GÜNÜMÜZ GÜNEŞ BİLİMİ

Güneş'in aslında potansiyel bir tehlike olduğu bilinciyle yola çıkıldığında onun ayrıntılı incelenmesi gerçeği daha iyi kavranır. Çoğu insan onu sadece sabah doğan ve her akşam batan bir cisim olarak tanır. Güneş'in enerjisinde olabilecek değişimlerin ve manyetik aktivitenin suni uydular, uzayda veya uzay yolculuğunda bulunan insanlar, haberleşme, Dünya üzerindeki elektrik santralleri ve boru hatları, özellikle kutup rotasından uçan uçakların içindeki insanlar, göçmen kuşlar ve hatta kalp hastaları üzerine bir dizi hayati etkileri olduğu artık bilinmektedir. Güneş'te meydana gelebilecek bir patlamanın ve bunun Dünya'ya ne zaman ve şiddette çarpacağının iyi tahmin edilmesi yukarıda sayılan etkilere tedbir alınması açısından önemlidir. Bütün bu durumlar, Güneş'in çok iyi incelenmesi için özel nedenler teşkil eder. Gezegenimizdeki yaşamın başlamasında ve mevcudiyetinin devamında yıldızımızın merkezi rolünün bilinmesini isteriz. Aynı zamanda, Güneş, evreni anlamamızda da eşsiz bir labaratuvar olarak karşımıza çıkar.

Güneş'teki şartlar Dünya'dakinden çok farklıdır. Güneş'in üzerinde meydana gelen fiziksel işlemler olay gözlenmediği sürece önceden tahmin edilemez. Bu prosesler aynı zamanda Dünya'da labaratuvarlarda incelenemeyecek kadar çok büyük bir ölçekte meydana gelmekte ve bilgisayarlarla da modellenemeyecek kadar çok karmaşık yapı arz etmektedir. Güneş'de meydana gelen fiziksel proseslerinin Dünya'da olmayışı, bunların çok değişik fizik şartlarda meydana gelmesi (sıcaklık, basınç, yoğunluk) sonucudur. Sıcaklıktan dolayı iyonize halde bulunan gaz elektriksel olarak iletkendir, ve kuvvetli manyetik alanların içinde hapsolmuş durumdadır. Güneş'in Dünya'dan çap olarak 109 kat daha büyük olması onun farklı fiziksel özelliğe sahip olmasını sağlar. Yoğunluk ve sıcaklık farkları bölgeden bölgeye binlerce, milyonlarca kat değişiklik gösterir. Önemli proseslerin boyutları atomik ölçekten yüzbinlerce kilometre mertebesine kadar uzanır. Hızlar Dünya'da alışık olmadığımız ölçeklerdedir. Plazmanın hızı Jet uçaklarından çok daha fazladır. Güneş yüzeyine yakın yerlerde hızlar yaklaşık 1600 km/saatten, koronada 32000 km/saate çıkar. Şartlar sadece Dünya standartlarında alışılmışın ötesinde değil aynı zamanda anahtar teşkil edecek temel Güneş prosesleri üzerine yapılan geleneksel yaklaşımları da altüst eder. Bu aşamada Güneş astronomları, Güneş'in son derece karmaşık ve modellenmesi çok zor olan kaçınılmaz sonuçları ile yüzyüze kalır. Manyetik alanlar ve türbülans halindeki plazma çok farklı ölçeklerde umulmadık bir şekilde bir araya gelebilmekte ve değişik yapılar oluşturmaktadır. Manyetik alanlar ve yüksek hızda partiküller çok uzak bölgeler arasında hızlı enerji transferine neden olurlar. Aslında Güneş'te olan bu fiziksel işlemler tam olarak anlaşılamamaktadır. Tam olarak ayrıntıları bilmek için bütün girdilerin işin içine dahil edilmesi gerekir. Bütün olarak bir sistemin davranışındaki gerçeklik sistemi meydana getiren parçaların toplamından temelde farklı olduğu düşüncesi nispeten yenidir. Hatta lineer olmayan fizik ve kaos teorisi de bu prensibi doğrular. Fizik Dünya'yı anlamaya çalışmak için önce yalıtılmış basit problemleri gözönüne alırız, sonra karmaşık bir işlemi kavramak için onları birbirine ekleriz. Bir çok durumda bu gayet iyi çalışır, fakat Dünya veya Güneş üzerindeki hava tahmini gibi, gerçekten büyük problemlerle uğraştığımız zaman bu yaklaşım temelde yanlış çıkar.

