Katalog

Astronomi Kültürü2 Yrd. Doç. Dr. Emre Işık İstanbul Kültür Üniversitesi e.isik@iku.edu.tr Nükleer enerjiyi ışınım ve ısı enerjilerine dönüştürerek, kendi kütleçekimini gaz basıncı ile aşağı yukarı dengeleyen, dönen gaz kütlelerine yıldız diyoruz. Bize en yakın yıldız Güneş (150 milyon km), bir sonraki en yakın yıldız ise Proxima Centauri’dir (bize uzaklığı yaklaşık 4.3 ışıkyılı ? 43 trilyon km). Güneş’in Yer’e etkileri oldukça fazladır. Gündüzleri göğümüzü aydınlatır, gönderdiği ışık enerjisi, ısı enerjisine dönüşerek Yer atmosferinin ve dolayısıyla yerkabuğunun ılık kalmasına neden olur ve yaşamın sürmesini sağlar. Mevsimlerin oluşumu, Yer’in ekvator düzleminin Yer’in Güneş etrafındaki dolanma düzlemine göre (yaklaşık 23 derecelik) bir açı yapmasındandır. Bu durum, bir yıl boyunca kuzey ve güney yarıkürelerimize farklı miktarlarda Güneş ışığı düşmesi, yani soğuk kışlar ve sıcak yazlar olması demektir. Güneş, yarıçapı 700 bin km (110 Yer yarıçapı), kütlesi 2x1030 kg (333 bin Yer kütlesi) olan, sıcak bir gaz küresidir (Şekil 4). Merkezi 15 milyon kelvin (K)2, gözümüzle gördüğümüz yüzeyi yaklaşık 6000 K sıcaklıktadır. Bu sıcaklıklarda, gazı oluşturan atomlar elektronlarını kısmen yitirmiş, iyonlaşmışlardır; pozitif ve negatif elektriksel yüklerden oluşan böylesi gazlara “plazma” diyoruz. Güneş’in merkez bölgesinde (çekirdeğinde) her saniye 4 milyon ton hidrojen bombasına eşdeğer bir enerji üretiŞekil 4. SDO (Solar Dynamics Observatory) lir. Yüksek sıaraştırma uydusundan alınan bu görüntüde Gü caklıklarda atom neş’in renkküre katmanı görülüyor. çekirdekleri birleşir ve kütlenin bir kısmı ışınım enerjisine dönüşür. Termonükleer füzyon dediğimiz bu yolla yeryüzündeki laboratuvarlarda da enerji üretilmeye çalışılmaktadır ancak henüz günlük yaşamda ve sanayide kullanılabilecek bir füzyon reaktörü yapılamamıştır. Aslında Güneş’in merkezinde metreküp başına enerji üretimi, sadece 300 watt kadardır. Ancak Güneş’in enerji üreten kısmı o kadar büyüktür ki (yaklaşık 1025 m3!!), ürettiği toplam güç, akıllara durgunluk verecek ölçüdedir. Merkezde üretilen ışınım enerjisi, enerji üretmeyen üst katmanlar boyunca aktarılarak ısınmaya yol açar. Birim zamanda üretilen ve aktarılan enerji miktarı ortalamada pek değişmediği için canlı yaşamı tehdit edecek kadar büyük parlaklık değişimleri, Güneş gibi bir yıldızda olmaz. Enerji üretim ve aktarım hızının sabit kalması ya da çok yaŞekil 5. Orion Bulutsusu’nda (M42) vaş değişmesi, aynı zamangözlenen ilkel yıldız diskleri (NA da Güneş’in hidrostatik denge durumunda kalmaSASTScI/ESA). Bir yıldız olarak Güneş 1 GÜNEŞ’TE ENERJİ ÜRETİMİ VE GÜNEŞ’İN DENGESİ sını yani içeri doğru olan kütleçekim kuvvetinin dışarı doğru olan hidrostatik basınç kuvveti ile dengede olmasını sağlar. Merkezden dışarıya doğru salınan enerjinin bir kısmı Güneş’in geri kalanını