Tarihi yanılgıyı fotoğraf çözdü! Saniyenin 40 binde biri: Paratoner yerine bacaya düştü
Saygın bilim dergilerinden Geophysical Research Letters'ın kapağında bir yıldırım fotoğrafı yer almıştı. Bu fotoğrafı özel yapan şey, saniyenin 40 binde birinde gerçekleşen bir şeyi yakalaması değildi. Dünyada henüz tam olarak çözülememiş olan bir gizemin somut belgesiydi. Yıldırım sadece düşmüyor, yerden de yükseliyordu. Ancak bugüne dek insanlık bunu bambaşka şekilde öğrenmişti. Prof. Dr. Oğuzhan Gürlü anlattı.
Zeynep Dilara Akyürek / Milliyet.com.tr – Fırtınalı gecelerde saniyelik hatta saliselik olarak bile eviniz gündüz olduğu gibi aydınlanabilir. Bu ışığa gök gürültüsü ve yağış eşlik eder. Ancak herkesin basit bir doğa olayı olarak gördüğü bu aktivite, biri tarafından çok daha farklı şekilde değerlendirilmişti. 20’nci yüzyılın en önemli bilim insanlarından biri olan Nikola Tesla, kimileri için harika manzaralar yaratan, kimi için de korkutucu olan yıldırımları geleceğe yolculukta büyük bir basamak olarak görmüştü. Düştüğü yeri yakacak, geceyi aydınlatacak ve her hücrenizi titretecek kadar güçlü bir ses çıkaran bu enerjiyi, insanlık faydasına kullanabilecek bir sistem geliştirmek, tarihin dönüm noktalarından biri olabilirdi. Ancak önce tehlikeli olabilecek bu enerjiden insanı ve ‘insana ait olanı’ korumak gerekiyordu. Tam da o noktada paratonerlere büyük bir görev düşüyordu. Paratonerler, düşen yıldırımı kimseye ve hiçbir şeye zarar vermeden toprağa ulaştırmak için vardı. 2022'de saygın bilim dergilerinden Geophysical Research Letters'ın kapağında yer alan, Brezilyalı fotoğrafçı Marcelo Saba'nın çektiği fotoğrafta ise yanıtı ancak fizik bilimiyle açıklanacak bir gerçek yatıyordu. Üstelik tarihi bir yanılgının perde arkası olan bir gerçek! İstanbul Teknik Üniversitesi Fizik Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Oğuzhan Gürlü, yıldırımların paratonerle buluştuğu anda olanları Milliyet.com.tr’ye anlattı.
TARİHİ BİR YANILGI FOTOĞRAFLA MI ÇÖZÜLDÜ?
Elektronların hareket yönünün eksi kutuptan artıya doğru olduğunu öğrenen kimse, bu bilgide yanılmıyor. Ancak elektrik akımını oluşturan elektron hareketi söz konusu olunca bu bilgi bir miktar eksik kalabilir. Çünkü elektrik akımı artı kutuptan eksi kutba hareket eder. Günlük hayatta kullandığımız pek çok kabloda kullanılan bakır da iletken bir tel olup, akımı bir noktadan başka noktaya iletebilir. Birkaç cümle öncesinde bahsettiğimiz detay unutulmamalı, elektrik akımının yönü, iletken bir telin içerisinde hareket eden elektronların tersi yönünde! Ancak henüz tam olarak bilinmeyen bir bilgi daha var, yıldırımın hangi kutup olduğu: Artı mı, eksi mi? Yıldırım, gökyüzünde belirli bir alanda elektrik yükünün birikmesiyle oluşuyor. Biriken yük de bir elektrik alanı oluşturuyor. Bu elektrik alanı yeryüzünde şimşeğin düşeceği yeri etkiliyor ve bu alana gökyüzünde oluşan yükün tersi bir yük toplanıyor. Yani artık her iki kutup da hazır duruma geliyor. Bu yüklerin birikmesinin elbet bir