Uzay Meteorolojisi Nedir?

     Genel olarak Uzay Meteorolojisine; “Zamana bağlı olarak, uzay ortamındaki değişimin, yer tabanlı teknolojik sistemlere, insan yaşamına ve sağlığına olan etkilerini inceleyen bir disiplin” diyebiliriz.

      Uzay Meteorolojisinin etkilerini sosyal ve ekonomik olarak iki başlık altında sınıflandırılabilir. Sınıflandırılan bu etkilerin vereceği zararı azaltabilmek için uyarı, öngörü sistem ve modellerine ihtiyaç vardır. Günümüzde Uzay Meteorolojisi uzay çalışmalarının tartışılmaz bir bölümünü oluşturmakta ve yer tabanlı teknolojik sistemlerin uzay meteorolojisine ihtiyacı artmaktadır.

Uzay Meteorolojisini Etkileyen Temel Faktörler

       Uzay Meteorolojisinde, birinci dereceden etki oluşturabilecek kaynak bize en yakın yıldız olan Güneşimizdir. Güneş sürekli olarak iyonlardan oluşan parçacıkları uzaya saçmaktadır, saçılan bu parçacık demetlerine “yıldız veya Güneş rüzgarı” denmektedir. (Hanslmeier 2004).

        Güneş rüzgarı, değişken bir karaktere sahip olmasının yanı sıra, Güneş aktivitesindeki temel değişime bağlı olduğundan ve temel değişimin günümüzde elde edilen verilerin yorumlanması sonucunda, 11 yıllık bir Güneş etkinlik döngüsüne sahip olduğu bilindiğinden, Güneş etkinliğinin yıl bazında öngörülmesi mümkün hale gelmiştir. Ancak kısa süreli durumlar ve döngülerin şiddeti tam olarak aydınlanmamıştır.

        Uzay meteorolojisi araştırmalarında Güneş ana kaynaktır. (Hanslmeier 2004).

       Güneş sisteminde Uzay Meteorolojisini etkileyen diğer kaynaklar mikro göktaşları ve uzay enkazlarıdır. Güneşimizin yanı sıra Uzay Meteorolojisini etkileyen diğer faktör yıldızımız dışındaki kaynaklardan gelen radyasyon ve iyonize parçacıklardır. Bu kaynaklar; yakın yıldızlar, Samanyolu galaksisi, galaksi dışındaki diğer galaksi ve kaynaklardır (Karadelikler, vb).

Uzay Meteorolojisinin Etkilediği Alanlar

        Uzay Meteorolojisinin sosyal ve ekonomik anlamda etkileri mevcuttur. Bu etkiler, teknolojinin vazgeçilmez olduğu günümüzde çok daha önem kazanmıştır. Uzay Meteorolojisinin etkileyeceği alanlar, uzay ve yer tabanlı olarak iki ayrı başlık altında toplanabilir;

Uzay tabanlı alanlar; Uzay Çalışmaları, Uydu Sistemleri, Küresel Konumlandırma Sistemleri (GPS).

Yer tabanlı alanlar; İnsan Sağlığı, Hava taşımacılık sektörü, Enerji Nakil Hatları, Petrol Boru Hatları, Jeofizik Çalışmaları, İklim olarak alt başlıklarda incelenebilir.

     Teknolojinin ilerlemesi, elektronik cihazların daha küçük etkilere karşı daha fazla duyarlı hale gelmesine neden olmaktadır. Elektronik alanında, transistörlerin nano ölçekte üretilmesi ile bu teknolojiyi kullanan cihazlara olan etkisinin artması olarak da yorumlanabilir.

Uzay Tabanlı Alanlar

Uzay Meteorolojisinin Uzay Çalışmalarına Etkisi

      Uzay Meteorolojisinin en önemli kaynağı olan Güneşin etkinliği, uzay çalışmalarını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu etkilerden en önemlisi Güneşin oluşturduğu “Güneş rüzgarındaki” yüklü parçacıkların uzay araçlarının yüzeyinde oluşturduğu yüklenmeler ve daha enerjik parçacıkların araç içerisine kadar ulaşarak cihazları ve insan sağlığını etkilemesidir. Ayrıca Güneş lekelerinden kaynaklı olan, Güneş parlamalarının oluşturduğu X-ışını demetlerinin uzay aracının içerisine kadar ulaşarak çalışmaları olumsuz yönde etkilemektedir. (Hanslmeier 2004)

Uzay Meteorolojisinin Uydu Sistemlerine Etkisi

         Günümüz Dünyasındaki teknoloji gücünü uydu sistemleri üzerinden almaktadır. Uydu sistemleri temel olarak; Haberleşme, TV, Radyo yayın, Meteoroloji, Konum Belirleme, Uzaktan algılama, Askeri İstihbarat, Bilimsel Araştırma sistemleri olarak sınıflandırılabilir.

      Uydu sistemleri Güneşten kaynaklı etkilerden dolayı kısmen veya tamamen devre dışı kalabilmektedir. Devre dışı kalma durumunun oluşturduğu zarar ilgili uydunun kullandığı hizmetin önemine göre küresel ölçekte etkiler oluşturabilmektir.

    Temel olarak Güneşten uydu gövdesine ulaşan yüklü parçacıkların oluşturduğu potansiyel fark, uydunun elektronik sistemlerinde şarj ve deşarjlara sebep olmakta, bu dolma ve boşalma akımlarının şiddetine göre aracın seyir, kontrol ve diğer sistemlerinde hayalet komut adı verilen program hatalarından, devre yanmalarına kadar tahribatlara neden olmaktadır. Ayrıca şiddetli X-ışınları elektronik devre elemanlarına ciddi zararlar da vermektedir.

      Uyduların devre dışı kalmaması için, ilgili uydu operatörleri tarafından gerçek zamanlı olarak Güneş etkinliği takip edilerek uydunun etkilenebileceği ciddi durum ve konumlarda uydu uyuma durumuna geçirilmektedir. Ancak devre dışı bırakmak da yeterli olmayabilmektedir.

Uzay Meteorolojisinin Küresel Konumlandırma Sistemleri Üzerine Etkisi

      Küresel konumlandırma sistemi (GPS) günümüzün vazgeçilmez servisleri arasındadır.

     Küresel yer belirleme sistemi ya da küresel konumlandırma sistemi düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağından oluşmaktadır. Sistem uydular arasındaki mesafeyi ölçerek Dünya üzerindeki yeri belirli bir hassasiyet ile ölçmeyi mümkün hale getirir. GPS sistemi yer ve uzay bölümü olarak iki kısımdan oluşur. Uzay bölümü, 24 uydunun 18’i aktif 6’sı yedek olarak konumlandırılmasından oluşur ve sistemin merkezidir. Uydular yüksek yörünge adı verilen 20.000 km üzerindeki bir yörüngede bulunur. Yer üzerindeki bir alıcının en az 4 uyduyu görmesi konum belirlemek için yeterlidir. Yer bölümünde kontrol birimi mevcuttur, bu birim (Dünya üzerinde 5 istasyon bulunmaktadır. Yer istasyonları; Hawai, Kwajalein, Colorado Spring(Ana merkez), Ascension adaları ve Diego Garcia’da bulunmaktadır. GPS uydularının sürekli izleyerek, doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlayarak, gerekli zamanlarda kalibrasyon işlemleri gerçekleştirir.

     GPS sistemleri Güneş aktivitelerinden temel olarak iki şekilde etkilenmektedir. Sistemin omurgası uydulardan oluştuğundan yukarıda da bahsettiğimiz nedenlerden uydular kısmen veya tamamen devre dışı kalabilir. Bunun yanı sıra Güneşte meydana gelen X-ışını parlamalarının Dünya atmosferinin iyonosfer katmanında oluşturacağı ani iyonizasyonlar ve manyetik alandaki salınımlardan kaynaklı akım bölgelerinin oluşturduğu etkilerden dolayı GPS sinyallerinde yerel bozulmalar meydana gelmektedir.

    GPS sisteminin etkilenmesinin ikincil etkileri haberleşme, taşımacılık ve güvenlik alanlarını anında etkileyebilmektedir. Sistemin etkilenme süresi ikincil etki derinliğini arttırmaktadır.

