Uzay teleskopları, yer gözlemevlerinin göremediklerini nasıl görüyor

Yıldızlardan ve galaksilerden gelen ışık, evrende sadece insan gözünün görebildiği görünür renkler biçiminde değil, birçok farklı biçimde yol alır. Ultraviyole, kızılötesi, X-ışını ve gama ışını ışığı; sıcak genç yıldızlar, soğuk toz bulutları, patlamış yıldızlar ve kara delikler hakkında bilgi taşır. Ancak NASA Science ve Avrupa Uzay Ajansı'na (ESA) göre, Dünya'nın atmosferi bu ışığın büyük bölümünü yere ulaşmadan önce soğurur veya bozar.

Dünya'nın atmosferi neden bir engel oluşturuyor

ESA, atmosferin kızılötesi astronomi için iki ayrı sorun yarattığını açıklıyor. Birincisi, atmosfer kızılötesi dalga boylarının büyük bölümünü tamamen soğurur ve yer tabanlı teleskoplara ulaşmasına ancak birkaç dar bant izin verir. İkincisi, atmosferin kendisi kızılötesinde parıldar ve genellikle astronomların incelemeye çalıştığı sönük kozmik nesneden daha fazla ışıma yayar; bu da sinyali gürültüye boğar.

ESA ayrıca atmosferin, X-ışınları, gama ışınları ve çoğu ultraviyole ışın dahil olmak üzere yüksek enerjili ve ultraviyole ışımanın büyük bölümünü engellediğini belirtiyor. NASA, X-ışını gözlemevi olan Chandra'nın, X-ışınlarının asla yüzeye ulaşmaması nedeniyle Dünya'nın üzerinde yaklaşık 139.000 kilometre (86.500 mil) yüksekliğe kadar çıkan bir yörüngede dolandığını; bunun Hubble'dan yaklaşık 200 kat daha yüksek olduğunu belirtiyor.

Bir teleskobu atmosferin üzerine, ya da tamamen Dünya'dan uzağa taşımak, her iki sorunu da aynı anda ortadan kaldırır: ışığı soğuracak hava kalmaz ve sinyali bastıracak atmosferik parıltı olmaz.

Farklı teleskoplar, farklı ışık

Her büyük uzay gözlemevi, spektrumun belirli bir bölümüne ayarlanmıştır. 1990'da fırlatılan Hubble, esas olarak ultraviyole ve görünür ışığı (0,1 ile 2,5 mikron arası) gözlemler ve NASA Science'a göre Dünya'nın yaklaşık 300 mil (483 km) üzerinde yörüngede dolanır; bu da ara sıra yapılan bakım görevleriyle hâlâ erişilebilir bir yüksekliktir. Aralık 2021'de fırlatılan James Webb Uzay Teleskopu ise kızılötesi ışık için inşa edilmiştir ve Dünya'dan yaklaşık bir milyon mil uzaktaki ikinci Lagrange noktasına (L2) yakın bir konumda, çok daha uzakta bulunur; burada hem kendi ısısı hem de Dünya'nın ısısı, tespit etmeye çalıştığı sönük kızılötesi sinyallere müdahale edemez.

Webb'in birincil aynası 6,5 metre (21,3 fit) genişliğindedir; Hubble'ın 2,4 metrelik (7,9 fit) aynasıyla karşılaştırıldığında, bu ona altı kattan fazla ışık toplama alanı sağlar. NASA Science, Webb'in Hubble'ın görebildiğinden 100 kat daha sönük nesneleri tespit edebildiğini belirtiyor. Evrenin genişlemesi, en uzak ve en eski galaksilerden gelen ışığı kızılötesi dalga boylarına doğru gerdiğinden (kırmızıya kayma etkisi), Webb'in kızılötesi hassasiyeti, Hubble'ın ultraviyole ve görünür ışık aletlerinden daha geriye, kozmik zamanda daha derinlere bakmasını sağlıyor.

Webb, farklı kızılötesi aralıkları için özel aletler taşıyor. NASA Science'ın alet sayfasına göre, Yakın Kızılötesi Kamerası (NIRCam) 0,6 ile 5 mikron arasını kapsar ve Webb'in birincil yakın kızılötesi görüntüleyicisi olarak görev yapar. Orta Kızılötesi Aleti (MIRI) ise 5 ile 28 mikron arasını kapsar ve bir kamerayı, ışığı her dalga boyundaki parlaklığı ölçmek için spektruma ayıran bir spektrografı ve bir yıldızın parlaklığını engelleyerek yakınındaki daha sönük gezegenlerin görülebilmesini sağlayan bir koronagrafı birleştirir. MIRI'nin, dedektörlerinin Webb'in kendi kalıntı ısısıyla kör olmaması için gözlemevinin geri kalanından daha soğuk kalmasını sağlayan ek bir kriyosoğutucuya ihtiyacı vardır.

Her uzay gözlemevi görüntü üretmez. ESA'nın Gaia mesyon sayfasına göre, 19 Aralık 2013'te fırlatılan ve L2'ye yakın bir konumda bulunan ESA'nın Gaia uzay aracı, Samanyolu genelinde iki milyardan fazla yıldızın son derece hassas üç boyutlu bir haritasını oluşturuyor; bu yıldızların hareketlerini, parlaklığını, sıcaklığını ve bileşimini izliyor. ESA, Gaia'nın konum hassasiyetini, öncülü olan Hipparcos uydusuna kıyasla yüz kat artırdığını söylüyor; görev, 2024 yılında sensör ve mikrometeorit sorunlarıyla karşılaştıktan sonra operasyon sonrası aşamasına girdi.

Spektrumun yüksek enerjili ucunda, 23 Temmuz 1999'da fırlatılan NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi, NASA'nın astrobiyoloji görev sayfasına göre son derece sıcak olaylardan gelen X-ışınlarını tespit ediyor: patlamış yıldızlar, galaksi kümeleri ve kara deliklerin etrafında dönen madde.

Parçaları bir arada toplamak

ESA'nın Herschel proje bilimcisi Göran Pilbratt, kızılötesi gözlemin özellikle yıldızların ve gezegenlerin nasıl oluştuğunu incelemek açısından değerini şöyle tanımladı: ESA'ya göre, "Kızılötesinde gözlem yaparak, şeylerin nasıl oluştuğunu, çok erken aşamaları inceleyebiliriz, çünkü oluşum süreçleri çok sıklıkla soğuk ve tozlu yerlerde gerçekleşir." Kızılötesi ışık, görünür ışığı engelleyen toz bulutlarının içinden geçer ve Webb'in NIRCam ile MIRI aletleri gibi cihazların, bulutsular içinde saklanmış yeni doğmuş yıldızları ve gezegenleri görmesine imkan tanır.

Tek bir teleskop spektrumun tamamını kapsamadığından, astronomlar düzenli olarak birden fazla gözlemevinden gelen verileri birleştirir. NASA Science, Hubble ve Webb'i rakip olmaktan ziyade birbirini tamamlayan ortaklar olarak tanımlıyor: Webb'in daha derin kızılötesi görüşü toz ve gazın içinden geçerken, Hubble'ın görünür ve ultraviyole görüşü Webb'in kızılötesi görüntülerini tamamlıyor ve birlikte aynı nesnelerin daha kapsamlı görüntülerini üretiyorlar.