Evreni Karışlamak: Gök Cisimlerinin Uzaklıkları Nasıl Bulunur?

Okuma Süresi: 4 dakika


Eski çağlardan beri insanlar yeryüzündeki uzunlukları ölçmek çeşitli birimler geliştirmiş ve günlük hayatta bu birimleri sıklıkla kullanmışlardır. Ancak başımızı yukarı çevirdiğimizde gök cisimlerinin bize olan uzaklığını belirlemek için Dünya üzerinde referans alabileceğimiz herhangi bir nesne olmadığını fark ederiz. M.Ö. 200 yılında Yer’in çevresinin Eratosthenes adlı Mısırlı bir bilim insanı tarafından hesaplanmasından sonra uzun yıllar boyunca diğer gezegenlerin ve yıldızların gezegenimize olan uzaklığı konusunda herhangi bir fikir sahibi değildik.

Gök cisimleriyle ilgili gerçek anlamda ilk sayısal hesaplamalar 17. yüzyılın başında keşfedilen Kepler Yasaları sayesinde gerçekleştirildi. Kepler’in üçüncü yasası, gezegenlerin periyotları ile Güneş’ten uzaklıkları arasındaki ilişkiyi açıklıyordu. Uzun yıllardır süregelen gözlemler ile astronomlar Güneş Sistemi’ndeki o zamana kadar bilinen bütün gezegenlerin periyotlarının (Güneş’in çevresinde dönüş süreleri) kaç Dünya yılı olduğunu hesaplamıştı. Böylece bilinen bütün gezegenlerin Güneş’e olan uzaklığının Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığı ile karşılaştırmak mümkün hâle geldi. Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığı 1 Astronomik Birim (AU) olarak tanımlandı ve diğer gezegenlerin Güneş’e uzaklıkları da bu birimle ile tanımlandı. Ancak hâlâ yeryüzündeki ölçüler ile gökyüzündeki ölçüler arasındaki ilişki bulunamamıştı. Eğer 1 AU’nun kaç metre, mil vs. olduğunu tespit edebilirsek bütün gezegenlerin Güneş’e olan uzaklıklarını bildiğimiz ölçüler cinsinden yazabilecektik.

 

Kepler, Halley ve Lalande

 

1716 yılında astronom Edmond Halley Astronomik Birim’in hesaplanması için yeni bir fikir öne sürdü. Venüs’ün Güneş’in önünden geçişi sırasında, ilerleyen satırlarda açıklayacağımız paralaks yöntemi ile Astronomik Birim ölçülebilirdi. Ancak Venüs geçişleri insan ömrüne kıyasla oldukça nadir gerçekleşen gök olaylarındandır (En yakın Venüs geçişi 11 Aralık 2117 tarihinde). Bu nedenle Kepler ve Halley’in ölümünün ardından 1761 ve 1769 yılında gerçekleşen Venüs geçişleri sayesinde Fransız astronom Jérôme Lalande Astronomik Birim’i %2 hata payı ile hesaplamayı başardı (1 AU yaklaşık 150 milyon kilometredir.). Günümüzde ise radar kullanılarak gezegenlerin uzaklıkları çok daha hassas olarak hesaplanabilmektedir. Ek olarak Ay’a giden astronotların Ay yüzeyine bıraktıkları reflektörler yardımı ile lazer kullanılarak uydumuzun Yer’e uzaklığı santimetre hassasiyetinde ölçülebilmektedir.

 

Ay’ın uzaklığı lazer ile ölçülürken, Kaynak: NASA

 

Gök cisimlerinin bize olan uzaklıklarını ölçmek için kullanılan yaygın yöntemlerden biri paralaks yöntemidir. Bu yöntemde, uzaklığı bulunmak istenen gök cisminin birbirinden olabildiğince uzak iki farklı noktadan gözlemlenmesi gereklidir. Gözlenen gök cismi arka plandaki çok daha uzak olan dolayısıyla gözlem açısına göre yer değiştirmesi önemsiz olan yıldızlarla karşılaştırılır. İki gözlem açısına göre gözlenen gök cisminin arka planı değişiklik gösterir. Bu arka plana göre gözlenen gök cisminin paralaks açısı hesaplanır. Bu açı ile basit bir trigonometrik denklem oluşturulur ve gözlenen gök cisminin Dünya’ya uzaklığı hesaplanır. Fakat yıldızlar gibi uzak gök cisimleri için ölçülebilir bir paralaks açısı elde etmek için seçilecek iki gözlem noktası arası uzaklığın Dünya’nın çapından çok daha büyük olması gereklidir. Bunun için astronomlar oldukça zekice bir yöntem geliştirmişlerdir. Eğer iki gözlem 6 ay ara ile yapılırsa gözlem noktaları arasındaki uzaklık 2 AU yani yaklaşık 300 milyon kilometre olacaktır!  Paralaks açısı 1 ark saniye (1 ark saniye = 1/3600 derece) olan gök cisminin uzaklığı 1 parsek olarak tanımlanır. 1 parsek yaklaşık 206265 AU’dur. Böylece yaklaşık 3000 parseke kadar olan uzaklıklar paralaks yöntemi ile ölçülebilir. Ancak çok daha uzak olan gök cisimleri için bu yöntem de yetersiz kalmaktadır.

