalar çizen Van Allen kuşaklarıDünyayı, bu öldürücü enerjiden korumaktadır. Güneş plazma bulutlarının, Hiroşima'ya atılan atom bombasının 100 milyar katına eş değer olduğu hesaplanmıştır.

Van Allen kuşakları gibi, Dünya Atmosferi de, Dünya'yı, uzayın öldürücü etkilerinden korumaktadır. Bir taraftanmeteorlardan korurken, diğer yandan Dünya'nın ısısının ayarlanmasına yardımcı olur ve bizi dondurucu soğuktan korur. Yine atmosfer, bir taraftan ozon tabakasıyla, zararlı ışınları süzerken; diğer taraftan zararsız ışınlara, radyo dalgalarına, görünür ışığa ve belli oranda ultraviyole ışınlarına izin verir. Böylece, bitkilerin fotosentez yapmaları, tüm canlıların yaşamlarını sürdürmeleri ve Gezegenimizde hayatın devam etmesini sağlamış olur. Sonuçta, Dünya'nınüzerinde, kendisini sarıp kuşatan ve dış tehlikelerden koruyan mükemmel bir sistem(koruyucu tavan) vardır.

(*) 1 astronomi birimi: 150 milyon km olan, Dünya-Güneş uzaklığıdır.

Aysel Kargıoğlu 
yaklasansaat.com

2008

Kaynaklar:
1) Bilim ve Teknik, Mart 2000, Haziran 2004.
2) Temel Britannica, C.18.
3) Büyük Larousse, C.15.

Görünüm: Liste / Tablo
Göster:
Sırala: