Uzay Ansiklopedisi 1: Ön Bilgiler

Göğün Bilimini Yeryüzüne Aktarıyoruz!

Uzay Ansiklopedisi 1: Ön Bilgiler

Bu biraz detaylı ve uzun bir yazı olacak, ama durun! Hemen kaçmadan önce bilmeniz gereken bir şey var: Gerçekten astronominin, bunca bilgiyi nereden elde ettiğini öğrenmek istiyorsanız, bu yazıyı okumanızda yarar var.

Uzayla ilgili bilgilerin aldatmaca ve yalan olduğunu öne sürenlere, bazı kurumların bizi kandırdığını söyleyenlere sık sık denk geliyoruz. Oysa bilgilerin arkasında son derece basit fiziksel olgular var. Bunları bilmek için uzaya, gök cisimlerinin yanına gitmemiz gerekmiyor. Anlatacağım olguları dünya üzerindeki laboratuvarlarımızda gözlemleyebiliyoruz, ölçebiliyoruz ve bu bilgilerimizi uzaydaki nesnelere uyarlıyoruz. Yazıyı okumaya üşenmezseniz bunun nasıl yapıldığını siz de anlayacaksınız.

Gök bilimciler olarak başka kurumların onayına ihtiyacımız olmadığını bilmelisiniz. Fizik, kimya ve matematik bilgimize ek olarak bir de gören bir çift gözümüz ve iyi bir teleskobumuz varsa, burada anlatacaklarımı kendimiz de test edebiliyoruz. Bu yüzden ön yargısız şekilde ve tane tane, anlayarak okumanızı tavsiye ediyorum.

Beğenmedim ya da anlamadım butonlarına saldırmadan önce, gerekiyorsa tekrar tekrar okumalısınız O:)

Başlayabiliriz.

1- Gök Biliminde Uzaklık Kavramı

Aşağıdaki sayılarla kafasını karıştırmak istemeyenler, bu kısmı atlayarak doğrudan 2. başlığa geçebilirler. Fakat 2. başlığı mutlaka okumalısınız.

Günlük hayatımızda kullandığımız uzaklık birimleri, uzay söz konusu olduğunda yetersizdir. Çok uzak bir yıldızın bize olan mesafesini anlatmak için metre gibi birimler kullandığımızda işimiz zorlaşır, çünkü işin içine okuyamayacağımız kadar bol basamak ve sıfır girer. Bu nedenle astronomide birimler önemlidir.

  • Astronomi Birimi

Özellikle Güneş Sistemi içerisinde kullandığımız en önemli birim “astronomi birimi”dir. Ortalama Yer – Güneş uzaklığı esas alınarak belirlenmiştir ve bu uzaklık yaklaşık 149.6 milyon kilometredir. Yani özetle;

1 AB = 149.600.000 km

Bu durumda örneğin 5 AB dediğimiz mesafe, 149.6 milyon kilometrenin 5 katıdır.

  • Işık Yılı

Her ne kadar isminde yıl kelimesi geçse de, bu bir zaman ölçüsü değildir ve belli bir mesafeyi ifade eder. 1 ışık yılı, ışığın 1 yılda aldığı yoldur. Bu da yaklaşık 9.5 trilyon kilometredir.

Bu durumda örneğin 3 ışık yılı dediğimiz mesafe, 9.5 trilyon kilometrenin 3 katıdır.

  • Parsek

1 parsek, 3.26 ışık yılına eşittir. Yani 1 parseklik mesafe, 9.5 trilyon kilometrenin 3.26 katıdır.

Daha büyük mesafeler için megaparsek terimi kullanılır. 1 megaparsek, 1 parseklik uzunluğun 1 milyon katına eşittir.
Bundan da büyük mesafeler için gigaparsek kullanılır. 1 gigaparsek, 1 parseklik uzunluğun 1 milyar katına eşittir.

2- Elektromanyetik Dalgalar Ve Işık

Bu konuyu sabırla ve tane tane okumanızı istediğimi tekrar belirtmeliyim. Zira son derece önemli bir konu ve astronominin de temeli. Tabi lafım bu konu hakkında gerçekten bir şeyler öğrenmek isteyenlere.

Öğrenmek istemeyenin ise burada ne işi var diye sormuyor değilim kendime bazen.

Astronomide en çok merak edilen konu, bu kadar büyük uzaklıklara rağmen gözlemlerin nasıl yapılabildiği konusudur. Gözlemlerin temeli çok basit bir fiziksel olguya dayanıyor: Işık. Gök cisimlerine ilişkin bilgilerin tamamını, onlardan bize ulaşan görünür ışık ve diğer ışınımlar sayesinde elde ediyoruz. Bu konuyu biraz açıklamaya çalışalım.

