Yörüngedeki Astronotlar İçin Kütleçekim

Uzaydaki astronotların film yada fotoğraf karelerine baktığınızda sanki hiç yerçekimi yokmuş gibi görünür. Her şey sanki aynı yöne doğru düşmüyordur ve neyin yukarı neyin aşağı gittiği belli değildir. Her şey sanki yüzer bir şekilde havada durur. Duvarı ittirseler aksi yöne fırlayacaklarmış gibi bir durum vardır. Yerçekimi gibi her şeyi etkileyen, her şeyi aşağı çeken bir güç, bir etki yoktur. Ama mesele şu ki, bu astronotlar hala o çok büyük cüsseli kütleden yani dünyadan çok çok uzakta değillerdir. Aslında, uzak mekiği, yeryüzünün sadece birkaç yüz mil üstüne yükselir. Uzay mekiğini ölçekli olarak mesela buraya çizecek olursak buralarda bir yerde bulunur. Şu formülü biliyoruz değil mi? İki nesne arasındaki yerçekimi kuvveti, eşittir büyük G (yani yerçekimi sabiti) çarpı birinci nesnenin kütlesi çarpı ikinci nesnenin kütlesi bölü iki nesne arasındaki mesafenin karesi. Evet, uzay mekiğinin tam burada olduğunu düşünürsek bu yeryüzünden sadece birkaç mil birkaç yüz mil yukarısıdır. Yani bu "r" yani yarıçap pek de farklı sayılmaz. Çok az bir şey farkeder; dünya yüzeyinden çok az yukarıdadır. Hatırlarsanız yarıçap, bulunduğunuz yerden itibaren merkez noktaya yani yeryüzünün merkezine olan mesafedir. Asıl "r", bu nesnenin merkezinden yeryüzünün merkezine olan mesafedir ki bu durumda da bu mesafenin çok büyük oranını yeryüzü oluşturmaktadır. Yani, bir nesne ister yeryüzünün tam üstünde olsun isterse birkaç yüz mil yukarısında olsun "r" çok da önemli sayılacak miktarda değişmez özellikle de yüzdelik olarak. Bu durumda, yeryüzünden birkaç yüz mil birkaç mil yukarıda olan kişi veya nesne için olan yerçekimi kuvveti yüzeyde olandan çok da farklı olmamalı. Peki o zaman bunun sebebi nedir? Yani, eğer uzayda da yerçekimi varsa bütün bu uçuşan insan resimleri ne oluyor? Cevap şu: evet uzayda yerçekimi var ve bu insanlar aslında düşüyorlar ama dünyaya göre farklı hızda hareket ettikleri için dünyaya düşmüyorlar. Size neden bahsettiğimi şöyle anlatayım: mesela ben Afrika'da oturuyor olayım ve bir şeyi vurmak istiyorum. İyi bir mancınıkla belki 45 dereceden o şeye doğru iyi bir atış yapabilirim. Ama eninde sonunda attığım şey yere düşecektir. dir. Süper bir atış yapmış olsam bile ancak birkaç bin mil atabilirim. Biraz daha hızlı atsam, mesela bir roketi biraz daha fazla bir hızlı atsam belki biraz daha uzağa gider. Ama sonuçta dünyaya geri düşer. Daha da hızlandırsak, yine eninde sonunda dünyaya düşer. Ne demek istediğimi anlıyorsunuz, değil mi? Bundan daha da hızlı gitse gitse de sonunda yine yeryüzüne düşecektir. Başka bir nesneyi bundan daha hızlı fırlatalım ancak biraz daha uzağa düşer, ama yine düşer. Daha daha hızlı fırlattığınız her defasında, daha hızlı fırlattığınız bu nesne dünya yüzeyinden kaçıp daha çok uzağa gider ve belki belli bir hızı yakaladığında da dünyanın etrafında durmadan dönmeye başlar. Yani bir yörüngeye oturur. Bu nesne için sanki bir yerçekimi yok gibidir ama eğer yerçekimi olmasa idi bu nesne dümdüz uzaya doğru giderdi, ilerlerdi. Fakat yerçekiminden dolayı sürekli yeryüzünün merkezine doğru çekilmektedir. Başka bir deyişle bu nesnenin merkezi ile dünyanın merkezi birbirlerini çekerler. İşte bunu yapan yerçekimi kuvvetidir. Dolayısıyla bu nesne dönüşünü sürdürür ve eğer yeterli hızı yakalarsa dünyanın etrafında dönüp durmaya devam eder. Bu yükseklikte zaten pek hava olmadığından önemli derecede bir direnç de yoktur; o yüzden bu nesne yada uzay mekiği bayağı uzun bir süre gitmeye devam eder. Ama bu az da olsa direnç yüzünden uydular zamanla yavaşlar. Çok az bir hava direnci olduğu için bu zor soruya vereceğimiz cevap "evet, aslında orada yerçekimi vardır" olacaktır. Orası, yerçekimsiz bir ortam değildir. Şöyle ki, oradaki astronotlar, uzay mekiği ve hepsi aslında düşmektedirler ama o kadar hızlı hareket etmektedirler ki yeryüzüne bir türlü ulaşamazlar. Yeryüzünün etrafında gider dururlar fakat yine de tümüyle yerçekiminin etkisi altındadırlar ve sanki kendilerini yavaşlatmaya çalışır gibidirler. Eğer frene basıp kendilerini yavaşlatabilseler yeryüzüne pat diye düşeceklerdir. Yani 300-400 mil yukarıda olmanın özel hiçbir yanı yoktur ve yerçekimi aniden kaybolmaz. Yerçekiminin etkisi aslında belli bir seviyede devam eder. Belli noktalarda çok az olabilir ama sadece birkaç mil yukarıda yerçekimi kesinlikle vardır. Oradaki nesneler sadece yörüngededirler. O kadar hızlı gitmektedirler ki düşmeye hep devam ederler. Ama yeryüzüne hiçbir zaman düşmeyeceklerdir. Eğer yukarıdaki yerçekimi durumuna benzer bir ortam görmek isterseniz, NASA örneğine bakabilirsiniz burada. NASA'da insanları bir uçağa koyarlar. Bu uçağın ismi "Kusma Roketi"dir çünkü ona binen insanların çok fena midesi bulanır. Sonra bu uçağa döngü hareketi yaptırırlar. Diyelim ki bu yeryüzü olsun ve bu da döngüsel rotaları olsun. Uçak kalkar ve serbest düşüşe benzer bir yol izler. Bu yüzden uçakta oturan herkes bu serbest düşüşü hisseder. Yani aslında bu his, yüksekçe bir yerden atlarken, bungee jump atlaması mesela yaparken, yada uçaktan paraşütle atlarken, veya roller coaster'la yukarı çıkıp hızla aşağıya doğru inerken midenizde hissettiğiniz bulanma hissine benzer bir histir. Bu aslında astronotların tam olarak hissettikleri şeydir çünkü onlar hep bir serbest düşüş içerisindedirler. Ama eğer size çekim uygulayan devasa kütleye çok yakın değilseniz uzayın derinliklerindeymiş gibi bir his uyanır ve sanki size çekim gücü uygulanmıyormuş gibi hissedersiniz. Umarım bu açıklamalar, konuyu yeterince aydınlatmıştır. Penceresi olmayan bir uzay mekiğinde oturan bir astronot için büyük bir kütlenin yakınında olduklarını ve sadece serbest bir düşüş yaşadıklarını anlamak imkansızdır. Yani bir yörüngede mi dönüyorlar, yoksa uzayın boşluğuna mı gidiyorlar pek anlayamazlar.