James Webb Teleskobunun L2 yörüngesine oturmasına neredeyse tamamlandı. Bu satırları okurken çok büyük olasılıkla yörünge işlemi tamamlanmış olacak. 24 Ocak Pazartesi günü mühendisler, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’na son bir düzeltme talimatı vermeyi planlıyor.
Bu, onu, Dünya’dan yaklaşık 1 milyon mil uzakta, ikinci Güneş-Dünya Lagrange noktası veya kısaca “L2” olarak adlandırılan yerde, istenen yörüngeye yerleştirecektir.
Matematiksel olarak, Lagrange noktaları, “kısıtlı üç cisim problemi” denen şeyin çözümleridir. Uzaydaki herhangi iki kütlesel, yerçekimsel olarak önemli nesne, yerçekimi kuvvetlerinin ve bir uzay aracı gibi küçük, üçüncü bir cismin hareketinin merkezkaç kuvvetinin dengede olduğu beş özel konum – Lagrange noktaları – oluşturur.
Lagrange Noktaları Nedir?
Lagrange noktaları, uzayda oraya gönderilen nesnelerin yerlerinde kalma eğiliminde oldukları konumlardır. Lagrange noktalarında, iki büyük kütlenin yerçekimi kuvveti, küçük bir nesnenin onlarla birlikte hareket etmesi için gereken merkezcil kuvvete tam olarak eşittir. Uzaydaki bu noktalar, pozisyonda kalmak için gereken yakıt tüketimini azaltmak için uzay aracı tarafından kullanılabilir.
Lagrange noktaları, L1’den L5’e kadar etiketlenir ve onları oluşturan iki kütleçekimsel cismin (önce büyük olan) adlarından önce gelir.
Tüm Lagrange noktaları yerçekimi denge noktaları olsa da, hepsi tamamen kararlı değildir. L1, L2 ve L3, biraz daha yüksek iki tepe arasındaki bir tepenin ortasındaki bir nokta gibi, eyer şeklinde yerçekimi gradyanlarına sahip “meta-kararlı” konumlardır, burada iki tepe arasındaki düşük, sabit noktadır, ancak sırtın her iki tarafındaki vadilere göre hala yüksek, dengesiz bir nokta.
L4 ve L5, her konumun uzun, yüksek bir sırtın veya tepenin ortasındaki sığ bir çöküntü veya çanak gibi olması bakımından kararlıdır.
Öyleyse neden Webb’i Güneş-Dünya L2’nin yörüngesine gönderelim?
Çünkü kızılötesi gözlemevi için ideal bir yer. Güneş-Dünya L2’de Güneş ve Dünya (ve Ay da) her zaman uzayın bir tarafındadır ve Webb’in teleskop optiklerini ve araçlarını sürekli olarak gölgede tutmasına izin verir. Bu, kızılötesi hassasiyet için soğumalarına, ancak yine de gözlemler için herhangi bir anda gökyüzünün neredeyse yarısına erişmelerine olanak tanır. Zaman içinde gökyüzündeki herhangi bir noktayı görmek, Güneş’in etrafında daha uzağa seyahat etmek ve daha önce Güneş’in “arkasındaki” gökyüzünün daha fazlasını ortaya çıkarmak için sadece birkaç ay beklemeyi gerektirir.
Üstelik, L2’de Dünya, ondan yayılan kabaca oda sıcaklığındaki ısının Webb’i ısıtmamasına yetecek kadar uzaktadır. Ve L2 yerçekimi dengesinin olduğu bir yer olduğu için, Webb’in orada bir yörüngeyi sürdürmesi kolaydır. L2’nin etrafında dönmenin, tam olarak L2’de durmaktan daha basit, daha kolay ve daha verimli olduğunu unutmayın. Ayrıca, Webb, tam olarak L2’de olmak yerine yörüngede dönerek, Webb’in termal kararlılığı ve güç üretimi için gerekli olan Güneş’in Dünya tarafından tutulmasına asla sahip olmayacaktır. Aslında, Webb’in L2 etrafındaki yörüngesinin boyutu, Ay’ın Dünya çevresindeki yörüngesinden daha büyüktür!
L2, Derin Uzay Ağı aracılığıyla Dünya’daki Görev Operasyonları Merkezi ile her zaman teması sürdürmek için de uygundur. WMAP, Herschel ve Planck gibi diğer uzay tabanlı gözlemevleri de aynı nedenlerle Güneş-Dünya L2’nin yörüngesinde dönüyor.
Genel olarak konuşursak, Sun-Earth L2’ye bir uzay aracı getirmek oldukça basittir, ancak Webb’in mimarisi bir kırışık ekledi.
Webb’in Uçuş Dinamiği baş mühendisi Karen Richon, Webb’i L2’ye getirmeyi ve orada tutmayı anlatıyor:
“Bir topu olabildiğince sert bir şekilde havaya fırlatmayı düşünün; çok hızlı başlar, ancak yerçekimi onu Dünya’ya geri çekerken yavaşlar, sonunda zirvesinde durur ve sonra yere geri döner. Kolunuzun Dünya yüzeyinden birkaç metre yukarı çıkması için enerji vermesine benzer şekilde, Ariane 5 roketi Webb’e 1,1 milyon kilometrelik büyük mesafeyi kat etmesi için enerji verdi, ancak Dünya’nın yerçekiminden kaçmak için yeterli enerjiyi vermedi. Tıpkı top gibi, Webb de yavaşlıyor ve eğer izin verirsek sonunda durup Dünya’ya doğru geri düşecekti. Topun aksine, Webb Dünya’nın yüzeyine geri dönmeyecek, ancak 300 kilometrelik bir perigee irtifası ve 1.300.000 kilometrelik bir apojee irtifası ile son derece eliptik bir yörüngede olacaktı.
Webb’deki küçük roket motorlarından üç haftada bir veya daha fazla itme gücü kullanmak, onu L2’nin yörüngesinde, altı ayda bir hale yörüngede etrafında dönmeye devam edecektir.
“Peki, Ariane neden Webb’e daha fazla enerji vermedi ve Webb’in neden rota düzeltmesine ihtiyacı vardı? Ariane, Webb’e onu L2’ye getirmek için gerekenden biraz fazla enerji vermiş olsaydı, oraya vardığında çok hızlı gidecek ve arzu ettiği bilim yörüngesini aşacaktı. Webb, yavaşlamak için Güneş’e doğru iterek önemli bir fren manevrası yapmak zorunda kalacaktı. Bu büyük yanık sadece çok fazla itici gaza mal olmakla kalmaz, aynı zamanda imkansız olurdu, çünkü Webb’in Güneş’e doğru itilmesi için 180 derece dönmesi gerekirdi, bu da teleskop optiklerini ve araçlarını doğrudan Güneş’e maruz bırakacak ve böylece onların aşırı ısınmasına neden olacaktı. Yapılar ve onları bir arada tutan yapıştırıcıyı kelimenin tam anlamıyla eritir.
Frenleme itişini yönlendirmenin bir yolu olarak teleskop üzerine iticileri monte etmek birkaç nedenden dolayı mümkün değildi ve hiçbir zaman bir tasarım seçeneği olmadı.
“Dolayısıyla Webb, Ariane roketinden asla geriye dönük bir yanma yapmak zorunda kalmamamızı sağlamak için yeterli enerji istedi, ancak farkı tam olarak telafi etmek ve onu istenen yörüngeye yerleştirmek için her zaman gözlemevinden bir yanma gerektirecekti.
Ariane 5, Webb’i o kadar isabetli bir şekilde hedef aldı ki, ilk ve en kritik yanımız, planlamamız ve tasarlamamız gerekenden daha küçüktü ve uzun bir görev için daha fazla yakıt bıraktı!”
Kaynak: NASA – Alise Fisher 21 Ocak 2022