ısıtır, kalan kısmı ise (yaklaşık 4x1026 watt!) tüm uzaya ışık olarak yayılır. Diğer yandan, Güneş’in ışınım gücü (her saniye tüm uzaya saldığı ışınım enerjisi) çok uzun vadede o kadar da sabit değildir. Yani Yer uzaklığında bir metrekareye düşen ışınım enerjisi diye anılan Güneş sabiti, aslında sabit değildir. Merkezdeki hidrojen yakıtı tükendikŞekil 6. Hinode araştırma uydusu ile çekilmiş, çe nükleer tepGüneş’in renkküre katmanından bir görüntü (JA kimelerin hızı XA/NASA). artar bu da yüzey sıcaklığının ve ışınım gücünün oldukça yavaş bir şekilde artmasına neden olur. Günümüzden 1 milyar yıl sonra Güneş’in artan parlaklığı, yeryüzündeki yaşamın devamını oldukça zorlu ve belki de olanaksız bir duruma getirmiş olacaktır. Diğer yıldızlar gibi Güneş de bir gaz ve toz bulutunun içinden oluşmuştur. Güneş’in oluşumuna neden olan, ondan çok daha büyük kütleli bir yıldızın büyük bir patlama (süpernova) ile ölümüdür. Bu patlamanın uzaya yaydığı şok dalgaları, ilkel güneş bulutsusunun kendi kütleçekimine kapılarak çökmesine, Güneş ve yakınındaki onlarca yıldızın oluşmasına neden olduğu yönünde güçlü gözlemsel kanıtlar vardır. Çöken ilkel gaz bulutunda parçalanmalar olmuş, her bir parça kütleçekim etkisiyle büzülerek tek, çift veya çoklu yıldız sistemlerini oluşturmuştur. Tek yıldızlardan biri olan ilkel güneşin büzülmesi, diğer yıldızlarda olduğu gibi bir eksen etrafında dönerek gerçekleşmiştir. Dönen bir buz patencisinin açık kollarını kapatırken giderek daha hızlı dönmesi gibi, Güneş de büzülürken dönme hızı artmıştır. Bir disk biçimini alan toz bulutu içerisinde gerçekleşen çarpışmalar, çakıltaşı büyüklüğündeki parçaların daha sonra kaya, göktaşı ve daha büyük cisimlerin oluşmasına, onların da bazı merkezlerde toplanması ile Yer benzeri katı gezegenlerin (Merkür, Venüs, Yer, Mars) ve Jüpiter benzeri dev gaz gezegenlerin (Jüpiter, Satürn, Uranüs, Neptün) ve uydularının oluşmasına yol açmıştır (bkz. Şekil 5). Günümüzden 4 ile 4.5 milyar yıl öncesindeki zaman aralığında genç yeryüzünün her yanında yanardağlar patlıyor, kızgın lavlar üzerine gökten ateş topları halinde göktaşları yağıyordu. Bu süreçte koca bir gezegenden parça koparabilen çarpışmaların da yaşanmış olabileceği, hatta Ay’ın bu şekilde oluştuğu düşünülüyor. Ayrıca Güneş Sistemi’nin üyeleri olan kuyrukluyıldızların (gerçekte yıldız değiller!) Yer’e çarparak içeriğinde buz halinde bulunan suyu yeryüzüne getirmiş olabileceği de varsayımlar arasındadır. Güneş’in atmosferi, ışıkküre (fotosfer), renkküre (kromosfer) ve taç (korona) katmanlarından oluşur (Şekil 7). GÜNEŞ SİSTEMİNİN OLUŞUMU Işıkküre, içeriden gelen fotonların Güneş’ten dışarı kaçabildikleri ilk katmandır. Dolayısıyla ondan daha derindeki bölgeleri doğrudan göremeyiz. Işıkkürede, fokurdayan Güneş plazmasını ve Güneş le Şekil 7. Güneş’in katmanları. 