patlama noktası olacak. Sonunda o mükemmel ve biraz da ürkütücü anlar geliyor. Geceyi aydınlatan, Marcelo Saba’nın objektifine yansıyan yıldırım düşüyor. Burada en can alıcı nokta ise yıldırım gibi yük hareketlerinde yükü elektronlar taşıdığı ve akım yönünün elektronların hareketinin yönüne ters oluşudur. Saba’nın kaydettiği görüntüde yıldırım düşerken, yeryüzünden ona yükselen bir ışık daha var. Peki ama nasıl, paratonerler yıldırımı çekiyor mu? Prof. Dr. Oğuzhan Gürlü, bu durumu şöyle açıklıyor:
"Bulutların birbirine sürtünmesiyle gökyüzünde bazı bölgeler yüksek miktarda elektron biriktirirler. Pek çok farklı sebeplerle bu elektronlar bir anda yere boşalmaya karar verebilir. Bu durumda elektronlar yere ve akım da yukarıya hareket eder. Aslında o sırada havada ciddi miktarda eksi yük birikmesine karşılık yerde de ciddi miktarda artı yük birikir ve büyük bir elektrik alan oluşur. Sonuçta yerden yukarıya doğru bir elektrik akımı çıkar. Bu yıldırımların pek çoğunu oluşturan elektrik akımıdır. Bazı durumlarda tersi de olabilir. Bu akımlar o bölgedeki sıcaklıları on binlerce dereceye çıkarır. Bizlerin yıldırımlarda gördüğü ise genelde yukarı yönlü akım sebebiyle o bölgedeki havanın çok hızlı iyonize olması sayesinde gördüğümüz ve en basit hali havanın yanması olarak tarif edebileceğimiz bir durum. Aslında buna yanma yerine bir tür faz geçişi de diyebiliriz. Bu görülen maddenin beş halinden birisi olan plazmadır. Geçen elektik akımı o kadar yüksektir ki geçtiği bölgedeki hava ve su moleküllerini çok hızlı bir biçimde gaz ya da sıvı fazdan plazma fazına geçirir. Hatta bazı durumlarda o bölgeden bildiğimiz en yüksek enerjili ışımalar olan ‘gama ışıması’ dahi tespit edilmektedir. Yıldırımların gözüken kolları hem yukarı hem aşağı bölgede olabilir. Sadece aşağıda olması bazen olan bir durumdur. Oluşan şekiller bölgesel olarak havanın yoğunluğuna su miktarına bulutları ve yerin yük çeşidine göre değişir."
'RADYOAKTİF KİRLİLİĞE SEBEP OLDU'
Ortalama bir yıldırım ışık hızına çok yakın bir hızda hareket eder. 30 bin amper gücündeki bu inanılmaz enerji, zamanında Nikola Tesla’nın ‘Tesla Bobini’ni inşa etmesini haklı çıkaracak güçteydi. Bu güçlü enerjiye sahip olan yıldırım, aynı anda 100 watt'lık 30 bin ampülü yakabilir. O yüzden dahi mucit bu muhteşem doğa olayını, koskoca şehirleri aydınlatmak için kullanmayı önermişti. Bu kadar güçlü bir elektrik akımı çok küçük bir yüzeye düştüğünde korkunç bir ısı ortaya çıkarabilir. Yıldırımın düştüğü yerin ısısı güneşten 5 kat daha sıcak hale gelebilir. Prof. Dr. Oğuzhan Gürlü’ye göre, “Yeryüzüne düşmeye karar veren bir yıldırımın, bir binanın ya da yüksek bir yapının iletkenliği kötü bölgelerinden geçerek yere ulaşmaları yangınlara sebep olabilir zira kötü iletkenler üzerinde yüksek akım geçmesi onları çok ısıtabilir.” Bu noktada devreye giren ve hayati bir görev üstlenen paratonerlerse tek bir tipten ibaret değil. Yani basit iletken bir çubuğun yüksek bir noktaya yerleştirilmesiyle iş bitmiyor.
