Katalog

Astronomi Kültürü1 Astronomi Kültürü yazı dizisi, altı hafta sürecek ve bu bilim dalının ilginç konuları ile ilgili olarak temel bilgiler verilecektir. Yrd. Doç. Dr. Emre Işık, İstanbul Kültür Üniversitesi, Fizik Bölümü, e.isik@iku.edu.tr B üyük Patlama kuramına (Big Bang teorisi) göre evren, günümüzden 13.7 milyar yıl kadar önce çok sıcak ve çok küçük hacimli iken hızlı bir genişleme ve soğuma geçirdi. Atomaltı parçacıkların, atomların, moleküllerin oluşumunu izleyen dönemde yıldızlar, yıldız kümeleri, gökadalar, gökada kümeleri ve bunların arasını dolduran madde biçimlenmeye başladı. O devirlerde oluşan yıldızların büyük kütleli olanları öldükçe onların kalıntıları yeni yıldızların doğumuna yol açtı. Yıldızımız Güneş, Büyük Patlama’dan yaklaşık 9 milyar yıl sonra doğdu. Yıldız oluşumu kuramları ve yapılan gözlemlere göre Güneş’in doğumu sırasında etrafında biriken gazlı toz diski içerisinde Güneş Sistemi, yani göktaşları, küçük (cüce) gezegenler ve asteroidler, gezegenler ve onların uyduları oluştu. Bunlardan biri de YerAy sisteminin büyük kütleli üyesi Yer gezegeni idi. denilen devasa bir yıldız ve bulut sisteminin dış kenarına yakın bir yerde, sıradan bir yıldız olduğu ise 19. yüzyıl sonlarında anlaşılmıştır. Evrende Samanyolu gibi sayısız gökada olduğunun ise ancak 1930’lu yıllarda farkına varılmıştır. Kopernik’ten sonra yüzyıllar boyunca Güneş Sistemi dışında, başka yıldızların çevresinde gezegenler olabileceği de düşünülmüştü. Diğer yandan bunlardan birinin tespit edilmesi ancak 1995 yılında gerçekleşebildi. Ancak keşfedilen ilk “Güneş Sistemi dışı” gezegenler, Jüpiter gibi dev gezegenlerdi. Bugünlerde (2010’lu yılların başlarında) ise Yer’in kütlesine ve yarıçapına yakın gezegenler de keşfedilmeye başlandı. Bu buluşlarda temel etken, gözlem tekniklerinin ve gözlem aletlerinin teknolojiye koşut olarak büyük bir hızla gelişmesidir. Astronomlar deneysel fizikçilere benzetilebilir, ancak onlardan en önemli farkları, yaptıkları deneyde edilgen durumda olmalarıdır. Deney ortamı uzayda, bizden yüzlerce milyon km ile milyarlarca ışık yılı arasında bir uzaklıktadır. Bu nedenle “astronomik deney” yerine astronomik gözlem deriz. Astronomi ile astrofizik, günümüzde neredeyse birbiri yerine kullanılan, aşağı yukarı özdeş kavramlardır. Astronomi denince daha çok gözlemsel bilgi (gök cisimlerinde hangi durumların nasıl gerçekleştiğinin aydınlatılması, çeşitli gözlem teknikleriyle doğrudan görünmeyenin ortaya çıkarılması), astrofizik deyince ise astronomik nesne ve olayların fiziği (ilgili fiziksel süreçlerin belli varsayımlara dayanan modeller üzerinden aydınlatılma çabası) anlaşılır. Gözlemsel astronomi ve astrofizik, çoğu zaman kuramsal (teorik) astrofizik çalışmalarıyla etkileşim içerisinde yürütülür. Astronomi bilgilerine geçmeden önce, gökcisimlerinin yörüngesel hareketlerini daha iyi anlamamız ve anlatabilmemiz için Newton’un ikinci yasası ile ilgili önemli bir noktaya değinelim. Uzayda herhangi bir kütlenin kendisinden çok daha büyük kütleli bir cisim etrafında dolanırken nasıl “dengede kaldığının”, yani büyük kütleli cisim üzerine düşmemesinin ya da ondan kaçıp gitmemesinin nedeni çoğunlukla yanlış bilinir. Bu konudaki genel yargı, dolanan cismin üzerine etkiyen iki kuvvetin olduğu, bu iki kuvvetin her nasılsa birbirini “dengelemesi” nedeniyle cismin yörüngede kaldığı biçimindedir. Birçok kaynak kitapta bu kuvvetlerin, cismi merkezdeki kütleye doğru çeken kütleçekim kuvveti ile onu merkezden dışarıya doğru iten “merkezkaç kuvveti” olduğu söylenir. Bu gizemli denge nedeniyle merkez – cisim doğrultusunda üzerine etkiyen net kuvvet sıfır olduğu için cismin merkeze düşmediği ya da dışarı savrulmadığı anlatılır. Oysa, bu konudaki doğru fiziksel yorum şöyle olmalıdır: Newton hareket yasaları, eylemsiz (ivmelenmeyen) başvuru çerçevelerinde (koordinat sistemlerinde) geçerlidir. Eylemsiz bir