1) Nükleer enerji ürekelerini görürüz. timinin gerçekleştiği çekirdek, 2) ısının ışınım ile aktarıldığı ışınım bölgesi, 3) ısının madde hareketleYaklaşık 400 km. riyle aktarıldığı konveksiyon bölgesi, 4) ışıkküre, 5) derinliğindeki renkküre, 6) taç bölgesi. Güneş atmosferinde göışıkküre katma rülen ilginç olaylara örnek olarak 7) güneş lekelenı üzerinde, yük ri, 8) ışıkküredeki konveksiyon deseni, yani bulseldikçe gazın gurlanma, 9) ışıkküreden taç bölgesine uzanan ilmek yapılar. hızla seyreldiği ama sıcaklığın artmaya başladığı renkküre, onun da üzerinde çok daha seyrek ancak sıcaklığın milyon derecelere yükseldiği taç (korona) bölgesi yer alır. Güneş tacı, tam güneş tutulmaları sırasında (ör. Türkiye’den 1999 ve 2006 yıllarında gözlenen iki tutulma) çıplak gözle görülebilir. Aslında Güneş atmosferinin kesin bir sınırı yoktur: Güneş’ten yüz milyonlarca km uzakta Güneş plazması, gezegenler arası ortamda saniyede yüzlerce km hızda esen bir rüzgâr şeklinde dışarı doğru kaçar. Bu şekilde Güneş, her saat 46 milyar ton kadar plazmasını yitirir. Ancak bu, Güneş’in kütlesinin her yıl sadece 1014 ’te birini yitirmesi, veya 150 milyon yılda bir Yer kütlesini yitirmesi demektir. Güneş oluştuğundan bu yana kütlesinin sadece %0.01’ini bu şekilde yitirmiştir. Güneş rüzgârı dediğimiz düşük yoğunluklu ama yüksek enerjili (yüksek hızlı) parçacık sağanağı altında yeryüzü, kendi manyetik alanının kalkan görevi görmesinden ötürü korunaklı bir bölgedir. Ancak günlük yaşamımız uydu teknolojilerine daha bağımlı oldukça Güneş fırtınalarını önceden kestirmek ve önlem almak önem kazanmaktadır. Örneğin GPS uyduları birdenbire çalışmaz duruma gelirse onlara göre yol bulan uçaklar ve gemiler ciddi güvenlik sorunları yaşayabilir. Güneş atmosferinde elektromanyetik tayfın tüm bölgelerinde ışınım üretilir. Radyo dalgaları en çok taçta gerçekleşen ısısal olmayan süreçlerle, kızılötesi ve görsel ışınım renkküre ve ışıkkürede, moröte (UV) daha çok renkküre ve hemen üzerinde, X ve gama ışınları ise taçta bulunan yapılarda ve parlama (flare) olaylarında salınır. Güneş’te sıcaklık içeriden dışarı doğru azaldığı için toplam ışınım yoğunluğu da içeriden dışarı doğru azalır. Isı enerjisi, sıcak iç katmanlardan soğuk dış katmanlara doğru aktığından dolayı Güneş’in ışıkküresi parlaktır. Isı, derinlerde ışınım ile aktarılırken yüzeye daha yakın katmanlarda konveksiyon (madde hareketleri) ile aktarılır (Şekil 7). 1 Bu yazı dizisi, Özel MEF Lisesi’nin 28.04.2012 tarihinde İstanbul genelindeki lise fizik ve kimya öğretmenlerine yönelik düzenlediği Atomlardan Kuarklara Parçacık Fiziği, Yıldızlardan Yıldızsılara Astronomi başlıklı seminer dizisinde öğretmenlere dağıtılan Yıldızlardan Yıldızsılara Astronomi başlıklı bilgi notlarından oluşmaktadır. 2 Fizikte en çok kullanılan sıcaklık birimi, kelvindir (K). 0 K = 273 oC’dir. CBT 1317/ 13 15 Haziran 2012