Yer Tabanlı Alanlar

Uzay Meteorolojisinin İnsan Sağlığına Etkisi

Güneşin oluşturduğu radyasyonun büyük bir kısmı manyetosfer ve üst atmosfer tarafından filtre edilir. Ancak Güneş etkinliğindeki dönemlik ve ani artışlar, yeryüzüne ulaşan radyasyon miktarında da artışa neden olmaktadır. Radyasyonun özellikle iyonize edici morötesi dalgaboyundaki şiddet artışı, canlı DNA’sında hasarlara neden olabilmektedir. Bu etki yükseklik arttıkça ve enlem azaldıkça artmaktadır. Güneş döngüsü 24 (Solar Cycle 24) ile 2013-2014 yılları arasında maksimum noktaya ulaşacak Güneş etkinliği, Güneş lekelerinden kaynaklı UV miktarında artış meydana gelecektir. Ayrıca, Dünya manyetik alanındaki salınımlar ile İnsan biyolojik saat arasında ilişki olduğuna dair araştırmalar yapılmaktadır. Örneğin yüksek enlemlerde melatonin sentezi ve manyetik alan ilişkisi, buna bağlı olduğu düşünülen intihar ilişkisi araştırılmaktadır.

Uzay Meteorolojisinin Hava Taşımacılık Sistemine Olan Etkisi

Uzay Meteorolojisini takip eden sektörlerden birisi hava taşımacılığıdır. Yüksek irtifa ve yüksek enlemlerde Güneş etkinliklerinin önemi artmaktadır.

Yüksek irtifada atmosfer kalınlığı azaldığından Güneşten gelen iyonize edici ışınımların etkisi artacaktır. Yüksek irtifanın yanı sıra uçuş süresinin artması ile alınan radyasyon dozu da artmaktadır. Ancak asıl tehlike Güneşten kaynaklanan yüklü parçacıklar ve ışınım şiddetinin ani olarak artması sonucunda alınan radyasyon dozunun artmasıdır. Yüksek enlemlerde ise alınan radyasyon dozu daha da artabilmektedir. Çünkü Dünya manyetik alan çizgilerinin yoğunluğu kutuplarda artmaktadır, bu sebeple Güneşten gelen parçacıklar Dünya atmosferine yoğun olarak bu bölgelerden girmektedir. Bunun en iyi göstergesi Aurora olaylarıdır. Parçacıkların üst atmosferde etkileşmesi ile oluşan parlamalara Aurora adı verilir. Eğer bu parlamalar kuzey yarım kürede meydana geliyorsa “Aurora Borealis”, Güney’de meydana geliyorsa “Aurora Australis” adı verilir.

Hava taşımacılık sisteminde ikinci bir risk kullanılan modern teknolojidir. Kullanılan elektronik donanım üzerinde oluşacak ani akım yüklenmeleri ve devre elemanı bozulmaları uçuş güvenliğini azaltmaktadır. Buna sebep olacak durumlardan birisi ise kozmik radyasyondur.

Bu risklerin azaltılması için hava taşımacılık sektörü, Uzay meteorolojisi verilerini de takip ederek (G ve S indeksi, NOAA), ciddi durumlarda uçuş koridoru değişiklikleri ve gerekli durumlarda uçuşların ertelenmesini sağlamaktadır. 2009 ~ 2014 yılları arasında Güneş aktivitesindeki artışa bağlı olarak, bu türden değişiklikler beklenmektedir.

Uzay Meteorolojisinin Enerji Nakil Hatları üzerine Etkisi

Güneşte meydana gelen etkinlik artışları Enerji Nakil Hatlarını da etkilemektedir. Bu etkiye en iyi örnek, 1989 yılı Mart ayından meydana gelen Güneş fırtınası gösterilebilir. Süper fırtına olarak da adlandırılan Güneş fırtınası sadece 90 saniye sürdü, Güneş fırtınasının neden olduğu jeomanyetik fırtına ise Kanada Hidroelektrik santrali olan Quebec Enerji Nakil Hattı sistemini, 9 saat devre dışı bırakarak, milyonlarca insanı elektriksiz bıraktı. Bu kesintinin oluşturduğu maddi kayıp ise yüz milyonlarca dolar olarak hesaplanıyor. (Hanslmeier 2004)