başvuru çerçevesinden bakıldığında, tam tersine, yörüngedeki cismin üzerine etkiyen net kuvvet sıfır değildir! Yörüngedeki cisme etkiyen tek kuvvet, onu merkezdeki büyük kütleye doğru çeken kütleçekim kuvvetidir (F). Bu Şekil 3. Elektromanyetik tayf. ASTRONOMİ VE ASTROFİZİK CBT 1316/ 13 8 Haziran 2012 Doğanın bir parçası olan insanın çevresindeki doğaya duyduğu merak, insanlık tarihi boyunca sürmüştür; “yarının tarihinde” insan var oldukça da sürecektir. Bu merak, günümüzden 46 bin yıl önceleri yazılı kültüre geçişle birlikte bilgi birikiminin artmasına, bu da merak edilen Şekil 1. Babil’den kalma bir astronomi alma doğa olaylarının nağı. Burada gezegenlerin gelecekteki kodaha da çeşitnumları yazılıdır. lenmesine neden olmuştur (Şekil 1). Bu süreçte, günlük yaşamda karşılaşılan mühendislik problemleri önemli rol oynamıştır (örneğin açık denizde yön bulma, tarladaki ürünü ekme ve biçme zamanları, mevsimlerin başlangıç ve sonları, saat ve takvim hesapları, vb). Gözlem ve deney ile birlikte gelişen soyutlama gücü, yeni kuramların (teorilerin) ortaya çıkmasına, giderek modern bilimin oluşmasına yol açmıştır. Güneş’in Yer etrafında değil, Yer’in Güneş etrafında dolandığı, astronomik gözlemlerin ilk kez yazıya dökümünden yaklaşık 5 bin yıl sonra, 1500’lü yıllarda anlaşılarak genel kabul görmeye başlamıştır! Bu süreçte Polonya’lı bilim adamı Nikolaus Kopernik önemli rol oynamıştır. GüŞekil 2. Nikola Kopernik (1473neş’in de evrenin merke1543), Güneş merkezli modeli önermiştir. zinde olmadığı, Samanyolu TARİH İÇİNDE ASTRONOMİ MERKEZCİL KUVVET, MERKEZCİL İVME kuvvet başka bir kuvvetle dengelenseydi, cisim o anki hızı ile savrularak bir doğru boyunca sistemden uzaklaşırdı. Tam da bu dengelenmemiş kuvvet yüzünden cismimiz kendi kütlesi (m) ile orantılı olarak merkezdeki büyük kütleye doğru sürekli olarak ivmelenir (a). Bu, F=ma’dan başka bir şey değildir. Cismin yörüngesi kapalı ise (ör. çember) bu ivmelenme hiç bitmez. Ancak buradaki ivme, merkeze doğru olacağı için merkezcil ivme diye anılır. Dairesel bir yörüngede merkezcil ivme vektörü, her zaman anlık hız vektörüne (v) diktir. Değerleri arasında ise a=v2/R bağıntısı geçerlidir (R: yörünge yarıçapı). Özetle, (merkezcil) kuvvet, (merkezcil) ivmeye neden olur. “ma” çarpımı, F’yi dengeleyen bir “kuvvet” anlamına gelmez; kuvvetin neden olduğu ivmenin, cismin sahip olduğu kütle ile çarpımı anlamına gelir! “Merkezkaç kuvveti” kavramı, ya Newton mekaniğini doğru anlamamış olmaktan dolayı, ya da eylemsiz olmayan (ivmelenen) başvuru çerçevelerinde problem çözerken pratik nedenlerle söylenen bir kavramdır. Sadece eylemsiz olmayan (ör. dönen) başvuru çerçevelerinde ortaya çıkan merkezkaç, Coriolis, vb. gibi o çerçevede birim kütlenin ivmelenmesine karşılık gelen vektör niceliklere “sankikuvvet” (pseudoforce) de denir. Bu kavramları kuramsal astrofizikçiler de zaman zaman kullanır. Astronomlar, evrendeki Yer dışı nesneler hakkında bilgi edinmek için, o cisimlerden bize gelen ışıktan yararlanır. Çoğu durumda ışıktan, yani elektromanyetik dalgalardan (fotonlardan) başka kullanılabilecek bir veri yoktur. Elektromanyetik ışınım, frekansı ile doğru orantılı, dalgaboyu ile ters orantılı şekilde farklı enerjilere sahip olabilir. Bu enerji tayfına elektromanyetik tayf diyoruz. Elektromanyetik tayfın çok dar bir bölümünü gözümüzle algılayabiliriz. Bu dar kısma görsel bölge diyoruz. En düşük enerjili, en uzun dalgaboylu ışınlardan en yüksek enerjili, en kısa dalgaboylu ışınlara kadar elektromanyetik tayf (spektrum), Şekil 3’te gösterilmiştir.. Günlük konuşmada bazen “Dünya” diye andığımız, üzerinde yaşadığımız gezegenin bilimsel adı Yer’dir (ör. Dünya’nın kütleçekimi yerine Yer’in kütleçekimi demek daha uygundur). 1 Elektromanyetik dalgalar haricinde nötrinolar, kozmik ışınlar ve diğer yüksek enerjili parçacıklar da bazı gözlemlerde kullanılır. EN TEMEL BİLGİ EDİNME ARACI: IŞIK