uzayda su donar mı

• kanımca gayet mantıklı ve güzel bir soru. eminim ki birçoğumuz özellikle mutlak boşluk olarak kabul edilen uzayda ısının nasıl yayıldığı üzerine pek düşünmemişizdir. uzay boşluğunda madde olmadığına göre o boşlukta bulunan bir su kütlesi donar mı? peki, uzay boşluğunda bir insan üşür mü?
  
  öncelikle ısının nasıl yayıldığını, nasıl paylaşıldığını bilmek gerek. ısı üç farklı şekilde yayılır: iletim, konveksiyon ve ışınım (radyasyon). iletim, buz gibi çay kaşığınızın sıcak çaya batırılınca elle tutulamayacak kadar ısınmasını sağlayan yayılma şeklidir. konveksiyon ısının akışkanlar (sıvılar ve gazlar) yoluyla yayılmasıdır; örneğin kalorifer peteğinin odayı ısıtması bu yolla olur. ısının ışınım yoluyla bir yerden başka bir yere taşınmasına en güzel örnek ise aradaki 150 milyon kilometrelik uzay boşluğuna rağmen güneş'in dünya'yı ısıtabiliyor olmasıdır; hem de öyle böyle bir ısıtma değil, koca bir gezegende yaşamı var ediyor. bu üç yayılma yoluna baktığımızda ısının iletim ve konveksiyon için maddeye ihtiyacı olduğunu, ancak ışınım için maddeye ihtiyacı olmadığını görüyoruz; termal radyasyon yoluyla ısı bir yerden başka bir yere maddesel yayılma ortamına ihtiyaç duymadan elektromanyetik enerji şeklinde yayılabiliyor.
  
  boşluktaki/uzaydaki ısı yayılımına gelecek olursak, bizim uzay tasavvurumuz maddeden tamamen arınmış bomboş bir alandır. uzayın teknik tanımı da budur. yani uzayın ideal hali bomboş bir alandır ve yine teknik hesaplamalar açısından, dünyanın atmosferinin ötesinde, uzay, bu ideal boşluğa yakınsanabilir. oysa gerçek uzay diye bahsettiğimiz gezegenler, yıldızlar ve galaksiler arası boşluk tamamen boş bir alan değildir ve güneş fırtınalarının sonucunda ortama saçılan partiküller, yine yıldızlardan yayılan ışık, kozmik ışınımlar, nötrinolar ve kozmik mikrodalga arkaplan ışıması^* bu boşlukta mevcuttur. ayrıca bu alanda muhtemelen diğer maddelerle etkileşime girmeyen karanlık madde de mevcut.
  
  çelik bir kutunun içindeki bütün hava moleküllerini ve akla gelebilecek bütün maddeleri dışarı çıkarabilirseniz ideal anlamda uzayı elde etmiş olursunuz. fakat bu kutunun içinde bile kutunun duvarlarından sürekli olarak fotonlar yayılacak ve yine duvarlar tarafından geri emilecektir. kutunun içindeki bu foton çorbası ile duvarlar bir termal denge içerisinde olacaktır ve dolayısıyla tanımlanabilir bir sıcaklığa sahip olacaktır. uzayın en derinlerinde bile (galaksilerin dışında/galaksiler arasında mesela) büyük patlamadan geriye kalan bu şekilde bir radyasyon vardır ve bu alanların sıcaklığı bu sebeple 3 kelvin civarındadır. bunun dışında, nötrinolar gibi bu termal denge ile etkileşime girmeyen ve kendi termal dengesini kuran başka şeyler de olabilir ki bu durumda evren birbirinden izole birden fazla "sıcaklık" dengesine sahip bile olabilir.
  