Peki enerji nakil hatları, Güneş fırtınalarına neden bu kadar duyarlı ? ;

Enerji Nakil Hatları yüzlerce kilometre uzunluğunda iletken tellerden oluşmaktadır. Bu iletken teller az değişim gösteren bir Dünya Manyetik alanının etkisindedir. Bu etki manyetik alanın düşük ve çok az değişken olmasından dolayı tehlikeli boyutlarda değildir. Ancak bir Güneş fırtınasını oluşturan, X-ışını parlamaları ve yüklü parçacıkların oluşturduğu rüzgar Dünyaya ulaştığında ilk etki manyetosfer üzerinde olmaktadır. Dünya manyetik alanı küresele yakın olma eğilimli iken, jeomanyetik fırtına durumunda manyetik alan kalınlığı, Güneş yönünde azalırken, Güneşin tersi yönünde ise artmaktadır.

Manyetik alandaki değişimin hızına bağlı olarak yeryüzündeki iletkenler üzerine indüksiyon akımları meydana gelmektedir. Bunun sebebi değişken bir manyetik alanın olmasıdır. Buna bağlı olarak enerji nakil hatlarında taşınan akımın yanında ikincil, üçüncül, vb akımlar oluşmakta, bu da transformatörler üzerinde harmoniklere neden olmaktadır. Harmonikler transformatörler üzerinde kayıpları arttırarak ısınma ve sargılar üzerinde yanmalara neden olmaktadır. Dünya manyetik alanındaki ani değişimlerden oluşan bu akımlara GIC ( Geomagnetic Induced Currents – Jeomanyetik olarak İndüklenmiş Akımlar) adı verilir. GIC’in tehlikesi, frekansı ve şiddeti ile ilişkilidir. Frekans ne kadar az ise, yani doğru akıma yakın ise transformatör üzerinde oluşacak etki o ölçüde yüksek olmaktadır. Örneğin, yaklaşık 1,6 kilometrelik tel başına 2 – 10 V potansiyel fark oluşturacak, birkaç mHz’lik bir GIC, tel üzerinde 100 A’lik indüksiyon akımı oluşturabilmektedir. Bu akım transformatörü tüketme yönünde çalışmaktadır.

Bu akımlar yüksek enlemlerde daha da tehlikelidir. Bunun sebebi Dünya manyetik alan çizgilerinin kutuplara yakın bölgelerde sıklaşmasıdır, bu sıklaşma ani salınımlarda daha büyük genlikli akımları indüklemektedir.

Uzay Meteorolojisinin Petrol Boru Hatlarına Etkisi

Jeomanyetik fırtınalar, yani Dünya manyetik alanında ani meydana gelen salınımlar, kilometrelerce uzunluktaki petrol boru hatlarında indüksiyonlara neden olarak, buna bağlı hızlı korozyonlar oluşturmaktadır. Özellikle yüksek enlemlerde bu etkiler daha da artmaktadır. Bu etki temel olarak Petrol hatlarında korozyonun önlenmesi için kullanılan “katodik koruma” adı verilen yöntemi etkilemesinden kaynaklıdır.

“Katodik korumada” boru hattı ile toprak arasına sabit bir gerilim uygulanarak paslanmanın önüne geçilmesi hedeflenir. Ancak jeomanyetik fırtına durumunda bu gerilimin yanında, jeomanyetik kaynaklı yıkıcı girişim yapan bir gerilim daha oluşarak bu sistemi bozmaktadır. Bu da petrol boru hatlarının ömrünü azaltmaktadır.

Uzay Meteorolojisinin Jeofizik Çalışmalarına Olan Etkisi

Jeofizik çalışmalarında, Dünya manyetik alanı da aktif bir şekilde kullanılmaktadır. Burada farklı kayaçların farklı manyetik geçirgenliğe ve elektrik alanına sahip olmasından dolayı, manyetik alandaki değişim miktarları 3 boyutlu bir derinlik görüntüsü verebilmektedir. Bu yöntem petrol araştırmalarından, deprem araştırmalarına kadar oluşan bir uygulama alanı bulmaktadır.

