Coğrafi keşiflerle birlikte okyanuslara açılan denizcilerin önemli bir sorunu vardı. Uçsuz bucaksız okyanusta doğru yöne seyredebilmeleri için bulundukları konumun enlem ve boylamını ölçebilmeleri gerekiyordu. Enlem tespiti görece kolaydı, geceleyin kutup yıldızının ufuk ile yaptığı açı doğrudan enlemi veriyordu. Gündüz ise Güneş’in en yüksekte olduğu konumun (yani tam öğle vakti) ufka göre açısını sekstant denilen bir aletle ölçüp bu değeri her gün için ayrı ayrı hesaplanmış tablolardaki karşılık gelen değere bakmaları yeterliydi.
Sekstant Kullanımı (Wikimedia Commons)
Boylama gelince işler zorlaşıyordu. Boylamı fiziksel olarak ölçmenin bir yolu yoktu. Ancak bulunulan konumda tam öğle vakti olduğunda yeryüzünde referans alınan bir yerde (örneğin Greenwich) saatin kaç olduğu bilinirse iki vakit arasındaki farktan yola çıkarak referansa göre boylam bulunabilirdi. Bunun için aylar süren deniz yolculukları boyunca hatasız çalışabilecek saatler gerekiyordu. Fakat dönemin şartlarında bu kadar uzun süre boyunca, hele ki sürekli sallanan bir gemide dakik kalabilen saatler mevcut değildi. Bu sorunun çözülebilmesi için birçok bilim insanı boylam ölçme yöntemleri üzerinde araştırmalar yaptı. Bunlardan biri de Galileo’ydu. Galileo, yeryüzündeki bir saati kullanmak yerine asla şaşmayacak bir “kozmik saat” kullanmayı önerdi. Yine Galileo tarafından keşfedilmiş olan Jüpiter’in uyduları belirli periyotlarla Güneş’e göre Jüpiter’in arkasında kaldığı için ışık alamayarak gökyüzünden kayboluyor yani tutuluyordu. Bu tutulmaların gerçekleşme zamanları, saati ve dakikasına kadar Kepler Yasaları ile hesaplanarak bir tablo oluşturulabilirdi. Böylece denizciler tutulmanın gerçekleştiği bir günde tutulma anında Greenwich’te saatin kaç olduğunu bilebileceklerdi. Bu uydulardan özellikle Io, Jüpiter’e çok yakın olduğu ve yörünge ekseni Jüpiter’in ekseni ile neredeyse çakışık olduğu için yaklaşık iki günde bir tutuluyordu. Bu nedenle bu iş için biçilmiş kaftandı. Ancak Galileo’nun bu yöntemi gemide teleskop kullanmanın zorlukları nedeniyle denizciler tarafından pratik bulunmadı ve pek fazla kullanılmadı.
Jüpiter ve Io
Galileo’dan yıllar sonra Paris Gözlemevi’nin o sıradaki yöneticisi İtalyan astronom Giovanni Domenico Cassini, yine aynı amaçla gözlemevinde çalışan Danimarkalı astronom Ole Rømer’den Io’nun tutulmalarını gözlemlemesini istedi. Rømer, aylar boyunca gözlem yaparak Io’nun tutulmalarını kaydetti. Gözlemleri sonucunda ilginç bir sonuca ulaştı: Io’nun periyodu sabit değildi. Jüpiter’in etrafında bazen daha hızlı, bazen daha yavaş dönüyor gibi görünüyordu. Kepler Yasaları’nın doğruluğundan kuşku duymayan Rømer, bambaşka bir şey öne sürdü: Sorun ışık hızından kaynaklanıyordu.
Rømer (sol) ve Cassini (sağ)
Dünya, Jüpiter’den göreli olarak uzaklaştığı zamanlarda art arda gerçekleşen iki tutulmayı düşünün. İkinci tutulma meydana gelirken ilk tutulmanın gerçekleştiği zamana göre Dünya, Jüpiter’den daha uzaktadır. Yani ilk tutulma sırasında ışık daha kısa bir yol kat ederken ikinci tutulmada daha uzun bir yol kat etmiştir. Öte yandan Dünya, Jüpiter’e göreli olarak yaklaşırken art arda gerçekleşen iki tutulmanın ilkinde gezegenimiz Jüpiter’e daha uzak, ikincide daha yakın olacaktır. Bu sefer de ışık; ilk tutulmada daha çok yol alacak, ikinci tutulmada daha az yol alacaktır. Demek ki tutulmalar arasında geçen süre aslında aynı olsa da ışığın daha uzun yol kat ettiği tutulmanın Dünya’ya ulaşması gecikiyor ve Io’nun periyodu uzuyor, ışığın daha kısa yol kat ettiği tutulmada da tam tersi gerçekleştiği için periyot kısalıyordu. Bu durumda iki tutulma arasında Dünya’nın aldığı mesafe ve bu periyot değişimi kullanılarak ışığın hızı hesaplanabilirdi.
Ancak Rømer bunu yapamadı. Çünkü o dönemde Dünya’nın yörüngesinin ölçüleri astronomik birim olarak bilinse de bu değerin yeryüzünde kullanılan metre gibi ölçüler cinsinden karşılığı henüz bilinmiyordu. Rømer ışığın bir astronomik birimlik mesafeyi 11 dakikada alacağını hesaplamıştı. Bugün bu değerin 220.000 km/s hıza denk geldiğini biliyoruz. Günümüzde ise ışık hızı yaklaşık 300.000 km/s olarak ölçülmektedir. Rømer’in hata payı büyük görünse de o güne kadar ışık hızının sonlu mu yoksa sonsuz mu olduğu bile tartışma konusu olduğu düşünülürse oldukça önemli bir keşif yaptığı daha iyi anlaşılabilir.
Ayrıca Rømer bu gözlemi ile fizikteki önemli bir etkiyi fark etmeden keşfetmişti: İki cisim birbirlerine doğru yaklaşırken periyot (1/frekans) kısalıyor, uzaklaşırken ise artıyordu. Bu etkiyi Rømer’den uzun yıllar sonra Avusturyalı fizikçi Christian Doppler keşfedecek ve kendi adını verecekti.
Rømer’in yaptığı gözlemler denizcilikte pek işe yaramasa da ileride Einstein’ın görelilik kuramlarına dahi temel olacak önemli bir keşfin temellerini attı. Öte yandan denizciler ancak aylar boyunca dakik kalabilen saatlerin icadının ardından denizlerde boylam tespitini hassas şekilde yapabildiler.
Hazırlayan: Mustafa Demirer
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi