Hava tahmini güçlü bir araçtır. Örneğin kasırga mevsimi sırasında meteorologlar, bu yıkıcı fırtınaların nasıl oluştuğunu ve nereye gidebileceklerini tahmin etmek için bilgisayar simülasyonları oluşturuyor; bu da kıyı topluluklarının zarar görmesini önlemeye yardımcı oluyor. Dünyadaki fırtınalar yerine uzaydaki hava durumunu tahmin etmeye çalıştığınızda bu simülasyonları oluşturmak biraz daha karmaşık hale gelir. Uzay havasını simüle etmek için güneşi, gezegenleri ve aralarındaki geniş boş alanı, tüm hesaplamaların yapılacağı simülasyon kutusu olarak da bilinen sanal bir ortama sığdırmanız gerekir.
Uzay havası Dünya’da gördüğünüz fırtınalardan çok farklıdır. Bu olaylar, yüzeyinden yüklü parçacıklar ve manyetik alanlar püskürten güneşten geliyor. Bu olayların en güçlüsü, saniyede 1.800 mile (saniyede 2.897 kilometre) yaklaşan hızlarda seyahat eden gezegenler arası koronal kütle püskürmeleri veya CME’ler olarak adlandırılır.
Bunu perspektife koymak gerekirse, tek bir CME, tüm Büyük Göllere eşdeğer bir malzeme kütlesini New York City’den Los Angeles’a iki saniyeden kısa bir sürede, neredeyse “uzay havası” demekten daha hızlı bir şekilde taşıyabilir.
Bu CME’ler Dünya’ya çarptığında, gökyüzünde güzel auroralar olarak ortaya çıkan jeomanyetik fırtınalara neden olabilirler. Bu fırtınalar aynı zamanda elektrik şebekesindeki elektrik akışına müdahale ederek ve transformatörlerin aşırı ısınmasına ve arızalanmasına neden olarak temel teknolojik altyapıya da zarar verebilir.
Bu fırtınaların nasıl bu kadar büyük hasara yol açtığını daha iyi anlamak için araştırma ekibimiz, fırtınaların Dünya’nın doğal manyetik kalkanıyla nasıl etkileşime girdiğini ve elektrik şebekelerini kapatabilecek tehlikeli jeomanyetik aktiviteyi nasıl tetiklediğini gösteren simülasyonlar oluşturdu.
Ekim 2025’te yayınlanan bir çalışmada Astrofizik Dergisibu jeomanyetik fırtınaların kaynaklarından birini modelledik: Güneşten gelen bir fırlatmadan kaynaklanan küçük, kasırga benzeri girdaplar. Bu girdaplara akı halatları adı veriliyor ve uydular daha önce küçük akı halatlarını gözlemlemişti; ancak bizim çalışmamız bunların nasıl oluşturulduğunu ortaya çıkarmaya yardımcı oldu.
meydan okuma
Ekibimiz bu araştırmaya 2023 yazında, uzay havası uzmanı olan birimizin uzay havası gözlemlerindeki tutarsızlıkları fark etmesiyle başladı. Bu çalışma, Dünya’ya herhangi bir güneş patlamasının çarpmasının beklenmediği dönemlerde meydana gelen jeomanyetik fırtınaları ortaya çıkarmıştı.
Şaşkına dönen uzay havası uzmanı, koronal kütle püskürmelerinden daha küçük olan ve doğrudan güneş patlamalarından kaynaklanmayan uzay havası olaylarının olup olamayacağını bilmek istedi. Bu tür olayların Güneş’in atmosferi yerine Güneş ile Dünya arasındaki boşlukta oluşabileceğini öngördü.
Bu kadar küçük uzay hava olaylarının bir örneği, bir manyetik akı ipidir; yani bir ip gibi birbirine sarılmış manyetik alan demetleri. Güneş patlamalarının bilgisayar simülasyonlarında tespit edilmesi, bu uzay hava olaylarının nerede oluşabileceğine dair ipucu verebilir. Uydu gözlemlerinin aksine, simülasyonlarda saati geri çevirebilir veya bir olayı takip ederek bunların nereden kaynaklandığını görebilirsiniz.
Bu yüzden önde gelen bir simülasyon uzmanı olan diğer yazara sordu. Daha küçük uzay hava olaylarını bulmanın, büyük bir güneş patlamasını simüle etmek ve bilgisayar modelinin patlamanın Dünya’ya ulaşması için yeterince uzun süre çalışmasına izin vermek kadar basit olmadığı ortaya çıktı. Mevcut bilgisayar simülasyonlarının bu küçük olayları çözmesi amaçlanmamıştır. Bunun yerine, büyük güneş patlamalarına odaklanmak üzere tasarlandılar çünkü bunların Dünya’daki altyapı üzerinde en fazla etkisi var.
Bu eksiklik oldukça hayal kırıklığı yarattı. Bu, yalnızca küresel hava durumunu gösteren bir simülasyonla bir kasırgayı tahmin etmeye çalışmak gibiydi. Bu ölçekte bir kasırga göremeyeceğiniz için onu tamamen kaçırırsınız.
Bu daha büyük ölçekli simülasyonlar küresel simülasyonlar olarak bilinir. Güneş patlamalarının güneş yüzeyinde nasıl oluştuğunu ve uzayda nasıl yolculuk yaptığını inceliyorlar. Bu simülasyonlar, her yüklü parçacığın bağımsız olarak modellenmesiyle karşılaştırıldığında, hesaplama maliyetini azaltmak için yüklü parçacık akışlarını ve uzayda yüzen manyetik alanları akışkanlar olarak ele alır. Bu, her bir su molekülünü ayrı ayrı takip etmek yerine, bir şişedeki suyun genel sıcaklığını ölçmek gibidir.
Bu simülasyonlar çok geniş bir alanda gerçekleşen hesaplamalı olaylar olduğundan her ayrıntıyı çözemezler. Güneş ile gezegenler arasındaki geniş alanı uygun maliyetle çözmek için araştırmacılar, alanı bir kameradaki iki boyutlu piksellere benzer şekilde büyük küplere bölüyorlar. Simülasyonda, bu küplerin her biri 1 milyon mil (1,6 milyon kilometre) genişliğinde, yüksekliğinde ve genişliğinde bir alanı temsil ediyor. Bu mesafe Dünya’dan Güneş’e olan mesafenin yaklaşık %1’ine eşdeğerdir.
Arama başlıyor
Arayışımız samanlıkta iğne aramak gibi bir hisle başladı. Eski küresel simülasyonlara bakıyorduk; uzayın Güneş’ten yüzlerce kat daha geniş bir alanı içinde küçük, geçici bir damla (bu, bir akış ipini simgeliyor) arıyorduk. İlk aramamız hiçbir sonuç vermedi.
Daha sonra odak noktamızı Mayıs 2024’teki güneş patlaması olayının simülasyonlarına kaydırdık. Bu kez, özellikle güneş patlamasının, önündeki güneş rüzgarı adı verilen yüklü parçacıkların ve manyetik alanların sessiz akışıyla çarpıştığı bölgeye baktık.
İşte oradaydı: manyetik akı halatlarından oluşan farklı bir sistem.
Ancak heyecanımız kısa sürdü. Bu flux halatlarının nereden geldiğini anlayamadık. Modellenen akı halatları da hayatta kalamayacak kadar küçüktü ve simülasyon ızgaramızla çözümlenemeyecek kadar küçük hale geldikleri için sonunda söndüler.
Ancak ihtiyacımız olan türden bir ipucu buydu; güneş patlamasının güneş rüzgârıyla çarpıştığı yerde akı halatlarının varlığı.
Sorunu çözmek için bu boşluğu doldurmaya ve daha önce kullanılan küresel simülasyonlardan daha ince ızgara boyutuna sahip bir bilgisayar modeli oluşturmaya karar verdik. Tüm simülasyon alanı boyunca çözünürlüğün artırılması aşırı derecede pahalı olacağından, simülasyon çözünürlüğünü yalnızca akı halatlarının yörüngesi boyunca artırmaya karar verdik.
Yeni simülasyonlar artık Dünya’nın 8.000 mil (ya da 128.000 kilometre) çapının altı katı mesafelerden onbinlerce mile kadar uzanan mesafeleri kapsayan özellikleri çözebiliyor; bu da önceki simülasyonlardan neredeyse 100 kat daha iyi.
Keşfi yapmak
Simülasyon ızgarasını tasarlayıp test ettikten sonra, daha az ince taneli modelde akı halatlarının oluşumuna yol açan aynı güneş patlamasını simüle etme zamanı gelmişti. Bu akı halatlarının oluşumunu, nasıl büyüdüğünü, şekil değiştirdiğini ve muhtemelen Güneş ile Dünya arasındaki boşluğu kapsayan dar kama içinde son bulduğunu araştırmak istedik. Sonuçlar şaşırtıcıydı.
Yüksek çözünürlüklü görüntü, güneş patlamasının önündeki daha yavaş güneş rüzgârına çarpmasıyla oluşan akı halatlarını ortaya çıkardı. Yeni yapılar, beklediğimizden çok daha uzun süre dayanabilen inanılmaz karmaşıklığa ve güce sahipti. Meteorolojik açıdan bu, bir kasırganın bir kasırga kümesi doğurmasını izlemek gibiydi.
Bu girdaplardaki manyetik alanların önemli bir jeomanyetik fırtınayı tetikleyecek ve Dünya’da ciddi sorunlara yol açacak kadar güçlü olduğunu bulduk. Ancak en önemlisi simülasyonlar, güneş ile Dünya arasındaki boşlukta yerel olarak oluşan uzay havası olaylarının gerçekten de olduğunu doğruladı. Bir sonraki adımımız, güneş rüzgarındaki kasırga benzeri özelliklerin gezegenimizi ve altyapımızı nasıl etkileyebileceğini simüle etmektir.
Bu akış halatlarının simülasyon formunda bu kadar hızlı bir şekilde Dünya’ya doğru hareket etmesini izlemek heyecan verici ama endişe vericiydi. Heyecan vericiydi çünkü bu keşif gelecekteki aşırı uzay hava durumu olaylarını daha iyi planlamamıza yardımcı olabilir. Aynı zamanda endişe vericiydi çünkü bu akı halatları günümüzün uzay hava durumu monitörlerinde yalnızca küçük bir nokta olarak görünüyordu.
Bilim adamlarının gezegenimizi etkileyip etkilemeyeceğini, ne zaman ve hangi yönde etkileyeceğini ve sonuçlarının ne olabileceğini daha güvenilir bir şekilde tahmin edebilmeleri için bu akış halatlarını doğrudan daha ayrıntılı olarak görebilmek için birden fazla uyduya ihtiyacımız olacak. İyi haber şu ki bilim insanları ve mühendisler bu sorunu çözebilecek yeni nesil uzay görevlerini geliştiriyorlar.
