Bilgisayar, gelişim tarihçesiyle birlikte, belki de bunun başlıca örneğidir. Bu koşullar altında, bilimsel ve teknik çalışanlar, çalışmalarının nihai kullanımını sorgulama sorumluluğundan kaçamaz. Daha sonra, ne amaçla kullanılacağını öğrendiklerinde, bu amaçlara kendi elleriyle hizmet edip etmeyeceklerine karar vermelidirler; yani kendileri ile çalışmalarının nihai sonuçları arasındaki psikolojik mesafeyi sıfıra indirerek.
Askeriyenin kendi başına bir kötülük olduğuna inanmadığımı söylemenin önemli olduğunu düşünüyorum. Ayrıca, ordu tarafından benimsenen belirli bir teknolojinin, yalnızca bu gerekçeyle, kötü olduğunu da iddia etmem. Egemen ulus-devletin evriminin mevcut aşamasında, her devletin bir orduya ihtiyacı vardır; tıpkı her kentin bir itfaiyeye ihtiyaç duyması gibi. (Öte yandan, kimse her köşe başında bir itfaiye istasyonu talep etmez ve kimse kent itfaiyesinin, kente komşu köylerde önleyici kundaklama yaparak yan iş yürütmesini arzu etmez.)
Ancak tüm dünyamızın, özellikle de üniversitelerinin ve bilim ile mühendislik tesislerinin, her geçen gün giderek artan ve daha derin bir biçimde askerîleştirildiğini görüyoruz. "Küçük" savaşlar yeryüzünün neredeyse her yerinde yanmaktadır. (Bunlar kısmen "daha gelişmiş ulusların" yüksek teknoloji silahlarını sınamak için hizmet eder.) Dünyadaki tüm bilim insanları ve mühendislerin yarısından fazlası, az ya da çok doğrudan askerî kurumlarda ya da esas olarak ordu tarafından desteklenen kurumlarda çalışmaktadır.
Etkili Muhalefet
Muhtemelen zamanımızın en yaygın ruhsal hastalığı, bireyin güçsüz olduğuna dair neredeyse evrensel inançtır. Bu (kendi kendini doğrulayan) yanılsama, kuşkusuz tezime karşı bir argüman olarak sunulacaktır. Ben ne istiyorum, denecektir; tüm bir mesleğin zamanımızın ölümcül çılgınlığına katılmayı reddetmesini mi? "Bu etkili olamaz," sözlerini şimdiden duyar gibiyim.
"Evet, gerçekten kimse böyle şeyler üzerinde çalışmasa ... ama bu açıkça imkânsız. Sonuçta, ben yapmazsam bir başkası yapar."
(Lütfen 26. sayfaya bakınız.)
COMPUTERS and PEOPLE, Mart–Nisan 1987
Astronomi, Aletler ve Bilgisayarlar
Bölüm 2
Sandra Blakeslee
23299 Red Rock Rd.
Topanga, CA 90290
"Gerçekten de ... teleskopların bilgisayarlar ve elektronik aygıtlar için ön uç çevre birimleri hâline geleceği doğrudur."
(Bölüm 1, Computers and People dergisinin Ocak–Şubat 1987 sayısında yayımlandı.)
Yeni Dev Dev Teleskoplar için Tasarımlar
Amerikalı astronomlar arasında, MMT’nin (Multiple Mirror Telescope) ötesinde yeni dev teleskoplara yönelik fikirler yaklaşık 1975 yılında şekillenmeye başladı.
Evrenin kimyası ile yıldızların ve galaksilerin doğumu ve ölümü gibi büyük kozmolojik sorulara ilişkin ipuçları elde etmenin, basitçe, toplayabildiklerinden daha fazla foton gerektirdiğini biliyorlardı. Keyfi olarak 25 metrelik bir teleskop hedefi belirlendi.
