Güneşin yüzeyi, her ne kadar atmosferi 1 milyon santigrat derecelere, çekirdeği 15 milyon santigrat derecelere ulaşıyor olsa da, 5500°C civarında sıcaklığa sahiptir. 5500°C'deki yüzeyinde katı halde bir materyal bulunamadığından yalnızca hafif gazlar ile kaplıdır (*).

Peki Güneş yüzeyinden daha sıcak (6000°C) olan ve tekrar gezegen statüsü verilip, alınıp daha sonra geri verilen Plüton büyüklüğündeki Arz çekirdeği, etrafını çevreleyen akışkan magmadan farklı olarak nasıl katı bir demir küre olarak bulunabiliyor?

Demir atomları bir arada belirli bir kristal yapı içerisinde bulunurlar. Bu kristal yapı atomların birbirlerine göre belirli konumlarda bulunmasını ve bu konumları da malzemenin yapısal özelliklerini belirler. 

Resimde görülen kristal yapılardan BCC (Body-centered Cubic), demirin normal koşullarda sahip olduğu kristal yapıdır. 900°C'lere kadar ısıtılan demirin kristal yapısı FCC'ye (Face-centered Cubic) dönüşür. (Yüksek mukavemetli paslanmaz çelik yapımında, FCC yapısının yüksek karbon tutma özelliği kullanılır. ) Çok yüksek basınç altında ise demirin kristal yapısı HCP'ye (Hexagonal Close Packed) dönüşür.

Dünya'mızın çekirdeğinde, 3.5 milyon bar basınç altında (deniz seviyesindeki açık hava basıncının 3.5 milyon katı kadar) bulunan demir de HCP yapısında bulunuyor olmalı diye düşünüyorsunuz, öyle değil mi?

Hayır... Çünkü 6000°C her şeyi değiştiriyor.

Anatoly Belonoshko

Bilim adamları yakın zamana kadar Arz'ın çekirdeğinde bulunan demirin de HCP yapısında olduğunu düşünüyorlardı. Ta ki Stockholm Kraliyet Teknoloji Enstitüsü'nde (KTH) görevli Anatoly Belonoshko ve ekibinin tespitlerine kadar. Her ne kadar BCC yapısının bu sıcaklıkta stabil olmayacağı düşünülmüş olsa da, enstitünün süper bilgisayarı Triolith ile gerçekleştirilen simülasyonlar, BCC yapısının 3.5 milyon bar basınç altında ve 6000°C sıcaklıkta daha evvel hiç gözlemlenmemiş "atomik geçişkenlik" sayesinde stabil kalabildiğini göstermiş. Atomik geçişkenlik, BCC kristal yapısını oluşturan düzlemlerin ve içerisindeki atomların gidecek başka bir yeri olmaması sebebi ile faz değiştirmekle değiştirmemek arasında kalması, yani diğer bir deyişle, bir kristal yapı üzerindeki düzlemin faz değiştirecekmiş gibi yerinden ayrılıp kendisini yine başka bir BCC içerisinde bulması anlamına geliyor. Düşük sıcaklıklarda BCC'nin bozulmasına yol açacak bu yüksek basınç, yüksek sıcaklık sebebi ile bunu başaramıyor.

Yukarıdaki resimdeki sol tarafta bulunan 4 adet atomun yerinden ayrılıp bir yandaki merkez atomun üzerine tutunduğunu ve bu merkez atoma da bir başka dörtlünün bağlandığını hayal edin. 

Belonoshko'ya göre bu geçişkenliğin düzlemsel olması, tıpkı kağıtların belirli yönlerde daha kolay kesilmesi gibi, çekirdeğin yönlü (anizotropik) olduğunu gösteriyor olabilir. Bu da sismik dalgaların kutuplar arasında, ekvator üzerinde olduğundan daha hızlı yayılmasını açıklıyor olabilir. 

Bağlayacak olursak; evet, Arz'ın çekirdeği katı bir demir küre. Öyle bir küre ki aynı zamanda oluşturduğu manyetik alan ile bizleri uzaydan gelen tehditlere karşı koruyor. (Bunu Van Allen Kuşağı yazımızda işlemiştik.)

Bizim için bu çekirdek kadar değerli bir çekirdek daha var. Çekirdek Bilişim... Sitemizin yenilenmesinde çözüm ortağımız olan Çekirdek Bilişim'e, yeni sitemizde yayınladığımız bu ilk yazımız vesilesi ile sizlerin de huzurunda yeniden teşekkür ediyor ve sizleri National Geographic tarafından hazırlanmış görsel şölen ile başbaşa bırakıyoruz.

(*): Güneşin gaz yüzeyinin 4800 km altında katı halde kalsiyum ferritten (demir) mütevellit bir tabaka olduğu geçtiğimiz 10 yıl içinde keşfedilmiştir. NASA'nın SOHO ve TRACE uydularının elde ettikleri katı güneş yüzeyi görüntülerinde bu katı kısım oldukça net görülebilmektedir. Dışta bulunan plazma yüzeyin altında tespit edilmiş bu katı kısım, gaz modeli ile tam olarak açıklanamayan fakat veriler ile doğrulanmış elektriksel alan ve termal ışıma değerlerinin daha anlamlı olmasını sağlamaktadır. Bu durumu günümüzden 100 yıl kadar önce Norveçli bilimadamı Kristian Birkeland tahmin etmişti, ancak onun zamanında gaz teorisi tek doğru olduğundan pek destek bulamamıştı. O sıcaklıkta katı halde bir kabuk bulunacağı kimsenin kolay kolay kabul edebileceği bir şey değildi. Birkeland, Aurora Borealis'i açıklamakta kullandığı Terella deneyine göre güneş yüzeyinde katı bulunması gerektiğini düşünüyordu.