IO’nun Doğal Radyasyon Emisyonu-2

Jüpiter’in IO uydusuna dair bildiğimiz en önemli özelliklerinden biri doğal radyo emisyonu yapıyor olmasıdır. IO’nun radyoaktif davranışlarından ve bu davranışların sebeplerinden serinin bir önceki yazısında bahsetmiştik.

Jüpiter’in IO uydusu Dünya dışında bilinen tek aktif volkanik faaliyetlerin bulunduğu gök cismi olması ayrıca IO üzerinde doğal radyo emisyonu tespit edilmesinden kaynaklı olarak IO üzerinde uzun zamandan beri kapsamlı araştırmalar yapılmaktadır.

IO’nun özelliklerinin tam anlamıyla anlaşılabilmesi için iki farklı kısımda incelenmesi gerekir. Bu iki kısım, yazının ilk bölümü olarak yayımlanan IO’nun temel özellikleri ve şimdi bahsedileceği üzere IO üzerinde yapılan araştırmalar olarak ayrılabilir. 

Jüpiter’in IO uydusu esasen radyoastronomi için oldukça önemli bilgiler barındırması sebebiyle uzun ve kapsamlı pek çok çalışmanın konusu olsa da bu projelerin arasında, NASA’nın 1988 yılında başlattığı, Jüpiter ve uydusu IO’nun doğal radyo emisyonlarının incelenmesini kapsayan “Radio Jove” projesidir.

Proje başlatılırken esas amaç; Jüpiter, Güneş, Dünya ve galaksimiz geri kalanından gelen doğal radyo emisyonlarının gözlemlenmesiydi. Ancak kısa bir süre içinde projenin amacı ve kapsamı genişletildi bu genişlemeyle birlikte araştırma bulguları, öğrenciler ve amatör bilimcilerin de dahil olduğu ve gözlem yapabildikleri bir çalışma haline geldi.

Radio Jove projesinin başlangıcından (1988) beri 2.400’den fazla öğrenci ve ilgili kişi NASA’dan radyo teleskop setleri satın aldı. Bu durumun işaret ettiği esas gelişme, radyo astronomiye meraklı herkesin kendi çalışmalarını yapma imkânının olabileceğidir. Radio Jove projesinin imkânları dâhilinde gözlemciler edindikleri kitler ile günün 24 saati boyunca gözlem yapabilirler.

Radio Jove projesi, sorgulamaya dayalı bilimi öğreten uygulamalı bir eğitim etkinliği olduğundan projeye katılan amatör insanların bulgularını profesyonel radyoastronomlarla iletişime geçme fırsatı bulup bilgilerini pekiştirme ve daha fazlasını öğrenme imkânı da sunar. 

Radio Jove Gözlemleri

Radio Jove projesinde gözlem için gerekli olan kit NASA’dan satın alındıktan sonra kitin kurulumu yapılıp devamında gözlemciler radyo emisyonlarını dinleyebilirler. NASA Radio Jove kitinin önden ve arkadan görüntüsü aşağıda verilmiştir.

Resim-1. Radio Jove receiver. (Image Credit: GSFC/NASA)

Sistemin arkadan görüntüsünde, sistem elemanları ve bağlanma şekilleri gösterilmiştir. Bu sistemin elemanlarının birleştirilmesi sonucunda Jove kitinin alıcısı veri toplamaya başlar ancak topladığı veriler uzaydan yayılan radyo dalgaları olduğu için toplanan verilerin ayıklanması ve daha sonra düzenlenerek ölçüm ve gözlem yapmaya uygun hale getirilmesi gerekir.

Radyo alıcısı, antenden gelen radyo sinyallerini ayırt eder bu süreci baştan sonra detaylıca anlatmak gerekirse; Vector Network Analyzer (VNA), ölçüm sistemlerini monte ederken bileşenlerin ve alt montajların cihaz özelliklerini ölçmek için kullanılır. Güç amplifikatörler, alıcılar, filtreler, düşük gürültü amplifikatörler, mikserler, kablolar ve antenler VNA ile karakterize edilebilen tüm bileşenlerdir. Bu bileşenler bir araya getirildikten sonra her bileşen VNA kabloları aracılığıyla ölçülür, bu ikinci ölçümün sebebi her bileşenin gözlemcinin isteğiyle paralel ölçüm yapacağından emin olmaktır.

Bileşenler kontrol edildikten sonra sistem monte edilir ve tüm sistemdeki kayıplar ölçülür. Bu, bileşenler arasındaki yansımaların ve aktarımların doğru bir şekilde karakterize edilmesini sağlar. VNA, hem büyüklük hem de faz ile karmaşık değerli miktarlar olan saçılma parametrelerini (S-parametreleri) ölçer.