Bir optik teleskobun temel amacı ışık toplamaktır ve ortaya atılan fikirlerden biri, doğrusal ya da dairesel bir düzen içinde konumlandırılmış ışık toplayıcı teleskoplardan oluşan bir dizi geliştirmekti. Tekil teleskoplar ayrı ayrı çalışacak ya da ışıklarını tek bir görüntüde birleştirerek çalışacaktı. Bu yaklaşım son derece zordur; çünkü optik birleştirme sorunları çok çetindir.
Yeni teknoloji bir teleskop için bir başka fikir, siderostatları içerir—ışığı toplayıp onu ışığı odaklayan kavisli bir aynaya yönlendiren düz aynalar. Bu yaklaşımın sorunu, çok büyük toplayıcılara ve odaklayıcılara ihtiyaç duyulmasıdır. Tasarım pratik değildir ve özünde klasik ayna sorunlarını artırır.
Bir başka fikir, kase kavramı olarak adlandırılır. Bu, genellikle parabolik olan teleskop aynalarının aksine, devasa bir küresel aynanın yeryüzünde kase benzeri bir çöküntü içine yerleştirilmesidir. Zemin, böyle bir aynayı etkili biçimde destekler ve mekanik taşıyıcılar sorununu basitleştirir. Sorun, böyle bir aynanın çok küçük bir görüş alanına sahip olması ve görüntülerin küresel sapmalar için düzeltilmesi gerekmesidir. Aynanın çok büyük olması gerekir. Dönen ayakkabı olarak adlandırılan bir başka kavramda ise, kasenin bir bölümünün dönen bir yatak üzerine yerleştirilmesi söz konusudur; bu, gerekli boyutu azaltır ancak diğer sorunları çözmez.
Bir başka yaklaşım—şu anda Alman astronomlar tarafından etkin biçimde benimsenmiştir—metalden çok büyük aynalar yapmaktır. Metal, çok büyük ayna biçimlerine dönüştürülebilir ve ışığı verimli biçimde yansıtacak şekilde kaplanabilir. Dezavantajları ise, metalin ısıl gerilim altında eğilme eğilimi göstermesidir. Ayrıca, uzun bir zaman diliminde, ayna ham maddesinin kendisi sürünme olarak adlandırılan boyutsal değişime uğrayabilir; bu, malzemenin başka bir gerilme düzeyine doğru yavaş bir gevşemesidir. Bu sorunlarla başa çıkmanın yolları, aynanın çevresindeki sıcaklıkları denetlemek ve şekline periyodik ayarlamalar yapmak olacaktır.
Daha Fazla Işık Toplamak için İki Mantıklı Tasarım
NOAO’da (National Optical Astronomy Observatories) yeni teknoloji teleskopları için program yöneticisi olan Larry Barr, 1980 yılına gelindiğinde en mantıklı görünen iki rakip tasarım bulunduğunu söylüyor.
"İşin özüne indiğinizde, daha fazla ışık toplama açıklığı elde etmenin yalnızca iki yolu var. Biri, tek parça aynalara sahip yeterli sayıda teleskop yapıp ışık demetlerini birleştirmek; diğeri ise çok sayıda küçük aynayı mozaik gibi bir araya getirerek çok büyük bir ayna yapmak. Sihirli formüller yoktur."
1980 yılında, National Science Foundation için devlet destekli gözlemevlerini koordine eden NOAO aracılığıyla, astronomi topluluğu, daha sonra NNTT—National New Technology Telescope—olarak bilinen proje için iki yaklaşımı karşılaştırmaya başladı.
NNTT, 1990’larda, muhtemelen Arizona ya da Hawaii’de inşa edilecek 15 metrelik bir teleskop olacaktı.
Temmuz 1984’te bir astronomlar komitesi, Arizona Üniversitesi’nden Roger Angel ve Neville Woolf tarafından izlenen büyük çoklu ayna tasarımını, Lawrence Berkeley Laboratory’deki Jerry Nelson ve bir California Üniversitesi grubunun bölümlü ayna tasarımına tercih etti. Katılımcıların söylediğine göre karar son derece yakındı ve zordu. Angel–Woolf tasarımı, nihayetinde biraz daha fazla esnekliğe sahip olduğuna inanıldığı için kazandı.