Prof. Dr. Gürlü paratonerlere ilişkin, “Günümüzde kullanılan paratonerler, çok iyi iletken metalden yapılmış yere çok iyi iletkenlerle bağlanmış sivri uçlu çubuklardır. Bunların amacı, gökyüzündeki bulutların hareketi sırasında bölgesel ve yüksek miktardaki elektrik yüklerinin çeşitli sebeplerle yeryüzüne hareket etmesi sırasında oluşan ani yüksek akımların iyi bir iletkenle yeryüzüne kontrollü bir biçimde aktarılmasını sağlar. Bunlara pasif-paratoner denebilir. Paratoner hattının daha yüksek iletken alması sebebiyle elektrik akımı doğrudan yeryüzüne iletilir ve bu yüksek akımı taşıyan bölge daha az ısınır. Bu iyi iletken çubuklar olmazsa elektrik akımı çatı kenarı, duvar gibi bulduğu herhangi bir yerden akmaya karar verebilir. Cisimlerin iletkenlikleri arttıkça da üzerlerine geçen akım sebebiyle ısınma da artar. Bu da yangınlara sebep olabilir. Kullanımları 2000’lerin başında dünya çapında yasaklanan aktif-paratonerler ise uç bölgelerinde radyoaktif bir element barındırır. 90’larda devlet binalarının tepelerinde bunları görebilirdik. Bunlar hemen üzerlerindeki bölgedeki havayı iyonize ederek yeryüzüne düşecek yıldırımı daha geniş bir alandan toplamaya yarayan cihazlardı ama radyoaktif kirlilik sebebiyle yasaklandı” diyor.
BAKIR KULLANILMASININ ANLAMI VAR
Elektrik akımı, dolayısıyla yıldırım her zaman en kolay ve hızlı ilerleyebileceği yolu seçer. Yani akımın ‘aklı’ vardır desek yanılmış olmayız. Bu durumda da havada ve su damlaları üzerinde zor ilerleyen yıldırım, kendisi için daha kolay bir geçiş sağlayacak ağaçları seçip yoluna devam eder. Yıldırımlı bir havada ağaç altında bulunuyorsanız pek de şanslı sayılmazsınız. Çünkü ağacın yüzde 25’i sudur, insanınsa yüzde 70’i. Yani elektrik ağaçtan sonra insan boyu ile aynı hizaya geldiğinde artık insanı seçecektir. Bunun sonucu da insan için ölümdür. Tarihin en korkunç yıldırım çarpması olaylarının kurbanı olan insanlar da neredeyse hep ormanlık alanlarda bu talihsiz gerçekle yüzleşmişti. 2018’de Kastamonu'da evinden ayrıldıktan sonra haber alınamayan 61 yaşındaki çiftçi Vahit Atıcı, yıldırım çarpması sonucu ormanda hayatını kaybetmişti. İşte paratonerlerin de bakır gibi bir iletkenden yapılıyor olmasının bu sebeple ‘hayat kurtaran’ bir anlamı var. ABD'li park korucusu Roy Sullivan 7 kere yıldırım çapmasına rağmen hayatta kalmayı başardığından, ona ‘yaşayan paratoner’ dense de cansız ve iletken metallerden yapılan paratonerler gerçekten de hayat kurtarıyor. Paratoner yapımında en yaygın kullanılan malzeme bakırdır. Bakır, yüksek elektrik iletkenliği sayesinde yıldırım enerjisini emer ve toprağa deşarj ederek binaları ve insanları korur. Paratonerlerin yapısında, bakır çubuklar veya çelikten kaplı bakır teller bulunur. Ancak tek kurtuluş paratonerlerde değil. Bir kurtarıcı da Faraday Kafesi!
Paratoner ya da yıldırımsavar, çok yönlü düşünür ve bilim insanı Benjamin Franklin tarafından 1752 yılında icat edildi. Franklin yaptığı onca deney sonunda, yıldırımın bir çeşit statik elektrik akımı olduğunu keşfetmişti. Bu da bugün bile tam anlamıyla çözülememiş olan bu doğa olayını anlamak adına büyük ve önemli bir adımdı. Evet, paratoner insanı bu inanılmaz güçten koruyabilirdi. Franklinden 84 yıl sonra bir keşif daha dünya sahnesinde yerini almak üzereydi. Faraday kafesi, elektriksel iletken metal ile kaplanmış veya iletkenlerle ağ biçiminde örülmüş içinde kalan ve dışıyla teması olmayan her şeyi, dışarıdaki elektrik alanlardan koruyan bir zırhtı. 1836’da İngiliz Fizikçi Michael Faraday'ın buluşu olduğu için de adı ‘Faraday Kafesi’ olmuştu. Üstelik Faraday Kafesi dediğimiz şey yalnızca bu amaç için tasarlanan bir kafes olmak zorunda da değildi. Arabalar da Faraday Kafesi görevi görebilirdi. Tek şart, içindeyken iletken dışına ya da bir ayağınızın ucuyla dahi toprağa temas etmemelisiniz.