S-parametresi, olay sinyaline (yansıma ölçümü) veya (iletim ölçümü) iletilen sinyale yansıyan sinyalin oranlı ölçüsüdür. Bu oranlı ölçü, sistemin ölçüm parametrelerini belirlemek için kullanılan temel değerdir. Bu değerlerin hesaplanması için kullanılan formül aşağıda verilmiştir. 

Verilen denklem incelendiğinde, eşitliğin sol tarafında “adım büyüklüğü” olarak adlandırdığımız değer ölçümün VNA değerinin ölçüm türüne göre saptadığı değerlerdir. Bununla beraber, “bitirme frekansı” ve “başlama frekansı” adından da anlaşılacağı üzere ölçümün frekans aralığını oluşturan değerlerdir. Bir ölçüme hazırlık yapılırken ölçülmek istenen değer bu formül üzerinden hesaplanır daha sonra bulunan değer ölçüm parametrelerinin doğruluğunu teyit etmek için kullanılır.  

Bütün işlemlerin ve ölçümlerin sonunda Radio Jove kitinden  bir “galaktik arka plan sesi” elde edilir. 

Galaktik arka plan sinyalleri, galaktik manyetik alanda sarmal hareket eden göreli elektronlar tarafından üretilir. Ses, patlamalar veya genlikteki ani değişiklikler gibi ilginç özelliklerden yoksun, sessiz bir tıslamadır. Ses kaydı ekte mevcuttur. 

Bu galaktik arka plan sesi üç özel frekansta incelenmek üzere frekanslara ayrılır. Bu temel araştırma; Jüpiter L patlamaları, Jüpiter S patlamaları ve Güneş patlamaları başlıklarında yapılır. Her bir patlama sınıfının radyo astronomi açısından yadsınamaz bir önemi vardır, bu sebeple her patlama sınıfının kısaca incelenmesi gerekir.

Jüpiter L Patlamaları

Jüpiter’in L patlamaları genellikle radyo sinyalleri Jüpiter’den Dünya’ya doğru hareket ederken gezegenler arası ortamdan geçerken oluşur. Bu Jüpiter L patlamalarının en ayırt edici özelliği, kumsalda kırılan su dalgaları gibi ses çıkarmasıdır. Ses kaydı ekte mevcuttur.

Jüpiter S Patlamaları

Jüpiter S patlamaları çok hızlı meydana gelen periyotları çok kısa nispeten daha düşük enerjili patlamalardır. Jüpiter’in yüzeyinden gezegenler arası boşluğa yayılan bu patlamalar, teneke bir çatıya atılan çakıl taşlarının çıkardığı sese benzer bir ses çıkarırlar. 

Güneş Patlamaları

Resim-6

Güneş patlamaları genellikle 20 MHz frekansına yakın frekanslarda hızlı bir şekilde açılır daha sonra yavaş ve düzensiz bir şekilde bozulur. Güneş patlamaları çoğunlukla onlarca saniye devam eder ve bu üç patlama arasında en uzun periyota sahiptirler.

Periyotlarının uzunluğuna karşın patlamanın yükseliş periyodu kısadır bu sebeple grafik köpek balığının sırt yüzgecini andıracak bir şekle bürünür. Bir Güneş patlamasında, birkaç saniye boyunca zayıf galaktik arka plan gürültüsü ve ardından bir Solar radyo patlama gürültüsü kaydedilir.  

Radyo astronomi sayesinde galaksimizde ve Güneş sisteminde bulunan radyoaktif hareketliliği gözlemleme ve anlamlandırma şansı bulduk. Bu radyoaktivite gözlemleri dahilinde Güneş patlamalarından Jüpiter’in IO uydusunun doğal radyo emisyonuna kadar her türlü radyo emisyonunun ölçümü ve gözlemi mümkün hale geldi. Radyo astronominin ilerlemesiyle birlikte ortaya çıkan yeni sorular ve keşfedilen yeni bulgularla beraber radyo astronomi alanındaki çalışmalar arttı.

Bu çalışmalar arasında Radio Jove projesi kapsamı ve amacı en geniş olan çalışmadır. Günümüzde, gerek radyo astronomi alanındaki ilerlememiz gerekse Radio Jove gibi projelerin amacına yüksek başarı oranlarıyla ulaşması şimdiye kadar radyo astronomi alanında iyi iş çıkardığımızı gösteriyor.

Radio Jove projesinin amaçlarından biri olan, uygulamalı bilim öğretme konusundaki başarı sonucunda ilerleyen zamanda radyo astronomi alanında daha büyük başarılara ulaşmayı umut ediyoruz.