Bir senfoni meydana getirdiğinizi düşünün. Orkestranın bütününün çıkaracağı sesi düşünürken her bir enstrümanın bağımsız olarak işlevini ortaya koyarsınız. Bu çalışır, çünkü siz her bir aletin hangi sesi çıkaracağını bilirsiniz. Fakat gerçek Dünya'da bir çok olayda bu yaklaşım başarılı olamaz, çünkü olaylar arasında lineer olmayan etkileşimler vardır. Aletlerden bir tanesinin orkestradaki diğer aletlerin ne yaptığına bağlı olarak sesini değiştirmesi gibi. Güneş'i bir bütün olarak anlamak için onun lineer olmayan karmaşıklığının kavranması gerekir. Karmaşık "ölçek kavramı" (=scale coupling) bir çok astrofizik olayda oluşur. Şanslıyız ki, Güneş bu prosesleri ayrıntılı inceleyebilmek için bize yeterince yakındır. Günümüz Dünya ve uzay tabanlı aletleri, Güneş'in çekirdeğinden en dış seyrek atmosferine kadar eşi benzeri görülmemiş görünüşlerini sergileyebilmektedir. Keza günümüz bilgisayarları, sistemin tamamının canalıcı kısımlarının güvenilir modelini yapacak kadar hızlı ve güçlü durumdadır. Sistemin iç dinamiğindeki karmaşık ilişkiler Güneş ve uzay havasının ayrıntılı tahminini güçleştirir. Tahminedilemezliği tahmin etmeğe çalışarak gayretlerimizi boşa harcamak yerine mümkün olmayanlardan mümkün sonuçları ayırıp düzenlilikleri araştırmalıyız. Ayırdedilenler daha iyi tanımlanmaya başlanınca tahminlerin insanlık için ne kadar değerli olduğu anlaşılacaktır.

Güneş'in değişken olmasının altında yatan neden Güneş'in manyetik alanıdır. Güneş dinamiğinin bu genel yapısı, Dünya'dan gözlediğimiz iç kısma, yüzeye ve atmosfere ait tüm olayları etkiler

Güneş'in manyetik alanı 200,000 km derinliğe kadar uzanan kaynayan konvektif hareketlerin dönmeyle etkileşmesi sonucu ortaya çıkar. Konvektif hareketler manyetik alanları yaratan elektrik akımlarını üretmekte, dolayısiyle ortaya çıkan manyetik alanlar da daha fazla elektik akımlarının üretilmesine yardımcı olmakta ve böylece bir dinamo etkisi ortaya çıkmaktadır. Manyetik alanın değeri yeteri kadar büyük olduğunda alanı tutan gaz paketi yüzeye doğru bir kaldırma kuvveti ile yükselir. Yüzeyde yani fotosferde bu alanlar kendini iki kutuplu güneş lekeleri olarak gösterir. Alanın en yoğun olduğu noktalar güneş lekesi olarak, daha zayıf olduğu çevre bölgeler ise aktif bölge olarak isimlendirilir. İki kutuplu bu bölgelerin sayılarındaki artma ve eksilme yaklaşık 11-yıllık bir peryod gösterir ki buna güneş leke çevrimi denir. İki kutuplu bölgeler doğu-batı doğrultusunda yönlenmişlerdir ve hakim manyetik polariteleri de bulunduğu yarımkürenin işaretinin zıttıdır. Her bir güneş leke çevriminde bu polariteler yönlerini ters çevirir ve böylece tam bir manyetik çevrim 22-yıl sürer. Manyetik bölgelerin büyüklüğü 100 000 km 'den magnetogramlarla yapılan gözlemlerde ayırmagücümüz olan yaklaşık 500 km 'ye kadar uzanır. Ölçek olarak küçük bölgeler büyük bölgelerden daha fazladır fakat hakim bir büyüklük yoktur. Ancak, her bir boyuttaki manyetik yapının toplam manyetik aktiviteye katkısı vardır ve güneş çalışanların bu durumu gözardı etmemeleri gerekir. Güneş'in derinliklerinde oluşan manyetik alan üretme proseslerinin ayrıntıları, anlaşılması zor olduğundan problemin çözümü göz korkutur. Bununla birlikte manyetik alan üretim mekanizmalarının anlaşılmasında önemli ilerlemeler katedilmiştir. Yakın zamana kadar Güneş'in iç yapısı hakkında sadece teorik yaklaşımlar yapabilmekteydik. Bugünlerde ise Güneş'in iç kısmından gelen son derece düşük frekanstaki ses dalgalarının incelenmesi olan helyosismolojiyle çekirdeğe kadar olan derin tabakalar hakkında gözlemsel sonuçlar çıkarılabilmektedir. Bu dalgalar kendilerini son derece kurnazca Güneş yüzeyinde gösterebilmektedirler. Helyosismoloji, çoğu yaklaşık 5 dakika peryodlu, minnacık yüzey osilasyonlarının milyonlarca frekansını analiz ederek, Güneş'in iç kısmındaki herhangi bir yerin ses hızını dolayısiyle sıcaklık, hareket ve kimyasal bileşimini ölçebilir.

