Yer çekimine maruz kalmak için Atmosferik düzeye ne kadar yakın olmak gerekir ?

NASA

        Astronotların uzayda çekilmiş fotoğraflarına , filmlerine baktığımızda onların yerçekimsiz bir ortamda oldukları düşüncesine kapılırız. Neresinin aşağısı neresinin yukarısı olduğu belli olmayan görüntülerde her şey adeta havada yüzer gibi durmaktadır. Bu görüntüler bize orada yer çekimi gibi onları aşağı çeken bir güç olmadığını düşündürür.

Buradan yola çıkarak da Dünya’dan belli bir mesafe uzaklaşıldığında yer çekiminin etkisinin hissedilmeyecek kadar azaldığı gibi bir yanılgıya varırız.

()

Oysa bu fotoğrafların çekildiği ISS (Uluslararası Uzay İstasyonu-International Space Station) Dünya’dan sadece 400 km uzaktadır. Dünya yer çekimi ile kendisinden 400 bin km uzaktaki Ay’ı bile yörüngesinde tutabildiğine göre ISS’te çekilen bu fotoğraflarda yer çekiminin etkisinin büyük oranda azaldığını düşünmenin ne kadar yanlış olduğu kolaylıkla anlaşılabilir. Eğer yer çekimi ciddi şekilde azalmıyorsa bu fotoğraftaki görüntülerin anlamı ne? Neden herkes uçuyor gibi görünüyor?

     Yörünge
  Ay’ın niçin Dünya’nın etrafında döndüğü sorusu Isaac Newton’u yıllarca meşgul etmiştir. Newton konu ile ilgili iki temel soru sormuştur: Birincisi, Ay’ın neden Dünya’ya çarpmadığı, ikincisi ise Galileo’nun postulatına göre hareket halindeki bir nesnenin bir engelle karşılaşmadığı ve dışarıdan başka bir güç söz konusu olmadığı sürece hareketine devam etmesi gerekirken, Ay neden düz bir çizgide hareket etmez? Newton bu soruları yanıtlamak için yaratıcı bir düşünce deneyine başvurur: Yüksek bir kule üzerine yerleştirilmiş bir top arabası hayal eder.


  Top ateşlendiğinde, ateşleme hızına bağlı olarak değişen bir mesafe dünyaya yatay olarak hareket eder ve sonra yere düşer.

  Ne kadar hızlı ateşlenirse yeryüzüne yatay hareketi de o kadar uzun olur. Newton bu düşünce deneyi sırasında fark eder ki topun ateşlenme hızı, yer çekimi gücünü dengelemesi mümkün olsa top yere düşmeyip dünyanın etrafında dönebilir.

Bir ipin ucuna taş bağlayıp, başınızın üzerinde döndürdüğünüzü hayal edin. Nasıl ki taşın uzaklaşma hızının elinizde tuttuğumuz ipin gücü dengelenmesi ile ve taş başınızın üzerinde pervane gibi dönerse, gökyüzüne doğru fırlatılan top da aynı şekilde dünyanın etrafında dönmeye başlayacaktır.

Aslında hem top hem de uzay istasyonundaki astronotlar düşmeye devam etmektedirler. Çünkü ne kadar hızlı atılmış olursa olsun atılan cisim mutlaka yeryüzüne düşecektir. Fotoğrafların yerçekimsiz bir ortamda çekilmiş gibi görünmelerine neden olan da düşmenin devam ediyor olmasıdır. Yeryüzündeki yer çekiminin yaklaşık %90’ı Uluslarası Uzay İstasyonu’nda devam etmektedir.

Sonsuzluk ve ötesi
Dünyadan uzaklaştıkça uyduların yörüngesi etrafında dönüşlerinin süresi uzar, yaklaştıkça kısalır. Ay, Dünya’nın etrafındaki bir tur dönüşünü yaklaşık olarak bir ayda, ISS ise 90 dakikada tamamlamaktadır. Eğer bir uydu Dünya’nın etrafındaki dönüşünü 24 saatte tamamlıyorsa, Dünya’nın kendi etrafındaki dönüş hızı ile aynı hızda olduğundan yeryüzünün her zaman aynı bölgesinin üzerinde yer alır.

ISS Dünya’nın etrafında 27.000 km/sa hızla dönmektedir.

Yer çekimi zayıflamıştır ama etkisi halen devam etmektedir. Yer çekimi formülüne bakacak olursak daha net bir şekilde anlayabileceğimiz gibi bir nesnenin merkezi ile Dünya’nın merkezinin (r) karesi yer çekimi gücü ile ters orantılıdır. Mesafe arttıkça yer çekiminin gücü azalır.

F: İki nesne arasındaki yer çekimi kuvveti G: Yer çekimi sabiti m1: Birinci nesnenin kütlesi m2: İkinci nesnenin kütlesi r: yarı çap
2015’in Eylül ayında gerçekleşen LIGO gözleminde, kara deliklerin çarpışmasının ortaya çıkardığı zayıf kütle çekimsel dalgalar tespit edilmiştir. Kütle çekim gücü, mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Mesafenin büyümesi kütle çekim gücünü azaltır.

Göksel cisimlerin kütle çekim güçleri birbirini etkiler. Dünya dışına fırlatılan cisimler kolaylıkla Güneş’in kütle çekim etkisine kapılırlar. Çünkü Güneş’in kütlesi, Güneş Sistemi’ndeki her nesnenin kütlesinden neredeyse %99 daha büyüktür. Eğer Güneş Sistemi’nde Dünya dışındaki tüm göksel cisimlerin çekim kuvvetleri etkisiz hale gelmiş olsa Dünya’nın çekim gücü evrenin her bir noktasında etkinlik gösterir ve her bir atomu kendisine doğru çekebilirdi.

Kaynaklar
Phys.org
Bucknell University
Space.com
Cornell University