Bileşen Olarak Büyük, Hızlı Aynalar
Angel, büyük, kısa odak uzaklıklı, hızlı aynalar üretiyor. Çok kısa (f/1) odak oranına sahip parabolik cam plakaları döndürerek dökme konusunda ustaca bir yöntem geliştirdi. Başarılı bir şekilde 8 metrelik bir bileşen ayna dökene kadar giderek daha büyük sürümler yapmayı öneriyor. Bu tür dev aynalardan birkaçı, sonunda çoklu bir montajda bir araya yerleştirilecek. Carnegie Institution kısa süre önce Angel’ın grubuna tek bir 8 metrelik ayna dökmek için 20 milyon dolar taahhüt etti. Arizona Üniversitesi ve Ohio Üniversitesi, 8 metrelik aynalardan bir ya da ikisini satın almaya yardımcı olacak ortaklar arıyor.
Angel, MMT’den ilham aldığını söylüyor. MMT aynalarının, kuvars camı parçalarının petek biçiminde kaynaştırılmasından oluştuğunu belirtiyor.
"Bu fikirle başladık," diyor.
Ancak daha büyük boyutta tek parça bir cam elde etmek istiyordu. Aynayı tek parça olarak dökmek doğaldı.
"Üzerinde düşündüğünüzde," diyor, "kalıpları yapmanın tüm o ince işlerini bir kez hallettikten sonra, geriye çok fazla bir şey kalmıyor."
Arizona Üniversitesi’nde optik bilim profesörü olan Bob Shannon’a göre, yeni teleskop tasarımlarının arkasındaki itici güç, teleskopları daha ekonomik hale getirmektir. Bunun da, daha kısa odak uzaklıklarına sahip aynalar anlamına geldiğini söylüyor. Palomar Dağı’ndaki Hale teleskobunun odak oranı f/3,30’dur. Birincil aynasının odak uzaklığı, ayna çapının 3,3 katıdır. 1960’larda inşa edilen 150 inçlik teleskop kuşağının odak oranları ise f/2,8’dir.
Ancak Shannon şöyle diyor:
"Belirli bir çaptaki bir aynayı yapmanın zorluğu, yaklaşık olarak odak uzaklığının tersinin üçüncü kuvvetiyle artar. f/3,5 yerine f/2,8’lik asferik bir ayna yapmak için dikkatle kaldırılması gereken cam miktarı yaklaşık iki katıdır."
Pyrex ile Çalışmak
"Amacımız ucuz aynalar yapmak değil, yapabildiğimiz en iyi aynaları yapmak," diyor Roger Angel. "Kullandığımız malzemenin Pyrex camı olması tesadüfen ucuz."
Bir ayna kırılacak olursa, bunun vicdanen kabul edilemez bir felaket olmayacağını söylüyor.
On yıllar boyunca astronomlar, Cer-Vit adı verilen bir seramik gibi düşük genleşmeli malzemelerden aynalar yaptılar. Bir zamanlar yaygın olan Pyrex camları, onlardan yapılan aynaların görece yüksek bir ısıl genleşme katsayısına sahip olması nedeniyle kötü bir üne sahipti. Büyük plakalar halinde Pyrex (ya da herhangi bir cam), çevresindeki havayla ısıl dengeye gelemez. Kütlesi boyunca oluşan sıcaklık farkları, aynanın yüzeyindeki bir görüntüyü bozabilir.
Palomar Dağı’ndaki Hale teleskobu ve 3 metrelik Lick Gözlemevi aygıtı, Pyrex’ten yapılmış tek büyük aygıtlardır. Bu büyük aynaların ısıl sorunları, aynanın arka tarafının nervürlü bir yapı halinde yapılmasıyla azaltıldı. Bu, cam içindeki sıcaklık değişimlerini en aza indirdi ve aynı zamanda ağırlığı azalttı. Gözlemevinin kendisi de, gece sıcaklıklarını olabildiğince korumak için gündüzleri klima ile soğutulur.