  fakat dediğimiz gibi ideal olarak uzay bomboştur ve bu fotonların bile olmadığı bir alan hayal etmeliyiz. bunu elde etmek için elimizdeki çelik kutuyu mutlak sıfır dereceye kadar soğutmalıyız ki fotonlar duvarlardan yayılacak enerjiye sahip olamasın, olabilenlerin de dalga boyu kutunun boyutlarından fazla olsun ki kutu içerisindeki alanda yer bulamasınlar. bu durumda bile nötrinoları ve karanlık maddeyi durduramayız, onlar her türlü maddenin içinden geçebilirler. fakat o maddeyle etkileşime geçemeyeceklerinden dolayı elimizdeki kutunun içini hala ideal bir uzay olarak tanımlayabiliriz ve burada deneyimleyebildiğimiz anlamda bir sıcaklık olmayacaktır. fakat termodinamiğin üçüncü yasası mutlak sıfır dereceye hiçbir şeyin ulaşamayacağını söyler ve buradan yola çıkılarak mutlak uzayın da olamayacağını söyleyebiliriz. gerçek uzay yukarıda belirttiğim gibi birçok şey tarafından "kirletilmiştir". en kötü ihtimalle, büyük patlamadan geriye kalan kozmik mikrodalga arkaplan ışıması her yerde olacaktır ve uzayda az da olsa bir sıcaklık oluşturacaktır.
  
  uzayın mutlak boşluk olmamasından kaynaklanabilecek ısı iletimine yukarıda değindik. ancak bu durum uzayda ısının en hızlı iletilme şekli değildir muhtemelen. zira uzay mutlak boşluk olmasa da mutlak boşluğa çok yakındır; dolayısıyla iletim yoluyla ısı kaybetmek veya kazanmak imkansıza yakın olsa gerek. uzay boşluğunda en hızlı ısı kaybetme yolu radyasyonla olur. bizler ve diğer bütün maddeler yeryüzünde de ışınım yoluyla ısı yayarız. ancak dünya'da etrafımız maddelerle (örn. atmosferik gazlar) kaplı olduğundan bizden yayılan termal radyasyon diğer maddelerden yayılan ve yansıyan termal radyasyonla belli bir dengeye oturur. bu sebeple de çevremiz, içinde bulunan bütün maddelerle birlikte, ısıl denge anlamında az çok belli limitler içinde bir istikrara sahiptir. uzay boşluğu da kendi içinde bir ısıl dengeye sahiptir. ancak siz o uzay boşluğuna oda şartlarındaki bir su kütlesini veya herhangi bir şeyi çıkarırsanız müthiş bir mini dengesizlik yaratmış olursunuz ve eski dengenin tekrar bulunması eğiliminde hızlı değişimler yaşanacağına tanık olursunuz. peki, ne olabilir bu 'hızlı değişimler' dediğimiz şeyler?
  
  uzay boşluğunda maddenin yokluğu ve ısının iletim yollarını düşünürken uzay boşluğunun bir başka çok önemli özelliğini de unutmayalım. uzay boşluğu neredeyse mutlak boşluk olduğu gibi aynı zamanda neredeyse mutlak basınçsızlıktır. peki basınç düşünce suya ne olur? basınç düştükçe suyun kaynama noktası da düşer; yani su daha düşük sıcaklık derecelerinde kaynamaya başlayabilir. peki, oda ortamından uzay boşluğuna çıkarılan bir maddenin ısısına ne olur? maddenin etrafında termal radyasyon dengesini kuracak başka maddeler olmayacağından madde radyasyon yoluyla hızlı bir şekilde ısı kaybedecektir. bu iki soruyu cevaplandırdığımıza göre asıl soruya gelelim: oda koşulundan alınıp uzay boşluğuna konan su donar mı, ya da suya ne olur? suyu oda koşulundan alıp uzaya çıkardığınız anda su muhtemelen sıfır basınç sebebiyle anında kaynayacaktır. kaynayarak buharlaşan su ise o sırada aynı zamanda termal radyasyon yoluyla ısı kaybetmesi sebebiyle donmaya başlayacaktır. dolayısıyla suyu oda koşulundan (uzay istasyonundan mesela) alıp uzaya çıkardığınızda buz kristallerinden oluşan mini bir bulut ile karşılaşabilirsiniz.