Araçlardaki Hava Sürtünmesini Azaltan Hava Akımları

Uluslararası bir araştırma grubu, araçların arka kısımlarına hava püskürten cihazlar yerleştirerek hava sürtünmesini azaltmayı başardı. Dr. Ruiying Li ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmanın sonuçları Physical Review Fluids’te yayımlandı.

Bir aracın yakıt tüketimini belirleyen en önemli etkenlerden biri hava sürtünmesidir. Günümüzdeki araçların biçimleri arasında fazla fark yoktur. Çünkü üreticiler tarafından yıllardır yapılan çalışmalar sonucunda hava sürtünmesini en aza indiren araç biçimleri bulunmuştur. Dolayısıyla gelecekte araç biçimlerinde yapılacak değişiklikler sonucunda hava sürtünmesinde önemli bir azalma sağlanması beklenmiyor. 

Bu yüzden, araştırmacılar, günümüzde hava sürtünmesini azaltmanın yeni yollarını bulmaya çalışıyor. Bir grup araştırmacı da bir aracın arka kısmından hava akımları püskürterek araca etki eden hava sürtünmesini azaltmayı başardı.

Araştırmacılar, testler sırasında kullandıkları aracın kare biçimli olan arka kısmına dört hava püskürtücü monte etti ve aracı bir rüzgar tünelinin içine 5 derecelik bir açıyla yerleştirdiler. Aracın saatte 90 km hızla hareket ettiği testler sırasında çeşitli aralıklarla hava akımları püskürtüldü.

Sonuçlar, bu yöntemle hava sürtünmesini %7 oranında düşürmenin böylece yakıt tüketimini azaltmanın mümkün olduğunu gösteriyor. Üstelik hava püskürtme sisteminin tükettiği enerji miktarı, tasarruf edilen enerji miktarından çok daha az. 

Geliştirilen yöntemin gerçek araçlarda kullanılabilmesi için hala pek çok çalışma yapılması gerekiyor. Öncelikli olarak rüzgar hızı ve yönüyle ilgili güvenilir ölçüm yapan sensörlere ve güçlü eyleyicilere (sistemin işleyişini yönlendiren mekanizma) gerekli. Bu cihazların araçlara nasıl monte edileceğinin ve uyum içinde çalışmalarının nasıl sağlanacağının da belirtilmesi gerekiyor.

Ayrıca testler sırasında kullanılan basit araç geometrisi gerçek araçlarınkinden hayli farklı. Test aracının biçimi, binek araçlardan daha çok kamyon ve tır gibi ticari araçlarınkine benziyor.

Okyanusların En Derinlerinde Nükleer Bomba İzleri

Çin Bilimler Akademisi’nde çalışan bir grup araştırmacının yaptığı çalışmalar, okyanusların en derinlerinde yaşayan kabuklu deniz canlılarının vücutlarında nükleer bomba testleri sırasında üretilmiş radyoaktif karbon bulunduğunu gösteriyor. Dr. Ning Wang ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmanın Geophysical Research Letters’ta yayımlandı. 

Dünya’daki yaşamın temeli olan karbon elementinin farklı izotopları vardır. Bu izotopların en bol bulunanı olan, atomların çekirdeğimde 6 proton ve 6 nötron olan karbon-12 radyoaktif değildir. Çok daha az bulunan, atomlarının çekirdeğinde 6 proton ve 8 nötron bulunan karbon-14 ise radyoaktiftir.

Dünya’nın atmosferine çarpan kozmik ışınlardaki parçacıkların azot atomlarıyla girdiği nükleer tepkimeler sonucunda karbon-14 izotopları ortaya çıkar. Karbon-14’ün insan etkinlikleri sonucunda yapay olarak üretildiği bir süreçte nükleer bomba denemeleridir. Patlama sırasında çevreye yayılan nötronlar, azot atomlarının karbon-14 izotoplarına dönüşmesine sebep olur. 

1950’lerde ve 1960’larda yapılan nükleer silah denemeleri sebebiyle atmosferdeki karbon-14 miktarı iki katına çıkmıştı. Günümüzdeyse atmosferdeki karbon-14 miktarı nükleer testlerin başlamasından önceki döneme göre %20 daha yüksek. 