Petek yapı daha da etkili olabilir. Angel’a göre Pyrex, petek biçiminde kullanıldığında iki avantaj sağlar. Birincisi, ortaya çıkan yapının hafif olmasıdır. İkincisi, hafiflik ısıl sorunları en aza indirir.
"Bu," diyor Angel, "Pyrex’i yeniden kullanabileceğimiz anlamına geliyor. Dökülmesi çok kolay olduğu için harika bir malzeme."
8 Metrelik Bir Ayna Yapmak
Angel’ın grubu, kendisinin dediği gibi, "bilimsel olarak daha iyi astronomi yapacak kadar büyük" olduğu için 8 metrelik bir aynada karar kıldı. Şu ana kadar 1,8 metre çapa kadar aynaları başarıyla yaptı.
Bir ayna yapmak için Angel önce, yüksek ısıda erimeyen, strafor benzeri, seramik, refrakter fiber malzemeden yapılmış, sert petek biçimli kalıplar içeren dairesel bir tekneye cam blokları yerleştirir. Kalıplar daha sonra bir fırına konur ve döndürülür. Cam, ısıdan etkilenmeyen katı peteklerin etrafındaki boşluklardan eriyerek akar. Sonuçta, petek blokların üzerinde düzgün bir cam tabakası oluşur ve serbest sıvı yüzey üzerindeki merkezkaç kuvvetleri nedeniyle bu tabaka bir parabol biçimini alır.
Bu kavisli üst tabaka, aynanın yüzeyi olmaya adaydır. Ancak bu ince tabakanın arkasında, camdan oluşan petekli bir nervür yapısı bulunur. Strafor benzeri malzeme daha sonra parçalanarak uzaklaştırılır. Ayna hafif ve sağlamdır. Dönme hızı, parabolün eğriliğini belirler; bu da teleskobun odak uzaklığını belirler.
Daha kısa odak uzaklıkları, daha tıknaz ve daha ekonomik teleskopların yapılabilmesi anlamına gelir.
Döndürülerek dökülmüş bir aynada, eşdeğer düz bir ayna ham maddesine kıyasla cam miktarı yalnızca yarı yarıyadır; bu da çok daha hızlı soğuma demektir. Katı bir 8 metrelik aynanın 2.000 dereceden oda sıcaklığına soğuması bir yıl alırdı. Tavlandıktan sonra, ham maddeden bir parabol elde etmek için kazınan cam miktarı, aynanın geri kalanının ağırlığına yaklaşık olarak eşittir. Aynı boyuttaki döndürülerek dökülmüş bir ayna ise tavlanmak için yalnızca haftalar alır ve parlatma aşamasında camın daha azı ziyan olur.
Angel’ın aynaları o kadar özenle yapılmıştır ki, fırından nihai yüzey yapılandırmalarına milimetreler içinde çıkarlar. Onları taşlamak ve parlatmak için, bilgisayar kontrollü bir makine tezgâhı kullanan yeni bir yöntem üzerinde çalışmaktadır.
Parlatmayı Eşgüdümlemek için Bilgisayarlar
Geleneksel teleskop aynası parlatmada, aşındırıcı malzeme içeren bir lap, doğru parabolik şekli ortaya çıkarmak için ayna ham maddesi üzerinde yavaşça sürüklenir. Bu, hata potansiyeliyle dolu, zahmetli bir işlemdir.