Ancak burada manyetik alandaki değişimlerin olmadığı veya değişimin bilindiği düşünülmektedir. Hâlbuki manyetik alan Güneşte gerçekleşen aktivitelere bağlı olarak değişmektedir. Bu değişimler ölçüm işlemlerini güçleştirmektedir. Günümüzde yapılan yeni çalışmalarda Güneş etkinliğinin şiddetinin öngörülebilmesi ve ayrılabilmesi daha detaylı veriler alınabileceğini göstermektedir.

Bu veriler özellikle petrol kaynaklarının araştırılmasında kullanılmaktadır.

Uzay Meteorolojisinin İklime Olan Etkisi

Özellikle Güneşin 11 yıllık döngüsünden kaynaklı değişim ve buna bağlı olan Güneş lekesi sayısındaki değişim Güneşin çevresine yaydığı ışınım miktarındaki değişimin de bir orantısını vermektedir. Güneş lekesi sayısının yüksek olduğu zaman Güneşin çevresine yaydığı enerji miktarında %0,1’e varan artışlar olduğu hesaplanmaktadır.

Güneş ve iklim üzerine en iyi örneklerden birisi “küçük buz çağıdır”. 1400 – 1700 yılları arasında, Kuzey Amerika ve Avrupa’da etkisi hissedilen bu dönemde Güneş üzerindeki leke sayılarında azalma meydana geldiğine dair kayıtlar mevcuttur. Bu bilgi Güneş etkinliği ile iklim arasında belirgin bir ilişki olduğunu göstermektedir.

Uzay Meteorolojisinin Diğer Etkileri

Yukarıda bahsedilen etkilerin yanında Güneş aktiviteleri ikincil çok sayıda alanı etkilemektedir ve teknolojinin hızla ilerlemesi ile bu etkilerin artması beklenebilir. Örneğin, uzay çalışmalarında Ay ve Mars projelerinin önündeki en önemli engellerden birisi, astronotların Güneşten kaynaklı radyasyonlardan nasıl korunacağı üzerinedir.

ayda bir mars yolculuğunda alınacak radyasyon dozu çok büyük miktarlarda olacaktır. Bu tür projelerin zamanlanmasında Güneş döngüsünün rolü çok büyük olur. Yani, planlanan yolculukların aktivitenin az olduğu solar minimum aralığında yapılması öngörülebilir.

Günümüzde, Güneş aktivitesinden kaynaklı etkilerin çok tehlikeli olanları, küresel bir skala ile başarılı bir şekilde sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırma yer ve uzay tabanlı gözlem cihazları ile gerçek zamanlı olarak takip edilerek anında uyarılar üretilebilmektedir.

Uzay Meteorolojisi ile Dünya Atmosfer Meteorolojisi arasındaki en önemli farklılıklar şunlardır;

Meteorolojik durumlar yereldir çok iyi bir şekilde öngörülebilir.

Uzay Meteorolojisi olayları, zaman skalasının çok büyük bir kesitini kapsamaktadır;

Güneş tabanlı bir yıldız rüzgarının neden olduğu manyetik salınımlar birkaç dakika içerisinde başlar ve tüm Dünya manyetik alanını 10 dakika içerisinde etkiler. Bunun yanında yüklü parçacıkların radyasyon kuşağındaki bozunmalar, günler, haftalar hatta aylar sürecek bir aralığa yayılır. (Hanslmeier 2004).

Uzay Meteorolojisinde öngörüler için kullanılan verilerin çok küçük bir bölümü izole edilerek, yer ve uzay tabanlı olarak takip edilebilmekte ve buna bağlı olarak etkilerin karakterize edilmesi güçleşmektedir. Uzay Meteorolojisi için kullanılan etkileri tanımlı verilerin az olması nedeniyle öngörüler güçleşmektedir (Hanslmeier 2004).

İçinde bulunduğumuz dönem Güneş Döngüsü 24 (Solar Cycle 24). Bu döngünün maksimumu 2013’ün Haziranı olarak öngörülmekte.

Leke sayısı Maksimum 64.2 olarak öngörülmekte. Bu sayı son yüzyılın en düşüğü. (Cycle 14)

Kaynak: Haziran 2007-Haziran 2008 dönemindeki güneş aktiviteleri ve dünyaya olan etkilerinin incelenmesi. / Nazım Karadağ

|
____ Innovation Science Labs ____
|