Radyoaktif karbon sadece atmosferde kalmıyor, zamanla canlıların vücuduna da giriyor. Nükleer bomba testleri başladıktan kısa bir süre sonra deniz canlılarının vücudundaki karbon-14 oranı da artmaya başlamıştı.

Yapılan son çalışmada araştırmacılar okyanusların en derinlerinde yaşayan canlılara odaklanmış, Pasifik Okyanusu’ndaki Mariana, Mussau ve Yeni Britanya çukurlarından toplanan kabuklu deniz canlılarının vücutlarındaki karbon-14 miktarını incelemişler. 

Sonuçlar deniz yüzeyinin yaklaşık 11.000 metre altında yaşayan bu canlıların kas dokularındaki karbon-14 oranının derin okyanus sularındaki organik maddelerdekinden daha yüksek olduğunu gösteriyor. Canlıların sindirim boşluğundaki karbon-14 oranıysa Pasifik Okyanusu’nun yüzeyindeki sulardaki organik maddelerde bulunanla aynı. Bu sonuçlar, derin denizlerdeki kabuklu canlıların büyük oranda okyanus yüzeyinden gelen ölü organik maddeyle beslendiğini gösteriyor. Dolayısıyla nükleer bomba testleri sırasında üretilen karbon-14, besin zincirleri vasıtasıyla okyanusların derinlerdeki canlıların vücudunda birikiyor. 

İncelenen canlıların sığ sularda yaşayan kabuklu deniz canlılarıyla karşılaştırıldıklarında hem daha uzun ömürlü hem de daha büyük olmaları dikkat çekiyor. Sığ sularda yaşayan kabuklu canlıların ömrü genellikle 2 seneden daha kısadır, boyutları ise ortalama 2 santimetre kadardır. Okyanusun derinlerinden toplanan canlıların arasındaysa yaşı 10 senenin, boyutları 9 santimetrenin üzerinde olanlar var. Araştırmacıları bu durumu canlıların zamanla yaşadığı ortama uyum sağlamasına bağlıyor. Derin okyanus sularında hem sıcaklık daha düşüktür hem basınç daha yüksektir hem de besin daha azdır. Bu durum, muhtemelen, canlıların metabolizmasının ve hücre döngüsünün daha düşük olmasına sebep oluyor. Böylece canlıların enerji ihtiyacı daha az oluyor. Daha uzun ömürlü olmaları da karbon-14’ün canlıların vücudunda birikmesiyle sonuçlanıyor. 

Sıcaklık Rekorlarının Sebebi Jet Akımlarındaki Kıvrımlar Olabilir

Uluslararası bir araştırma grubu, 2018 yazından kuraklık ve sel şeklinde görülen olağan dışı hava olaylarının jet akımları olarak isimlendirilen, küresel ölçekteki şiddetli rüzgar alanlarıyla ilişkili olabileceğini belirledi.

Isı dalgaları (yüksek sıcaklık ve nemin uzun süre devam etmesi) ve seller gibi olağan dışı hava olaylarının insan hayatını, ekosistemi, tarım ürünlerini ve ekonomiyi olumsuz etkileyen sonuçları olabiliyor. 2018 yazında Kuzey Amerika’da, Batı Avrupa’da ve Hazar Denizi çevresinde aşırı sıcaklar ve kuraklıklar, Avrupa’nın güney ve doğu bölgeleriyle Japonya’da ise aşırı yağışlar ve seller görülmüştü. 

Bu tür olayların nerede ve ne zaman gerçekleşeceğinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi hayli zordur. Sonuçları Environmental Research Letters dergisinde yayımlanan araştırmada bilim insanları, bu olağan dışı hava olaylarının jet akımlarının yönünde ortaya çıkan değişimlerle ilişkili olabileceğini buldu. Jet akımları, yerden yaklaşık 10 km yükseklikte ortaya çıkan ve batıdan doğuya doğru hareket eden şiddetli rüzgar alanlarıdır. Görece dar olan bu alanlar hayli uzundur. Bu nedenle akarsulara benzetilebilirler. Jet akımları, yakınlarındaki atmosferdeki alçak ve yüksek basınç alanlarını etkiler. 

Bu nedenle küresel ölçekteki hava olayları üzerinde etkilidirler. Jet akımları çoğunlukla hızla akan bir nehir gibi belirli bir yönde ve düzenli bir şekilde hareket eder. 

Ancak jet akımlarında bazı zamanlarda nehirlerdeki mendereslere benzer şekilde kıvrımlar -Rossby dalgaları olarak isimlendirilir- oluşabilir. Bu kıvrım bölgelerinde jet akımlarının hızı yavaşlar. Bu durum uzun süren hava olaylarının görülmesine neden olabilir. Örneğin bir bölgede birkaç hafta kalabilen Rossby dalgaları o bölgede sıcak havalarda kuraklığa, yağmur koşullarında ise sele yol açabilir.

Son yapılan araştırmada iklim bilimciler 2018 yazının haziran ve temmuz aylarında Avrupa-Asya üzerinde Rossby dalgalarının oluştuğunu belirledi. Araştırmada ayrıca Avrupa’da aşırıcı sıcakların ve kuraklıkların görüldüğü 2003,2006 ve 2015 yıllarında yaz aylarında Rossby dalgaları oluştuğu anlaşıldı. Elde edilen bilgiler son yirmi yılda bu olayın daha sık gerçekleştiğini ve daha uzun süre etkili olduğunu gösteriyor.

Araştırmacılar bu durumun nedeninin küresel ısınma ve iklim değişikleriyle ilgili olabileceğini düşünüyor. Dünya’nın ortalama sıcaklığındaki artışa bağlı olarak, karaların okyanuslara göre daha hızlı ısınması nedeniyle, kara ve okyanus sıcaklıkları arasındaki fark artabilir. 

Kara ve okyanus sıcaklıkları arasındaki farkın artması Rossby dalgalarının görülme sıklığını artırmış olabilir. Ancak uzmanlar bu görüşün sınanması için daha fazla araştırma yapılması gerektiğini söylüyor. 

Evrende yoğunluğu en yüksek olan madde nedir?

Büyük kütleli yıldızlar, nükleer yakıtlarını tükettikten sonra, çöken çekirdek kütleleri 1,4-2 Güneş kütlesi aralığında ise, çökme ancak nötron basıncı ile durdurulabiliyor ve en sonunda bu çekirdek nötron yıldızı denen 5-10 km’lik, neredeyse tümü nötronlardan oluşan, çok yoğun bir maddeye dönüşüyor. Kendi ekseninde saniyenin binde biri ile 30 saniye arasında bir devirle tur atabilen ve kendilerine özgü bazı sinyaller yayan bu yıldızları astrofizikçiler gözlemler.

Bu durumda nötron yıldızı maddesi evrendeki en yoğun madde diyebiliriz ama bu doğru olmaz. Nötron, parçacık fiziği açısından bakıldığında, temel bir parçacık değildir; bir hacmi vardır ve temel (noktasal, hacmi olmayan) parçacıklar olan kuarklardan ve kuarkları birbirine bağlayan gluonlardan oluşur. Nötronun içindeki bu temel parçacıklar hacimsel olarak neredeyse hiç yer tutmadığından, nötronun içindeki bu boşluğunda bir bölümünün büyük yıldızlarda, kendi kütle çekimlerinin sonucunda ortadan kalkacağını düşünebiliriz. Kurama göre, yakıtı biten yıldızların çöken çekirdek kütlesi 2 Güneş kütlesini aşmaya başladığı zaman nötronları da parçalanacak ve yıldız bir kuark maddesine ya da kuark yıldızına dönüşecektir.

Böyle bir yıldız şimdiye kadar gözlemlenmiş değildir. Burada bir de ayrıntı var; Kuark yıldızının içindeki kuarklar nötronun içindeki Yukarı ve Aşağı kuarklar yerine, onlardan daha kütleli Acayip kuarklar olacaktır. Acayip kuark yıldızı da bizim en yoğun maddeyi bulma yolculuğumuzda son durak değil.

Başlangıç kütleleri 25-30 Güneş kütlesini aşan yıldızların nükleer yakıtları tükendiğinde çöken çekirdekleri 3 Güneş kütlesini aşıyorsa, taşıdıkları o müthiş çekim güçleriyle (içerdikleri maddeyi kendi merkezine doğru çeken) nötron yıldızlarından ve kuark yıldızlarından daha yoğun bir madde oluşturabilirler mi? Evet, oluşturulabilir ve görünen o ki oluşturmuşlar. Böyle bir yıldız (örneğin bizim gökadamızın merkezinde Güneş’ten milyonlarca kat daha kütleli yıldız gibi) üzerine düşen ışığı da çektiği için karanlık görünür ve karadelik adını alır. Peki, karadelik maddesi nedir? Ne yazık ki bu sorunun yanıtını bilmiyoruz. Nötron yıldızında nötronlardan, kuark yıldızında Acayip kuarklardan söz edebiliyoruz ama karadelik haline gelmiş bir yıldızda, kuark ya da tanıdığımız hiçbir parçacıktan, söz edemiyoruz. Karadeliklerin yoğunluklarıyla ilgili neredeyse bir üst sınır yok. Bu nesneler içinde, kütle çekimine karşı durabilecek, basınç oluşturabilecek, hiçbir mekanizma, kuvvet ya da ilke bilmiyoruz. Sonuç olarak en yoğun madde arayışımız bizi karadeliklere götürür. 

Karadelikler asla görülmezler, fakat karadeliğin yerçekimi kuvvetine karşı koyamayan gaz kütleleri karadeliğe düşerken, sanki son bir çığlık atarlar.

Karadelikten kaynaklanan kütle çekimi çok güçlü olduğu için yakınlardaki yıldızların gazları karadeliğe doğru sarmal biçiminde yol alarak birikim diski adı verilen bir yapı oluşturur ve büyük bir hızla soğrulur. Gazlar birbirine sürtünerek ısınır ve ışır. Birikim diskinin en sıcak kısımları 100.000.000 derece selsiyus sıcaklığa ulaşabilir ve X-ışını kaynağıdır. Birikim diski, karadeliğin yakınındaki yıldızlardan kendine doğru çektiği, gaz halinde birikmiş maddedir. Diskin karadeliğe çok yakın olan bölgelerinden X-ışınları yayılır. Biriken gazlar çok yüksek hızda döner. Diğer yıldızlardan gelen gazlar birikim diskiyle çarpıştığı zaman sıcak, parlak bölgeler oluşur. Birikim diski yüksek hızda dönen gazlarla beslendiği için merkeze en yakın bölgeler aşırı derecede parlar, fakat kenarlar daha soğuk ve daha karanlıktır. Karadeliğin merkezine yakın geçen ışık ışınları yakalanır. Olay ufkunun sınırına yakın bölgelerdeki ışık ışınları olay ufkunu geçemedikleri için parlaklıklarını korur. Karadeliğin merkezinin uzağından geçen ışık ışınları ise karadelikten etkilenmeden yollarına devam eder.

Karanlığı gören gözlerden bir tanesi: Prof.Dr.Feryal Özel

İlk karadelik görüntülerini elde eden ve iki yüzden fazla araştırmacının yer aldığı uluslararası projede bir de Türk bilim insanı var: Prof.Dr.Feryal Özel. 2016 yılında Bilim ve Teknik dergisinin yapmış olduğu bir röportajda bu projeyi anlatmış:

‘’Olay Ufku Teleskobu şu anda beni en heyecanlandıran astrofizik projesi. Milimetre ölçeğinde dalga boyunu ölçen birçok teleskop interferometrik olarak birbirine bağlanacak ve bu da bize bir galaksinin merkezindeki karadeliğin kara gölgesini yani olay ufkunu doğrudan görüntüleme imkanı sağlayacak. İnterferometrik gözlemler için en az birkaç teleskobun aynı anda bir kaynağa bakması ve eş zamanlı sinyal kaydetmesi gerekiyor. Dolayısıyla gözlemin vakitlerini, Olay Ufku Teleskop projesine dahil teleskopların aynı anda galaksinin merkezini görebileceği şekilde ayarlamamız gerekiyor. Bu sinyaller sonra birleştirilecek ve ortaya çıkan görüntüde karadeliğin gölgesinin görülüp görülmediğini tespit edeceğiz. Bu gölgenin görülüp görülmediğini tespit edeceğiz. Bu gölgenin öncelikle varlığı, ikinci olarak da büyüklüğü çok önemli, zira genel görelilik yasasına göre karadeliklerin ışığı dışarıya doğru geçirmeyen bir olay ufku olması gerekiyor. Öte yandan bu olay ufkunun büyüklüğü de net olarak hesaplayabildiğimiz bir bilimsel tahmin. Einstein’ın tahminlerine uymayan bir veri bulursak, örneğin karanlık enerji bulursak, bunun çok ilginç sonuçları olabilir.''

Karadelikler evren hakkındaki bilgimizin kesin olarak sınırlandığı noktadır.

Bir karadeliği tanımlayan sadece 3 bilgi vardır: kütlesi, dönme hızı ve taşıdığı elektrik yükü. Başka hiçbir şeyi ne bilebiliriz ne de hakkında iddia ortaya atabiliriz çünkü fizik kanunları bilgilerimizin sınırını çiziyor. Şu ana kadar bu 3 bilgiden sadece ilkini, yani kütlelerini, iyi bir şekilde ölçebildik ve hemen söyleyelim: evrende bulunan karadelikler çok çok kütleli. Karadeliğin kütlesini de ona en yakın olan yıldızlarını hareketlerini izleyerek ve ölçerek hesaplayabiliriz. 

Albert Einstein ve Genel Görelilik Kuramı

Genel görelilik kuramının tahminlerinden biri olan karadelikler uzun süre matematiksel spekülasyon olarak kaldı. İnsanlar bu çözümlerin gerçekliğinden uzun süre emin olamadı. Fakat Dünya’nın içinde bulunduğu gökadamızın merkezinde kütlesi Güneş’inkinin yaklaşık 4 milyon katı olan bir cisim bulundu. Cisimden ne görünür ışık ne de X ışını geliyordu. Tamamen karanlıktı. Öte yandan bu kadar kütlenin bu kadar küçük bir yere nasıl sığdırılacağına bilinen fizik bir açıklama getiremiyordu. Dolayısıyla bilim insanları bunun bir karadelik olduğuna hükmetti. Merak edenler için gökadamızın merkezinde bulunan bu karadelik Dünya’dan bakıldığında Yay takımyıldızının Sagittarius A* sahası içinde kalıyor. 

Astrofizikçiler kütlesi yeterince büyük her gökadanın (galaksinin) merkezinde süper kütleli devasa bir karadelik bulunduğunu düşünüyor. Çok büyük karadeliklerin kütlesinin Güneş’inkinin milyonlarca, hatta belki milyarlarca katı olabileceği düşünülüyor. Şimdiye kadar bulunan karadeliklerin en büyüğü olan OJ287, Yengeç takımyıldızında ve bizden yaklaşık 3,5 milyar ışık yılı uzakta. Kütlesi ise Güneş’in yaklaşık 18 milyar katı. 

Karadelikler insan gözü tarafından görülemez çünkü ışığı tamamen emerler. Bir cismi görmemizi sağlayan şey fotonların o cisme çarpması, cismin atomları ile etkileşime girip kendine özgü bir miktarda yansıması ve frekans değerlerinin değişmesidir. Cisimden yansıyan ışık sayesinde cismi görebiliriz. Işıktaki değişimler de bize bu cismin rengi hakkında bilgi verir. Karadeliğe gelen ışık ise yansıyacak bir yüzey bulamaz ve hızla karadeliğin içine doğru ‘’akmaya’’ başlar. Dışarı hiç ışık çıkmaz. 

Astrofiziğin bilgi kaynağı ışık, yani fotonlardır. Eğer bir cisimden bize foton ulaşmazsa o cismi astronomi bakımından görmek mümkün olmaz, fakat astrofiziksel hesaplamalar sayesinde karadeliklerin var olduğundan eminiz ve bize yolladıkları kütleçekimsel dalgaları da gözlemleyebiliyoruz. Nitekim LIGO ve Virgo araştırmacıları bugüne kadar on karadelik-karadelik ve bir de nötron yıldızı-nötron yıldızı birleşmesinden ortaya çıkan kütleçekimsel dalgaları tespit etti. Ancak karadeliklere ilişkin doğrudan kanıt karadeliğin olay ufkunun ve gölgesinin görüntülenmesiyle ilk kez elde edilmiş oldu.

Karadelik / 1

İki yüzün üzerinde araştırmacının yer aldığı uluslararası bir araştırma grubu, ilk kez bir karadeliği doğrudan görüntülemeyi başardı. Karadelik, Dünya'ya yaklaşık 55 milyon ışık yılı uzaklıktaki Messier 87 ya da kısaca M87 olarak adlandırılan bir gökadanın merkezinde yer alıyor. Gökadanın ismi dolayısıyla M87 olarak adlandırılan karadeliğin görüntüsünü elde etmek için dört ayı kıtadaki sekiz ayrı radyo teleskobun (radyo dalgalarına duyarlı teleskop) topladığı veriler bir araya getirilerek analiz edildi. Üretilen dört ayrı görüntüde de karadelik bir ışık halkası tarafından çevrelenmiş karanlık bir bölge olarak görülüyor. 

Karadeliklerin varlığı genel görelilik kuramı tarafından tahmin edilmişti. Karadelikleri diğer gökcisimlerinden ayıran en önemli özellik, etraflarında bir olay ufku olmasıdır. Bir kez olay ufkunu geçerek karadeliğin içine düşen bir cismin bir daha olay ufkunun dışına çıkması mümkün değildir. Çünkü olay ufkunun içindeki kurtulma hızı (bir gökcisminin çekiminden kurtulmak için ulaşılması gereken hız) ışık hızından daha büyüktür. Işık hızından daha hızlı hareket etmek mümkün olmadığı için hiçbir şey karadeliğin çekiminden kurtulamaz. 

Karadelikler ışık yaymadıkları için doğrudan gözlemlenemezler. Ancak olay ufkunun dışındaki elektrik yüklü parçacıklar,karadeliğin çekiminin etkisiyle ivmelendiklerinde ışık yayarlar. Dolayısıyla yoğun madde bulutuyla çevrelenmiş bir karadeliğin ışık halesinin ortasında bir gölge gibi görünmesi gerekir. 

Bir karadeliği doğrudan görüntülemek çok zordur. Bugüne kadar herhangi bir karadeliği doğrudan görüntülemek mümkün olmamıştı. Yakın zamanlarda sonuçlanan çalışmanın başarıya ulaşmasının nedeniyse tek bir teleskop tarafından toplanan verilerin değil, yeryüzünün farklı bölgelerindeki çok sayıda teleskobun topladığı verilerin kullanılması. 

Olay Ufku Teleskobu (Event Horizon Telescobe, EHT) olarak adlandırılan teleskoplar dizisi dört ayrı kıtadaki sekiz radyo teleskoptan oluşuyor. Birbirinden bağımsız biçimde çalışan teleskoplar gökcisimleri tarafından yayılan radyo dalgalarını algılıyorlar. Karadelikler gökyüzündeki diğer radyo dalgası kaynaklarıyla karşılaştırıldıklarında hem çok daha küçük hem de çok daha solgundurlar. Bu yüzden gökbilimciler karadeliği daha net görebilmek için karadelik ile Dünya arasındaki bulutların içinden geçebilen kısa boylu radyo dalgalarına odaklanmışlar. 

Bir karadeliğin görüntüsünü elde edebilmek için açısal çözünürlüğün de çok yüksek olması gerekiyor. Teleskopların bulunduğu bölgelerdeki hava durumu tahminlerine dayanılarak tüm teleskopların aynı anda M87'yi gözlemleyebileceği dört tarih belirlenmiş. Her bir teleskop bu tarihlerde toplam bir milyon gigabaytlık veri toplamış. Daha sonra bu veriler bir araya getirilerek analiz edilmiş. Dört ayrı grubun farklı yöntemler kullanarak yaptığı çalışmalar sonucunda karadeliğin dört ayrı fotoğrafı üretilmiş. 

Fotoğraflar birbirine çok benziyor. Tamamında bir ışık halesiyle çevrili karanlık bir bölge var. Araştırmacılar, görüntünün merkezindeki karanlık bölgenin karadeliğin ''gölgesi'' olduğunu düşünüyor.