Angel, istenen parabolü neredeyse ilk geçişte taşlamak için bir bilgisayar ve lap üzerinde motorla tahrik edilen bir dizi eyleyici kullanmayı planlıyor. (Geleneksel parlatma, kademeli bir dönüştürme sürecidir; yeni motorlu yöntem, nihai şekle dönüşümü çok hızlı hale getirir.) Lap cam üzerinde hareket ederken, saniyede bir megabit hızında talimatlar lap’e gönderilecek ve her milisaniyede cam üzerinde doğru şekli alması söylenecek. Lap, özünde, bilgisayar kontrollü belleğinde istenen parabolün şeklini izleyecek. Sayısal kontrollü lap, Hale teleskobunun birincil aynasını parlatmak için gereken on yıl yerine (İkinci Dünya Savaşı gecikmelere yol açmıştı) büyük bir aynayı bir yılda bitirebilecek.
Angel başarılı olursa, onun büyük 8 metrelik aynalarından dördü, MMT’ye benzer çoklu aynalı ortak bir montaj üzerinde NNTT’ye yerleştirilecek. Düşük ısıl kütleleri sayesinde, aynaların hava sıcaklığındaki değişimlerle eğilmemesi bekleniyor.
Son olarak, Angel’ın aynaları alüminyumla ya da testlerde yansıtıcılığı artırdığı ve kararmaya direnç gösterdiği kanıtlanan bakır–gümüş–alüminyum karışımı gibi yeni katmanlı kaplamalarla kaplanacak.
Görüntü Hizalamasındaki Sorunlar
Larry Barr’ın açıkladığına göre, MMT’ye benzer olmakla birlikte NNTT önemli farklılıklara sahip olacak. İlk olarak, daha hassas biçimde fazlanmış olacak; yani odak noktasında birleştirilen ışık, dört farklı teleskopta elde edilmiş olmasından etkilenmeyen bir görüntü oluşturacak. Dolayısıyla fazlama, bir görüntü hizalama sistemidir. Barr, MMT’nin "asla fazlanacak şekilde tasarlanmadığını, bu yüzden sınırlı bir biçimde de olsa onu fazlayabilmelerinin MMT ekibi için bir başarı olduğunu" söylüyor.
Fazlama zordur, diyor Barr. Bir yıldızdan gelen ışık, Dünya atmosferine özünde düz bir düzlem halinde ulaşır. Ancak bu düz dalga cephesi atmosferden geçerken bozulur. Faz dışına çıkar. Astronom, bu dalga cephesinin küçük bir parçasını yakalar ve sonra onu yeniden bir araya getirmeye çalışmak zorundadır.
Bunu yapmak için, astronom önce bir kırınım deseniyle uğraşmak zorundadır. Herhangi bir teleskop, gelen dalga cephesinin yalnızca küçük bir bölümünü örnekler. Oluşan görüntü, görüntüyü oluşturan aygıtın biçimine ve özelliklerine sahiptir. Farklı aynalar farklı kırınım desenleri üretir. Barr, "Kırınım deseniyle yaşamak zorundasınız," diyor, "ve bu, bir teleskopla yapabileceğinizin en iyisidir. Amacımız, dört teleskoptan gelen ışığı, bu sınırlı boyutlu teleskopların oluşturduğu kırınım desenleri dışında kusursuz olacak şekilde birleştirmektir."
Dört görüntü, lazerlerin yardımıyla hizalanacaktır. Önce, her teleskoptan uzaya doğru bir lazer demeti gönderilecektir. Demetin küçük bir bölümü bir köprü teleskop tarafından yakalanacaktır. NNTT tasarımında bu türden dört köprü vardır ve her biri iki birincil aynanın üzerinde durarak aşağıya bakacak ve onları kısmen örtüştürecektir. Köprü teleskoplar, lazer ışığının bir kısmını yakalayacak ve ışığı ortak bir odağa gönderecek; burada bir görüntü oluşacaktır. Lazer ışığı örneklerinin optik yolları görüntüde yansıtıldığı üzere eşit olduğunda, bu teleskopların hizalı olduğu anlamına gelecektir. Görüntüdeki bir algılayıcı, gerektiğinde düzeltmeler yapmak üzere ikincil aynaları denetlemek için bilgi sağlayacaktır.