Işığı anlamak için önce dalgalar konusunu anlamalıyız.

Fizikte dalgalar iki şekilde yayılabilir: Bir ortam içerisinde ya da boşlukta.

Ortamdan kastımız herhangi bir madde olabilir; su, hava gibi…Örneğin ses dalgaları ya da deprem dalgaları, bir ortam içerisinde yayılabilen dalgalardır.

Yayılmak için ortama ihtiyaç duymayan dalgalar ise boşlukta da yayılabilirler; radyo dalgaları gibi… Bu dalgalar genel olarak elektromanyetik dalgalar olarak adlandırılır. Bu ismin nedeni, bu dalgaların elektrik alan ve manyetik alanın birleşiminden oluşmasıdır. Bu dalgalar, herhangi bir ortamda da yayılabilirler.

Elektromanyetik dalgalar, boşlukta sönümlenmeden (yani yok olmadan) çok uzak mesafelere kadar gidebilirler. Bunu yaparken de oldukça yüksek bir hızla hareket ederler: Işık hızıyla. Bunun anlamı, bir elektromanyetik dalganın, saniyede yaklaşık 300000 km yol alabilmesidir ve bu hız, evrende bilinen en yüksek hızdır. Ayrıca kaç ışık yılı uzaklıkta olursa olsun, bir cisimden çıkan ışık, dünyaya ya da daha uzağa kadar gidebilir. Sadece birazcık (!) zaman alır.

Gelelim esas konumuza. Işık bir elektromanyetik dalgadır. Yani yayılmak için ortama ihtiyaç duymaz ve saniyede yaklaşık 300000 km yol alır (Tam olarak 299792 km’den bahsediyoruz, ama konuyu anlatırken yaklaşık 300000 km demekte bir sakınca yok).

Işığın dalga özelliği yanında bir de parçacık özelliği vardır. Ancak konumuz bu olmadığından detaya girmiyoruz.

Dalgaların özelliklerinden bahsederken dalga boyu, frekans, genlik gibi terimler işin içine girer. Biz şimdilik dalga boyu ve frekans ile ilgileneceğiz.

Dalga boyu, en basit tanımla, 2 dalga tepesi (veya çukuru) arasındaki mesafedir ve aşağıdaki şekilde temsili olarak görülmektedir. Yunan alfabesindeki lambda harfi ile gösterilir.

Astronomide bizim için çok önemli olan ışık ya da diğer elektromanyetik dalgalar (ki bunların hepsine birden ışınım diyebiliriz kısaca), kısa dalga boyundan uzuna doğru sıralanır. Buna tayf ya da spektrum adı verilir. Örneğin bir gökkuşağında gördüğünüz o güzel renkler, aslında Güneş’ten gelen ışığın dalga boylarına göre ayrılarak sıralanmış şeklidir. Yani basit bir tayftır. Bunun nasıl olduğuna birazdan tekrar değineceğiz.

Frekans ise, periyodik olarak tekrarlanan bir olayın, saniyedeki tekrar sayısıdır. Periyodik olarak dalga üreten bir kaynak düşünelim. Eğer bu kaynak, 1 saniye içerisinde çok fazla sayıda dalga üretiyorsa, bu dalga yüksek frekanslı bir dalga olarak tanımlanır. Tam tersi durumda ise, yani 1 saniyede çok az sayıda dalga üretiliyorsa, düşük frekanslı bir dalgadan söz edilebilir.

Peki dalga boyu ile frekans arasında nasıl bir ilişki var ve bu ilişki ışığın özelliklerini nasıl belirliyor?

Aşağıdaki şekil üzerinden anlatalım:

Görüldüğü gibi burada 2 farklı dalga var. Şekilde 1 numarayla gösterilen üstteki dalganın dalga boyu oldukça kısa. Aynı zamanda 1 saniyede (ki buna “birim zamanda” da deriz) kaynaktan çok fazla sayıda dalga çıktığını, yani frekansın yüksek olduğunu şekilden görüyoruz.

2 numarayla gösterilen alttaki dalganın ise dalga boyu oldukça uzun. Üstelik kaynaktan az sayıda dalga yayıldığını da, yani frekansın düşük olduğunu da görebiliyoruz.

Sonuç: Yüksek frekans, kısa dalga boyu; düşük frekans ise uzun dalga boyu anlamına geliyor.

Bilmemiz gereken bir şey daha var: Yüksek frekans aynı zamanda yüksek enerji anlamına gelir. Düşük frekanslı dalga ise düşük enerjilidir.

Özet: Yüksek frekans = Yüksek enerji = Kısa dalga boyu
Düşük frekans = Düşük enerji = Uzun dalga boyu

Şimdi bu bilgiyi, yukarıda bahsettiğimiz tayf konusuyla birleştirelim.

Tayf dediğimiz şeyin, ışınımın dalga boyuna göre sıralanması olduğunu yukarıda da söylemiştik.

Yukarıdaki tayfta gösterilen renklerin dalga boyu uzunlukları, 400 nm (nanometre) ile 700 nm arasında değişiyor (1 nanometre = 0.000000001 metre). Bu aslında beyaz ışık dediğimiz elektromanyetik ışınımın da yapısını gösteriyor diyebiliriz.

Tıpkı bir atomun proton, nötron, elektron gibi çok daha küçük bileşenlerden oluşması gibi, beyaz ışık da farklı farklı bileşenlerden oluşur. İşte bu tayfta gördüğünüz renklerin birleşimi, beyaz ışığı oluşturur.

Beyaz ışık, prizma, su damlacıkları veya bunlara benzer ışık kırıcı ortamlarla karşılaştığında kırılmaya uğrar ve bileşenlerine ayrılır. Bu duruma, basit gündelik eşyalar ya da olaylar ile kendiniz de şahit olabilirsiniz. Gökkuşağı örneğini vermiştik. Güneş’ten gelen ışık, normal şartlarda beyaz ışıktır ve gözümüz de onu bu şekilde algılar. Ancak bu ışık, havadaki su damlacıklarıyla karşılaştığında fiziksel bir süreç meydana gelir. Havadan gelip suya giren ışık ışınları, ortam değiştirdikleri için kırılma ve yansımaya uğrarlar. Bunun sonucunda da basit bir prizma oluşur ve beyaz ışık bileşenlerine ayrılarak, farklı renkler olarak karşımıza çıkar.

Çoğunuz kristal avizeleri bilirsiniz. Bunlardan duvarlara, tavana yansıyan, minicik gökkuşaklarına benzer renkleri de görmüşsünüzdür. Burada da yine benzer süreç etkilidir. Bir tek farkla: Kırma ve yansıtma işini su damlaları değil, kristal yapmaktadır.

Beyaz ışığın bu şekilde ayrılmasının nedeni, içindeki farklı renkli bileşenlerin dalga boyudur. Her dalga boyu farklı miktarlarda kırılmaya uğrar. Bu da bize sonuç olarak yan yana sıralanmış renkleri verir. Yani kırılarak ortamdan çıkan tüm renklerin, kırılma açısı farklı olacaktır.

“Nasıl yani?” diyenler için şeklimiz aşağıda:

prizm

Burada gördüğümüz tayf (400-700 nm arasında olan), “görünür ışık” dediğimiz bölgenin tayfıdır. Yani etrafımıza baktığımızda gördüğümüz tüm nesneleri görebilmemizi sağlayan, bir başka deyişle gözle görebildiğimiz ışığın bir tayfıdır. Dikkat ettiyseniz kısa dalga boyu mavi (hatta mor) tarafa, uzun dalga boyu ise kırmızı tarafa yakın.

Buradan çıkan sonuç: Mavi ışık kısa dalga boylu ve yüksek frekanslıdır. Kırmızı ışık ise uzun dalga boylu ve düşük frekanslıdır.

Kırıcı ortamdan geçen beyaz ışık, bu nedenle sıralı bir renk skalası verir, çünkü kırmızı ışık daha az kırılmaya uğrarken, mavi ışık daha fazla kırılır.

Bu kırılma ve saçılma olayları, gökyüzünü neden mavi gördüğümüzün, Güneş ya da Ay’ın doğarken ve batarken neden kızıllaştığının, Ay tutulması sırasındaki kızıl rengin neden gerçekleştiğinin de cevabıdır aslında. Bunu da başka bir yazıda anlatalım.

Şimdi dikkat etmemiz gereken yeni bir konuya geldik. Tayf sadece görünür (yani görebildiğimiz) ışıktan mı oluşur? Kafalar daha fazla karışacak biliyorum, ama yanıt hayır. Az önce bahsi geçen 400 nm’den daha kısa ya da 700 nm’den daha uzun dalga boyuna sahip ışınımlar vardır evrende. Aslında isim olarak çoğunu siz de duymuş olmalısınız; kızılöte ışınım, moröte ışınım, mikrodalga, radyo dalgaları vesaire…

Bunları da açıklamaya çalışalım dilimiz döndüğünce. Yine şekil üzerinden gitmek faydalı olabilir. Zaten bu resim, buraya kadar anlattığım her şeyin bir özeti.

tayf

Biraz önce yukarıda gördüğümüz 400-700 nm aralıklı tayf, bu resimde görünür bölge adıyla gösterilen kısımdır.