 

 

 

20. yüzyıla geldiğimizde bütün evrenin bizim de içinde bulunduğumuz Samanyolu Galaksisi’nden oluştuğu düşünülüyordu. Bize en yakın büyük galaksi olan Andromeda Galaksisi aslında 964 yılında İranlı astronom Abdurrahman El-Sufi tarafından keşfedilmişti. Ancak 1900’lü yıllara kadar Andromeda kadar uzak gök cisimlerini ölçmek için bir yöntem bulunamadığı için Andromeda’nın da Samanyolu’nun içindeki bulutsulardan (nebula) biri olduğu sanılıyordu.

 

1912 yılında Harvard Koleji Rasathanesi’nde hesap uzmanı olarak çalışan Henrietta Swan Leavitt, (O yıllarda kadınların rasathanenin teleskoplarını kullanmaları yasaktı.) Cepheid değişken yıldızları denilen bir yıldız türünün parlaklıkları ve parlaklık değişim periyotları arasında bir ilişki olduğunu fark etti. Yani bir Cepheid değişken yıldızının parlaklığının hangi aralıkla değiştiği gözlemlenirse bu yıldızın salt (mutlak) parlaklığının ne kadar olduğu hesaplanabilirdi. Yıldızların görünen parlaklıkları yıldızın gözlem noktasına uzaklığı ile ters orantılı olarak azalır. Dolayısıyla bir yıldızın salt parlaklığı ve görünen parlaklığı bilinirse o yıldızın uzaklığı kolayca hesaplanabilir. Bu yöntem ile Andromeda ile başka birkaç bulutsuda bulunan bazı Cepheid yıldızların periyotları ölçülerek uzaklıkları hesaplandı. Astronomlar bu yıldızların Samanyolu’nda bulunamayacak kadar uzakta olduğunu fark ettiler. Demek ki evrendeki tek galaksi Samanyolu değildi. Henrietta Leavitt’in bu keşfi astronomi alanında yeni bir çığır açtı. Evrenin hayal ettiğimizden çok daha büyük olduğu anlaşılmıştı. Öyle ki bugün evrenimizde gözlemleyebildiğimiz 400 milyar kadar galaksi var! Daha sonraki yıllarda Edwin Hubble evrenin genişlediğini bile Cepheid değişken yıldızlarının uzaklıklarını ölçerken fark etti. Leavitt’in bu keşfinin Nobel ile onurlandırılması gerekiyordu ama maalesef İsveç Kraliyet Akademisi Leavitt’i nihayet 1924 yılında Nobel için aday göstermeye hazırlanırken Leavitt’in 3 yıl önce kanserden öldüğünü öğrendiler.

Henrietta Swan Leavitt

Daha sonraki yıllarda Tip 1a şeklinde kategorize edilen bazı süpernovaların da salt parlaklıklarının hep sabit olduğu keşfedildi. Bu ve bunun gibi gök cisimleri astronomide standart mumlar olarak adlandırılır. Bu gök cisimlerinin salt parlaklıkları bilindiği için gözlenen parlaklıkları arasındaki ilişki hesaplanarak uzaklıkları hesaplanabilir.

Çok değil birkaç yüzyıl önce Ay’ın uzaklığı konusunda bile hiçbir fikir sahibi olmayan insanlık, bugün gözlemleyebildiğimiz uzak galaksilerin bile uzaklığını ölçmeyi başarıyor. Ancak hâlâ serüvenimiz bitmiş değil. Evrenin gerçek büyüklüğü, yapısı ve hatta başka evrenlerin mevcut olup olmadığı hakkında henüz yeterli bilgiye sahip değiliz. Belki bir gün galaksimizin tek galaksi olmadığını keşfettiğimiz gibi evrenimizin de tek evren olmadığını keşfederiz. Kim bilir?

Hazırlayan: Mustafa Demirer

İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi

Kapak Görseli: Flammarion Engraving

Kaynaklar:

  • http://www.exploratorium.edu/venus/question4.html
  • https://imagine.gsfc.nasa.gov/features/cosmic/earth_info.html
  • https://www.britannica.com/science/Keplers-laws-of-planetary-motion
  • https://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/multimedia/lroimages/lroc-20100413-apollo15-LRRR.html
  • https://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sparalax.htm
  • https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/messier-31-the-andromeda-galaxy
  • https://yukselkenaroglu.com/2016/10/12/cepheid-degisken-yildizlari-cepheid-variables/
  • http://rasyonalist.org/yazi/kozmoloji-tip-ia-supernova/

 

Yorumlar kapatıldı.

WordPress gururla sunar | Theme: Baskerville 2 by Anders Noren.

Yukarı ↑