Soru:
NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST), derin uzay gözlemleri yaparken aletlerinin soğuk kalması için pasif ve aktif soğutma sistemleri kullanır. Teleskobun Orta-Kızılötesi Aleti'nin (MIRI) optimum çalışma sıcaklığı 7 K (-266 °C) civarındadır. Bu sıcaklık, oda sıcaklığının (~293 K) yaklaşık kaçta kaçıdır? Hangi temel fizik yasası, bir cismin yaydığı infrared (kızılötesi) radyasyonun şiddetinin sıcaklığına bağlı olduğunu açıklar?
Çözüm:
💡 Bu soru, sıcaklık oranı ve termal radyasyon yasası hakkındadır.
- ➡️ Adım 1: Sıcaklık oranını bulalım. \( \frac{T_{MIRI}}{T_{Oda}} = \frac{7 \text{ K}}{293 \text{ K}} \)
Bu oran yaklaşık \( \frac{7}{300} = 0.0233 \) yani %2.3'tür.
- ➡️ Adım 2: Termal radyasyon yasasını hatırlayalım. Bir cismin yaydığı toplam radyasyon gücü, sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle orantılıdır. Bu yasa Stefan-Boltzmann Yasası olarak bilinir. Formülü: \(P = \sigma A T^4\)
- ➡️ Adım 3: JWST için önemi. MIRI aleti, evrenden gelen çok soluk kızılötesi sinyalleri gözlemlemek için tasarlanmıştır. Eğer aletin kendisi daha sıcak olsaydı, kendi yaydığı kızılötesi radyasyon (gürültü), gözlemlemeye çalıştığı uzak nesnelerden gelen sinyalleri bastırırdı. Bu nedenle aşırı soğutma gereklidir.
✅ Sonuç: MIRI'nin çalışma sıcaklığı, oda sıcaklığının yaklaşık 1/42'si (%2.3) kadardır. Bu durumun temelini açıklayan fizik yasası ise Stefan-Boltzmann Yasası'dır.