Gördüğünüz gibi, maviden sola doğru, yani daha da kısa dalga boylarına doğru gittiğimizde sırayla moröte, x ışın ve gama ışın bölgeleri bulunuyor tayfımızda. Bu ışınımları gözümüzle göremiyoruz. Ancak şunu bilmeliyiz; bunlar yüksek frekanslı, yüksek enerjili ve kısa dalga boylu ışınımlar. Yüksek enerjili oldukları için, atomların yapısına etki edebiliyorlar (bunun detayına girmiyoruz). Bu da, bir canlının atomlarının yapısını bozup ona zarar verebilecekleri anlamına geliyor. Bu yüzden ultrason cihazları ve benzeri tıbbi cihazlardan aldığımız ışınlar, hücrelerimizde hasara neden olabilir. Benzer şekilde, Güneş’ten gelen moröte ışınlar kansere neden olabilir. Yüksek enerjili ışınlara uzun süreli olarak maruz kalmamak gerekir.

Gelelim tayfın sağ kısmına. Burada da sırasıyla kızılöte, mikrodalga ve radyo dalgaları var. Bunlar da düşük frekanslı, düşük enerjili, uzun dalga boylu ışınımlar. Hatta çizelgenin en sağına bakarsanız, dalga boyu uzunluğunun 1000 metreye kadar ulaştığını görebilirsiniz. Bu ışınımları da gözümüzle göremeyiz ve bunların da canlı hücreler üzerinde bazı olumsuz etkileri olabileceğinden bu ışınımlara da uzun süre maruz kalmamak akıllıca
olur.

Yer atmosferi, yukarıda bahsettiğim tüm ışınımlar için geçirgen bir ortam değildir.

Yani, uzaydan gelen her ışınım atmosferden geçip dünya yüzeyine ulaşmaz. Örneğin çok yüksek enerjili gama ışınları, x ışınları ya da moröte ışınım, atmosfer tarafından tutulur. Ozon tabakasının dünyamız için önemi, kanserojen etkisi olan moröte ışınımın bize ulaşmasını engellemedeki rolüdür. Bu yüzden ozon tabakasında oluşan delikler bu kadar önemsenmektedir, çünkü delindiği zaman artık bu tabaka, ışınımın bize ulaşmasını engelleme görevini yerine getiremez ve cilt kanseri gibi hastalıklar yaygınlaşır.

Eğer gözleyeceğimiz cisim atmosferin geçirmediği çok kısa dalga boylarında bir ışınım yayıyorsa, bu cismi yerden gözleyerek onun hakkında bilgi edinemeyiz.

Kızılöte ışınımın bir kısmı için de bu durum geçerlidir. İşte bu yüzden uzay teleskopları, atmosfer dışına gönderilir ve Yer yörüngesinden gözlem yaparlar. Böylece atmosferin engelleyici etkisi ortadan kalkmış olur.

Elektromanyetik dalgalardan bahsetmişken, bir özelliklerini daha söyleyelim: Elektromanyetik dalgalar, bazı cihazlar yardımıyla ses dalgalarına dönüştürülebilir. Bu yüzden “Jüpiter’in sesi” gibi videoları gördüğünüzde “Uzayda ses mi yayılırmış? Bizi kandırıyorsunuz” gibi düşünceleri kafanızdan atmanızı öneririm. Bu tür videolar, gök cisimlerinden gelen elektromanyetik dalgaların, yani ışınımın, ses dalgalarına dönüştürülmesi ile elde edilir. Işınım hangi cisme aitse, bu ses o cismin sesi olarak kabul edilebileceğinden “falanca cismin sesi” adı altında yayınlanır.

Bu arada “Jüpiter’in sesi” de gazete ismi gibi oldu, ama neyse (:

Buraya kadar, gözlemlerin temeline ilişkin bazı bilgileri verdik. Yazının ikinci bölümünde, örneğin bir yıldızın hangi elementleri içerdiğini burada anlattığımız bilgilere dayanarak, oturduğumuz yerden nasıl anladığımız gibi başka temel konuları ele alacağız.

Bu son açıklamanın ardından, sizi Güneş Sistemindeki gezegenlerin ve Güneş’in sesiyle baş başa bırakıyorum.

Bizimle ve bilimle kalın.

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir