Güneş’in süpersonik şok dalgalarıyla görünümü

NASA, maddelerdeki yoğunluk değişimini gözlemlemek için çölleri arka plan olarak kullanmayı başarmasının ardından, gökyüzünde süpersonik şok dalgalarını görüntülemeyi başardı.

NASA’nın gaz ve sıvılardaki yoğunluk değişiminlerinden kaynaklanan kırılmaları gözlemlemek için kullandığı schlieren yönteminde geldiği son nokta, gökyüzünü bir perde haline getirmek oldu.

Havadan-havaya schlieren fotoğrafçılık yönteminde benekli çöl görüntüsünü arka plan olarak kullanmayı başaran NASA, süpersonik şok dalgalarını görebilmek için de gökyüzünü kullandı. Armstrong Uçuş Araştırma Merkezi tarafından yapılan araştırmada, gözlemcinin kamerası ve arkplan arasından geçen hava aracının aerodinamik etkisini görüntülemek için Ay veya Güneş gibi ışık kaynağından yararlanıldı.

NASA, akışkan dinamiği hakkında nicel ve nitel bilgi toplamak için kullanılan akışkan görüntüleme (flow visuaşization) geliştirdiği yeni nesil görüntü işleme teknolojisini ‘Gökyüzü Nesneleri kullanan Arka plan Yönelimli Schlieren’ (BOSCO) olarak adlandırdı.

Schlieren fotoğrafçılığı, uzun yıllardır aerodinamik akışkanlara bağlı hava yoğunluğu değişkenlerini görüntülemek için kullanılıyor. Elde edilen veriler, havacılık araştırmaları için temel bilgiler oluşturuyor. Geleneksel yöntemlerde parlak bir ışık kaynağı ve çok iyi ayarlamış optikler kullanılması gerektiren yöntem kapsamında, kırılarak yansıyan ışık teste tabi tutulan nesnelerin etrafındaki hava yoğunluğu değişkenlerini ortaya koyuyor. Rüzgar tünellerinde yapılan testlerin aksine, bir uçağın tam ölçekli schlieren görüntülerini elde etmek, uçak-Güneş-kamera hizası mükemmel olması gerektiği için fazlasıyla zor oluyor.

NASA, kısa süre önce yaptığı açıklamada, Güneş’in kenarını ışık kaynağı olarak kullanarak yer odaklı schlieren sistemlerinde daha iyi sonuçlar elde edildiğini açıkladı. Ancak gözlemlenen uçağın Güneş’in sol ve sağ taraflarından geçmesinden dolayı, her şok dalgasına ait sadece iki gözlem yapılabildi. BOSCO koseptinin temelini atan Edward Haering, testler esnasında şok dalgalarının Güneş üzerindeki görünür lekelerin biçimini bozduğunu fark etti.

Filtresiz görüntülenen Güneş diski neredeyse pürüzsüz belirirken, kalsiyum-K (CaK) optik filtresinin, Güneş’in kromosfer tabakasının benekli görüntüsünü ortaya çıkardığı biliniyor. Haering, “Doğal olarak benekli beliren bu arka planı kullanarak kamera sisteminin keskinliğini ciddi oranda artırarak her bir şok dalgasının yüzlerce gözlemini yapabiliriz” ifadesini kullandı.

Yeni yöntem, Ames Araştırma Merkezi’nin Moffett Hava Alanı’nda test edilmeye başlandı. Modern görüntü işleme yötemlerine dayanan yeni schlieren teknikleri, özel matematik denklemleri kullanılarak istebilen sonucu verdi ve şok dalgaları bir dizi fotoğrafta arka plan deseninde beliren bozukluklar olarak belirdi. Geleneksel yöntemde olduğu gibi temek optik cihazlar gerektiren yeni tekniğin tek farkı, Ay’ın kraterli veya Güneş’in pürüzlü yüzeyi gibi parlak bir arka plan gerektirmesi. Son olarak, CaK görüntünün filtrelerden geçirilmesi.

Sesten hızlı 2 dakikalık uçuş

NASA, geliştirilen yeni yöntemle gerçekletirdiği bir denemeye Kalsiyum-K Tutulma Arka plan Yönelmeli Schlieren (CaKEBOS) adını verdi. Armstrong baş müfettişi Michael Hill’e göre, yapılan deneme Güneş’in schlieren fotoğrafçılığı için etkin bir arka plan olarak kullanılabileceğini gösterdi. Elde edilen sonuçlar, yer odaklı gözlemlerin uçakla taşınan kamera platformlarını gereksiz kılacağını, böylece çok daha ekonomik olacağını gösterdi.

Hava kamera platformlarının karmaşıklığı ve işletme maliyetinden kurtulacaklarını belirten Hill, “Benzer sonuçlar elde edecek bir sistemi 3,000 dolara kurabilirsiniz” ifadesini kullandı.

Edwards Hava Üssü’ndeki Hava Kuvvetleri Test Pilot Okulu’ndan Binbaşı Jonathan Orso ve Albay Glenn Graham’ın katıldığı uçuşlarda, T-38C süpersonik uçağı istenen schieleren fotoğrafları elde edebilmek için NASA ile çizilen planlar doğrultusunda uçtu. Sesten hızlı uçuş esnasında Güneş’i doğru konumda gölgelemek için 120 metreye kadar inen mesafe aralığında konum belirlendi. Tüm bu süreç, Güneş’in Dünya’nın hareketiyle değişen doğru konumu bozuluncaya kadar 2 dakika sürdü.

Hill, BOSCO sistemini uçaklar dışındaki nesneler üzerinde de denemek istedikleri, Güneş ile kamera arasına girecek her nesne için yöntemin kullanılma potansiyeli olduğunu söyledi.

Schlieren yönteminde kullanılan arka plan, sadece süpersonik şok dalgalarını değil, aynı zamanda kanat ucu girdaplarını ve jet yakıtı dumanının etkilerini de gözler önüne seriyor. NASA, gelecekte daha gelişmiş sistemlerin kullanılmasıyla sesten yavaş uçan uçakların, rüzgar türbinlerinin ve anayollardaki araçların akışkan alanlarını görüntüleyebileceklerini düşünüyor.

Haering, “Çölün veya Güneş’in arka plan olarak kullanıldığı tüm bu yöntemlerde, yerden veya havadan görüntüleme yapmanın kendine özgü limitleri var. Gelecekte tüm bu öğeleri bir araya getirerek uçakların karmaşık akışlan desenlerini görselleştirmeyi planlıyoruz. Bu sayede sessiz süpersonik uçuşu mümkün kulabiliriz” ifadesini kullandı.

BOSCO görüntülerie daha fazla bakmak için: