Ay’daki Bayrak ve Hubble

Son yıllarda birçok insanın aklını kurcalayan bir soru var: Hubble bizden milyonlarca ışık yılı uzaklıktaki galaksilerin bile fotoğrafını böylesine net çekebiliyorken, neden bize çok daha yakın olan Plüto’nun ya da Ay’daki bayrağın fotoğrafını çekemiyor? Bu sorunun cevabını anlatmaya çalışalım.

Hubble Uzay Teleskobu Nedir?

Hubble Uzay Teleskobu tarafından çekilmiş güzel mi güzel galaksi ya da bulutsu fotoğraflarını mutlaka görmüşsünüzdür.

Hubble Uzay Teleskobu (HST), 1990 yılında Yer yüzeyinden yaklaşık 547 km yukarıda yörüngeye oturtulan, bir otobüs uzunluğunda ve 2 yetişkin fil ağırlığında bir gözlem aracı.

Uzaydan gözlem yapmasının nedeni, atmosferin bozucu etkisinden kurtulmak ve çok daha net görüntüler elde edebilmek. Yer’den alınan bir görüntü ile Hubble tarafından alınan bir görüntü arasındaki fark şöyle oluyor:

Tabi bu görüntüler süs olsun diye alınmıyor. Görüntülerde gördüğümüz her parlak nokta, yani teleskobun dedektörü üzerindeki piksellere düşen her foton, bize incelediğimiz cisimle ilgili bilgiler veriyor.

HST, saniyede yaklaşık 8 km yol alıyor ve Yer etrafında 95 dakikada 1 tur atıyor. Adını Amerikalı bir astronom olan Edwin P. Hubble’dan alan teleskop, şu ana kadar 1 milyondan fazla gözlem yaptı.

Fotoğrafları Nasıl Çekiyor?

HST’nin sistemi içerisinde, onun insan saçı genişliğinden daha fazla hareket etmeden yaklaşık 1.5 km ötedeki bir hedefe kilitlenmesini sağlayan bir yönlendirme sensörü bulunuyor. Bu sensör sayesinde teleskop, uzak cisimlere kilitlenebiliyor.

Hedef seçildikten sonra ışığı toplayan bir ana ayna mevcut ve bu ayna insan gözünün topladığından yaklaşık 40 bin kat daha fazla ışık toplayabiliyor. Işık buradan ikinci aynaya yansıyor ve ardından ikinci ayna tarafından, ana ayna içerisindeki bir delikten geçerek geride odaklanıyor. Buradan bilimsel bazı aletlere gönderilen ışık, bu aletler tarafından farklı özellikleri bakımından “yorumlanıyor”.

Burada bilimsel aletlerden kastımız, kameralar ve tayfçekerler. Tayfçekerler, ışığı içindeki farklı dalga boylarına göre ayırmaya yarayan aygıtlar.

Ana kameraya “Geniş Alan Kamerası 3” diyoruz.

Geniş Alan Kamerası 3
Kaynak

Çalışmaların büyük kısmı bu kamera aracılığıyla yapılıyor. Kamera 3 farklı elektromanyetik dalga türünü algılayabiliyor: Yakın moröte, görünür ışık ve yakın kızılöte. Görünür ışık dışındakileri insan gözü algılayamıyor ve bunları ancak optik aletler yardımıyla alınan görüntülerde görebiliyoruz. HST, bu dalgaların hepsini aynı anda algılayamıyor. Bu nedenle bazı görüntüler ayrı ayrı alındıktan sonra birleştiriliyor.

Gelişmiş Kamera” dediğimiz kısım, spesifik bir cisim yerine geniş alanları fotoğraflıyor.

Gelişmiş Kamera
Kaynak

Bu fotoğraflar sayesinde, evrenin en eski zamanlarına ait bazı bilgileri elde edebiliyoruz. “Kozmik Köken Tayfçekeri” dediğimiz kısım, moröte bölgede görüntüler alıyor ve bunlar aracılığıyla da bize galaksilerin, yıldızların ve gezegenlerin oluşumu ve değişimi hakkında bilgiler veriyor.

Kozmik Köken Tayfçekeri
Kaynak

Uzay Teleskobu Görüntüleme Tayfçekeri“, incelenen cisimlerin sıcaklığı, kimyasal kompozisyonu, yoğunluğu ve uzaydaki hareketleri hakkında çalışmalar yapmak için kullanılıyor. Kara delik tespiti için de kullanılabiliyor.