Teorik modellerle helyosismolojinin birbirleriyle uyum göstermesi, gözlenen düşük nötrino akısının gerçek bir problem olduğunu ve bunun fizikçiler tarafından çözülmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Problem nötrinoları anlamamızda yatmaktadır, yoksa Güneş’te değil. Sonuç olarak, fizikçilerin daha önce düşünmedikleri bir ihtimal olan birinden diğerine dönüşen üç tip nötrinoya müsaade eden radikal yeni fikirleri takip etmeleri gerekmektedir.

Gerçi, Güneş’in iç yapısı ile ilgili teori ve gözlem arasındaki uyum mükemmel değildir. Radyasyon ve konveksiyon bölgeler arasındaki sınırın belirlenmesinde 0.004 ‘e varan sapmalar vardır. Bu küçük sapmalar belki de kuvvetli manyetik alanlardan ve konvektif hareketlerin radyasyon bölgesine azda olsa bir karışımından ileri gelmektedir. Bu tür etkiler helyosismoloji ve muazzam bilgisayar hesaplarıyla ayrıntılı incelenmektedir.

Helyosismoloji yapısal bilgiden çok daha fazla bilgi sağlar. Güneş’in içerisindeki oluşumların üç boyutlu hareketli haritalarını sağlar. Göz önüne alınan her hangi bir gaz kabarcığı için açısal momentumun büyük ölçüde korunması gerektiğinden ve gaz kabarcıkları arasındaki açısal momentum değişiminin zor olmasından dolayı teorikçiler Güneş’in dönme eksenine paralel silindirlerde dönmenin sabit olması gerektiğini beklerdi. Fakat görünürde, konvektif karışım veya dalgaların ya da hakim sirkülasyonun birleşmesi neticesinde açısal momentum beklenenden çok daha farklı bir şekilde nakledilir. Bu karmaşık problem üzerine çalışmalar devam etmektedir. Hatta bazı ümit verici sonuçlar da vardır, henüz genel kabul görmüş model yoktur.

Güneş’in iç kısmına doğru ilerlendiğinde dönme profilinde büyük sürprizlerle karşılaşılır. 50000 km kalınlığındaki yüzey tabakası derin iç tabakalardan daha yavaş döner. Hiç kimse bunun nasıl olduğunu bilmiyor. Son zamanlarda helyosismologlar konvektif bölgenin tabanına yakın yerlerde, bir yılı biraz aşan periyotlu, rotasyon hızının bir arttığı bir azaldığını bölgeler keşfettiler. Son bilgiler, Güneş kütlesinin büyük bir kısmını içeren iç bölgelerin katı bir cisim gibi döndüğünü vermeketedir. Konveksiyon simülasyonları, büyük ölçekli diferansiyel rotasyonun nasıl ortaya çıktığına dair bir bakış açısı vermeye başlamış, fakat bu sonuçlar henüz gözlemlerle teyit edilmemiştir.

Güneş’in iç kısmına doğru ilerlendiğinde dönme profilinde büyük sürprizlerle karşılaşılır. 50000 km kalınlığındaki yüzey tabakası derin iç tabakalardan daha yavaş döner. Hiç kimse bunun nasıl olduğunu bilmiyor. Son zamanlarda helyosismologlar konvektif bölgenin tabanına yakın yerlerde, bir yılı biraz aşan periyotlu, rotasyon hızının bir arttığı bir azaldığını bölgeler keşfettiler. Son bilgiler, Güneş kütlesinin büyük bir kısmını içeren iç bölgelerin katı bir cisim gibi döndüğünü vermeketedir. Konveksiyon simülasyonları, büyük ölçekli diferansiyel rotasyonun nasıl ortaya çıktığına dair bir bakış açısı vermeye başlamış, fakat bu sonuçlar henüz gözlemlerle teyit edilmemiştir.

Konveksiyon ve radyasyon bölgesi arasındaki girişimin manyetik alanların üretimi için önemli olduğuna inanmamızı gerektirecek iyi sebeplerimiz var. Bu ara bölgede manyetik alanlar gerilmekte, şiddetlenmekte ve yapılar doğu batı doğrultusunda sıralanmaktadırlar. Manyetik alan belirli bir şiddete eriştiğinde manyetik kaldırma kuvveti onu yukarı doğru yükseltmeye başlar. Fakat problemler vardır. Bilgisayar modelleri manyetik alanın yüzeye kadar parçalanmadan çıkabilmesi için son derece şiddetli olması gerektiğini gösterir. Kutup bölgelerine yakın yüzeye çıkmamaları içinde yeteri kadar şiddetli olmaları gerekmektedir. Zaten bu bölgelerde aktif bölgeler görülmemektedir.

Şayet, bir manyetik alan paketçiği dağılmaya karşı koyacak kadar kuvvetli ise parçalanmaya mani olmalı ve gaz akıntılarını yönlendirmelidir. Bundan dolayı manyetik alanın üretimi için oluşturulacak bir modelin gaz akıntıları ve manyetik alanlar arasındaki birleşmeyi iyi tanımlaması gerekir. Böyle bir model henüz mevcut değildir çünkü yükselen manyetik alanlar için bilgisayar modelleri sadece manyetik alan paketçiklerinin nispeten küçük kaldığı tesir kesitleri için geçerlidir. Bir gaz paketçiği konvektif bölge boyunca yükselirken çevresindeki basınç azaldığından genişleme gösterir, aynı yükselen bir balonun genişlemesi gibi. Hiçbir varsayım yoktur ki paketçik yüzeyin yaklaşık 10000 km altına geldiğinde parçalanmasın. Hiç kimse bu gaz paketçiğinin son kilometreleri genişlemeden ve çok zayıf parçalara ayrılmadan yükselip nasıl hayatta kaldığını anlayamaz; balonun malzemesi patlamasını engelleyecek kadar kuvvetli olmamalı. Son 10000 km Güneş’in 700000 km ’lik yarıçapı ile mukayese edildiğinde küçük görünebilir. Fakat son 6000 km ‘de yoğunluk 1000 faktörü kadar düşmesine rağmen buna paralel olarak genişlemesi gereken manyetik alan paketçiği genişleme göstermez. Manyetik alan tahminlere karşı koyarak kuvvetli, küçük paketçikler şeklinde yüzeyde parçalanma gösterir. Bu paradoks, modelin yüzeyde ortaya çıkan aktif bölgelerin tercih ettikleri yerleri ve bölgelerin yönelimlerini gayet başarılı açıklıyor görünmesine rağmen, büyük derinlikler için geçerliliğinin sorgulanması gerektiğini ortaya koyar.

İlgi çeken bir durum, yüzey altındaki nispeten daha sığ tabakalara kadar olan bölgeye gözlemsel yolla erişilebilmektedir. Zaman-uzaklık (time-distance) veya yerel helyosismoloji (local-helioseismology) olarak isimlendirilen helyosismolojinin yeni bir kolu, bilgisayar simulasyonlarının henüz bize yol gösteremediği bu yüzey altına yakın tabakalardaki ses hızının oluşturduğu küçük pertürbasyonların haritalarını çıkarabilmektedir. Konvektif tabakanın tabanında oluştuğu görülen Güneş’in genel manyetik alanına ilaveten bazı tip küçük jeneratörler muhtemelen konvektif bölgenin tamamında rol oynarlar. Bilgisayar modelleri konveksiyonun onlara neden olan hareket enerjisinin % 20 kadarını ihtiva eden manyetik alanları yaratabileceğini gösterir. Bu tür proseslerin muhtemelen önemli bir kısmı derinliğe bağlı olarak ölçekte oluşur, fakat bunu problemin tamamına uygulamak hala çok zordur. Bilimadamları hala bütün bu ölçeklerin nasıl etkileşebileceğinin yollarını aramaktadır.

Örneğin, teorikçiler büyük ve küçük ölçekli manyetik alan oluşumlarının birleşmesi sonucunda 11 yıllık aktivite çevriminin muntazam olmayan bir modülasyonu olan ve ara sıra meydana gelen uzun dönemli düşük bir aktivitenin ortaya çıkacağına işaret etmektedirler. Böyle bir olay 17th yüzyıldaki Maunder Minumumu olabilir. Bu dönemde (1645-1715) yaklaşık 70 yıl güneş leke aktivitesi çok düşük seviyelerde seyretmiştir. Bunlar, güneş aktivitesinin uzun dönemli tahmin edilmesi yolunda bizi cesaretlendirici adımlardır.

Alıntıdır