Uzaydaki her kütle birbirini çeker. Bu çekime yeryüzünde keşfedildiği için yerçekimi (gravite) diyoruz. Aristotele ve Galileo birçok deneyler yaparak nesnelerin hareketiyle yerçekimi arasındaki ilişkileri incelemişlerdi. Isaac Newton 1687’de yerçekimini bağıntılarla açıkladı ve evrensel çekim yasasını buldu.
Newton yasasına göre, iki kütle arasında çekim, her iki kütlenin çarpım değerinin, merkezleri arasındaki uzaklığın karesine bölümü ile elde edilir. İki kütlenin birbirini çekim etkisi hızı bilinmez, ama kuramsal olarak bunun zamandan bağımsız olduğu kabul edilir.
1916’da Albert Einstein’ın görelilik (izafiyet) kuramı, Newton yasasının uzay-zaman (spacetime) boyutunda geçerli olamayacağını, uzayda kütle hareketlerinin kütlelerin birbirine uyguladıkları çekiminin de uzay-zamandaki duruma bağlı olarak var olduğunu savunuyordu.
Einstein’a göre evrendeki çekim gücü kütlenin zamanı ve uzayı bükmesi ile ilişkiliydi ve tüm evren ışık hızıyla hareket eden bu tür yerçekimi dalgalarıyla kaplıydı.
1970 yılında yerçekimi dalgasının varlığı dolaylı ölçümlerle yapılabilmiş, bu ölçümler 1993 yılında fizikte Nobel ödülü getirmişti. 2015 yılında ABD Washington’daki LIGO laboratuvarındaki astrofizikçiler uzaydaki bir kara delik çarpışmasının yarattığı yerçekimi dalgalarının lazer interferometre ile ilk kez ölçtüler ve Einstein’dan yüz yıl sonra yerçekimi dalgası yayılımı kuramını kanıtlamış oldular (1).
Şu anda ise tartışma yerçekimi dalgalarının uzayda ışıktan hızlı mı, yavaş mı yoksa aynı hızda mı yayıldığı soruları üzerinde yoğunlaşmaktadır. Önümüzdeki yıllarda astrofizikçilerin ve jeofizikçilerin araştırma gündemini kapsayacak önemli bir konu ile karşı karşıyayız.
Yerçekimi dalgaları ve deprem erken uyarı ilişkisi
Jeofizikçiler 80 yıldır kara, deniz ve havada gravimetre adlı cihazlarla her ölçekte dünyanın iç yapısını, güneşin ve ayın gel-git etkilerini ve petrol ve gaz yatakları dahil madenleri araştırmak için yerçekimi ölçümü yapıyor. İlk modern gravimetre 1936 yılında Lucien LaCoste and Arnold Romberg tarafından yapıldı. Gravimetreler günümüzde çok daha duyarlı aygıta dönüşürken, deprem kaydı için geliştirilen geniş frekans aralıklı ve dinamik kayıtçılarının, yerçekiminin zamanla değişimini kaydetme kapasitesi kazandığı görülmektedir.
Eğer basit bir fiziksel kurala indirgersek, deprem ne kadar büyükse faylar üzerinde aniden hareket eden yerkabuğu kütlesi de o kadar büyük olmakta, dolayısıyla deprem kaynak bölgesindeki coğrafyada yerçekimi ölçüleri değişmektedir.
Bu fiziksel olgudan hareketle büyük depremlerin yerçekimi dalgaları yayma olasılığını jeofizikçiler bir süredir kuramsal düzeyde tartışıyorlardı. 1990’lardan sonra büyük depremlerin yerçekimi ölçümlerinde yarattığı değişime ve bu değişimlerin süper iletken gravimetrelerle saptanmasına dair çalışmalar yapılmaya başlanmıştı. 2011 yılında Japonya’nın doğu kıyısı açıklarında M=9.1 büyüklüğü ile dünyanın en büyük depremlerinden biri olan Tohoku depreminin yüksek duyarlıklı kayıtları incelendiğinde, büyük depremlerin yerçekimi dalgası yaratabileceğine dair beklenen ipucu elde edildi.
Sismik kayıtlar üzerinde çalışan jeofizikçiler, depremin başlamasıyla birlikte yerçekimi dalgasının her yöne yayıldığını ve deprem kayıtçısının uzaklığına bağlı olarak farklı gecikmelerle kaydedildiğini gördüler. Depremin yaydığı en hızlı dalga olan sismik P dalgası hızı, yerkabuğu içerisinde 6.0 km/s ile 10 km/s arasındaki hızlarla ilerlerken, yerçekimi dalgaları ışık hızında (300.000 km/s) ilerler.
İşte bu nedenle yerçekimi dalgası, özellikle 1.000 ve 2.000 km ötedeki kayıtçılarda P dalgasından 3 dakikaya varan daha erken gelişlerle kaydedildi. 1 Aralık 2017’de Science’da yayınlanan bu çok önemli bulgu CNRS, IPGP, Université Paris Diderot ve Caltech’ten araştırmacılardan oluşan bir ekip tarafından yayınlandı (2). Böylece, büyük bir depremle ilgili gelişen yerçekimi dalgalarının gözlemi ve nereden geldiklerinin anlaşılmasında çok başarılı bir adım atılmış oldu oldu.
2017 yılında yayımlanan bu gözlem bize, uzak deprem merkezlerinden dahi depremin yıkıcı dalgaları varmadan birkaç dakika önceden depremin olduğunu ve ne büyüklükte ve özellikte olacağını önceden bilmemizi sağlayacak ipuçları vermektedir.
Bulgular göre şu anda çok büyük bir deprem için bir “erken uyarı” umudu var gözüküyorsa da daha küçük depremler için bu konuda kuramsal ve gözlemsel çalışmaların hızlandırılması gerekiyor. Bu bağlamda büyük deprem tehlikesi olan jeolojik bölgelerin çevresine belirli uzaklıklarda geniş bandlı, yüksek duyarlıklı deprem ve gravimetre kayıtçılarının yerleştirilmesi önemli girişim olacaktır. Ek olarak, M=8 büyüklüğünden daha küçük depremlerin yerçekimi dalgalarının da kaydedilebilmesi için geliştirilmiş gravimetre ve deprem kayıtçılarını bütüncül bir yaklaşımla kullanma amaçlı kuramsal ve gözlemsel araştırmalar yapılmalıdır. Öyle anlaşılıyor ki 2018 yılı ve sonrasında olacak büyük depremler jeofizikçilere ve deprembilimcilere umut veren yeni bir çalışma sahası sunacaktır.
Prof. Dr. Haluk Eyidoğan
İTÜ Jeofizik Mühendisliği Bölümü E. Öğretim Üyesi
(1) https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211
(2) http://www.ipgp.fr/~vallee/PUBLICATIONS/2017_Vallee_et_al_PromptElastoGravity_Science_AcceptedVersion_and_Suppmat.pdf
Bu yazı HBT'nin 105. sayısında yayınlanmıştır.