Yakın Kızılötesi Kamera” ve “Çoklu Nesne Tayfçekeri” yaydıkları ısıyı algılayarak derin uzay nesnelerini tespit ediyor. Bu ikincisi yine galaksilerin, yıldızların ve gezegenlerin oluşumunu çalışmaya yarıyor.

Fotoğraflar Renkli mi Çekiliyor?

Hayır. Siyah-beyaz çekilen fotoğraflar daha sonra Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü tarafından, gerçeğe uygun şekilde renklendiriliyor. Bu iş bazen, nesnenin insan gözüne nasıl görüneceğini göstermek için, bazen de önemli bir detayı vurgulamak adına yapılıyor.

Gelelim esas meselemize; böyle bir donanıma sahip olan bu alet, neden daha yakın objelerin net ve detaylı fotoğraflarını çekemiyor?

Yakın Olmak Yeterli mi?

Ne yazık ki değil.

Söylediklerimiz havada kalmasın diye bir örnek üzerinden gidelim. Örneğin Sombrero Galaksisi ile Plüto’yu kıyaslayalım. Aşağıdaki iki görüntü de HST ile çekilmiş.

Pek benzemese de Plüto…

Gördüğünüz gibi galaksi oldukça detaylı, ama Plüto tamamen “Paint terk” bir çizime benziyor.

Olup biteni anlamak için biraz basit matematik yapacağız. Hazır mıyız?

Bir cismin görünen boyutunu, onun gerçek boyutunu (ya da çapını), uzaklığına bölerek basitçe bulabiliriz. Bunu bahsi geçen 2 cisim için yapalım.

Sombrero Galaksisi, Yer’den yaklaşık 30 milyon ışık yılı uzaklıkta ve kapladığı alan bir uçtan diğerine yaklaşık 50 bin ışık yılı.

50000 / 30000000 = 0.0017

Plüto ise Yer’e en yakın olduğu konumdayken, yaklaşık 4.5 milyar km uzaklıkta. Çapı ise yaklaşık 2400 km. Bu arada kolaylık olması bakımından sayıları yuvarladığımı da belirteyim. Yani mesela Plüto’nun çapı 2377 km civarında, ama 2400 almakta bir sakınca yok. Yaptığımız hesap bakımından bu yuvarlamalar pek bir önem arz etmiyor çünkü.

2377 / 4500000000 = 0.00000053

Matematikte iki büyüklüğü kıyaslamak için sayıları birbirine bölmemiz yeterli:

0.0017 / 0.00000053 = 3208

Bunun anlamı şu: Sombrero Galaksisi gökyüzünde, Plüto’dan 3208 kat büyük bir alan kaplıyor. Ayrıca Plüto’nun bu galaksiden çok çok daha sönük olduğunu da ekleyelim.

Peki bunun HST’yi ilgilendiren kısmı ne?

Önce “açısal çözünürlük” kavramından bahsetmemiz gerekiyor. Açısal çözünürlük, gözlemcinin iki cismi ya da bir cisimdeki detayları birbirinden ayırabildiği en küçük açının bir ölçüsü. Uzakta bulunan bir tabelayı okuyamazsınız. Sadece onun tabela olduğunu anlarsınız. Fakat tabelaya biraz daha yaklaştığınızda, onun üzerindeki yazıları net bir şekilde görebilirsiniz. İşte açısal çözünürlük de hemen hemen böyle bir şey.

Sözelciler bundan hoşlanmayacak ama, biraz daha matematikle devam ediyoruz.

Açısal çözünürlüğü genellikle yay dakikası, yay saniyesi gibi birimlerle ifade ederiz. Bir çember, 360 eşit parçaya bölünür ve bu parçaların her birine 1 derece denir. Ancak 1 derece bazen ölçtüğümüz bir açıyı ifade etmekte yeterli değildir. Bu nedenle çok küçük açıları ölçerken, 1 dereceyi 60 eşit parçaya böleriz. Bunların her birine 1 yay dakikası deriz. Her yay dakikasını da yine 60 eşit parçaya böleriz ve bunların her birine de yay saniyesi deriz. Tıpkı saat, dakika ve saniye sisteminde olduğu gibi…

İnsan gözünün açısal çözünürlüğü 1 yay dakikasıdır. Bundan daha küçük açılar söz konusu olduğunda, detayları göremeyiz.

HST’nin açısal çözünürlüğü ise 0.05 yay saniyesidir. Yani bir objenin HST tarafından net görülebilmesi için, onun gökyüzünde karşılık geldiği açısının 0.05 yay saniyesinden büyük olması gerekir.

İşlem kolaylığı bakımından bu sayıyı radyana çevirmek gerekir. Ara işlemlere girmemek ve sizleri fazla sıkmamak adına, 0.00000024 radyan elde ettiğimizi söylemekle yetineceğim.

Şimdi daha önce bulduğumuz 0.0017 ve 0.00000053 sayılarına geri dönüyoruz. Bu sayılar, Sombrero ve Plüto’nun gökyüzünde kapladıkları alanın radyan karşılığıdır aslında. Son işlemlere geldik.

0.0017 / 0.00000024 = 70833
0.00000053 / 0.00000024 = 2
(Buraya kadar yaptığım tüm işlemlerdeki sonuçlar, virgülden sonrası alınmamış yaklaşık değerler)

Bunun anlamı şu: Sombrero Galaksisi, HST’nin dedektörü üzerinde 70833 piksellik alan kaplarken, Plüto’nun kapladığı alan sadece 2 pikseldir. İşte bu nedenle Plüto, HST tarafından net bir şekilde görüntülenemez.

New Horizons uzay aracı, Plüto’ya yakın geçiş yaptığından ve bu nedenle araca göre, gezegen yaklaştıkça kapladığı alan gittikçe büyüdüğünden net fotoğraflar elde edilebildi.

Ancak o da gezegene yaklaşmadan önce, uzaktan oldukça düşük çözünürlüklü ve kötü fotoğraflar çekmişti.

Gelelim Ay’daki Bayrak Meselesine…

Yukarıdaki hesabı bayrak için yaptığımızda yaklaşık 0.013 piksellik bir sonuç elde ederiz. Yani 1 pikselin yaklaşık 1000’de 1’i!

Görüldüğü gibi bu Plüto için elde ettiğimiz sonuçtan bile çok daha kötü bir sonuç. Burada önemli olan, bayrağın bize tüm bu cisimlere kıyasla çok daha yakın olması değil, 125 cm’lik ufacık bir çapa sahip olması.

HST’nin 0.05 yay saniyelik açısal çözünürlüğü, söz konusu Ay’ın uzaklığı olduğunda, yaklaşık 93 metreye karşılık gelir. Bu da Ay’daki bir nesnenin HST tarafından net bir şekilde algılanabilmesi için, en azından 1 futbol sahasından daha büyük olması gerektiği anlamına gelir.

Aşağıdaki fotoğrafta Plüto’nun görüntüsünün 15 pikselde nasıl görüneceği acı bir gerçek olarak yüzümüze çarpıyor:

Bu arada yeri gelmişken bilmeyenler için belirtelim. Piksel dediğimiz şeyler, yukarıdaki fotoğrafta açıklı koyulu renkte gördüğümüz kareler. Ancak bunlar tabi ki normalde böyle kocaman değil. Yakınlaştırıldıkları için bu kadar büyükmüş gibi görünüyorlar. Yani aslında bu fotoğraf gerçekte çok daha küçük ve anlaşılmaz bir durumda.

Bilgisayar ekranınızda ya da bir dedektör üzerinde 15 piksellik bir Plüto, gerçekte şöyle görünür:

Bu görüntünün bir de, yaptığımız hesaba göre 2 piksele sığdırılmaya çalışıldığını düşünürseniz, sanırım anlatmak istediğimi çok daha iyi anlayacaksınız. Buradaki görüntünün 15 piksel olmayı “başarmasının” tek nedeni, HST üzerinde bulunan ve 2002 yılında devre dışı bırakılan “Sönük Nesne Kamerası“nın bu gibi durumlar için devreye soktuğu ekstra çözünürlük. Bu kamera, standart HST kameralarının 7 katı çözünürlüğe sahip olacak şekilde yüksek çözünürlüklü olarak tasarlanmıştı. Ancak yine de ne Plüto için, ne de Ay için geçerli olan sorunu çözmüyor gördüğümüz gibi.

Kameranın kaldırılma nedeni, bu yüksek çözünürlüğü sadece çok dar görüş alanı ve çok kısa dalga boylarında sağlıyor olabilmesiydi.

Umuyorum kafalardaki soru işaretleri, bu yazının sonunda giderilebilmiştir. Çok merak edilen bir başka konu olan Van Allen Kuşakları geçilebilir mi sorusunun cevabında buluşmak üzere, şimdilik hoşça kalın!

Meraklısına ek bilgi: Hubble şu an gökyüzünde hangi bölgeyi izliyor diye merak edenler için link:
http://spacetelescopelive.org

Yararlanılan kaynaklar:
https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/spacecraft/index.html

https://hubblesite.org

Bir Cevap Yazın