Bu yazı, 6 yazıdan oluşan “Güneş Sistemi” yazı dizisinin 2. yazısıdır.

Güneş Sistemi I: Güneş Sistemi ve Oluşumu
Güneş Sistemi II: Dünya, Merkür ve Ay
Güneş Sistemi III: Venüs ve Mars
Güneş Sistemi IV: Jüpiter ve Satürn
Güneş Sistemi V: Uranüs ve Neptün
Güneş Sistemi VI: Güneş Sistemi Kalıntıları

Okuma Süresi: 17 dakika

Yazımızın ilk bölümünde üzerinde yaşadığımız ve tüm kozmosu anlama çabamızın başlangıç noktası olan Dünya’nın birtakım özelliklerden bahsedeceğiz. İlerleyen kısımlarda ise Merkür’ü ve Dünya’nın uydusu olan Ay’ı anlatacağız.

Dünya

Güneş sisteminin üçüncü gezegeni olan Dünya en büyük karasal gezegendir. Güneş’e ortalama olarak 149.598.262 km yani yaklaşık 8 ışık dakikası mesafede bulunur. Kütlesi 6,10^24 kg olan gezegenimizin yarıçap uzunluğu 6400 km ve ortalama yoğunluğunun yaklaşık değeri ise 5500 kg/m^3’tür. Dünya şekil itibarıyla tam bir küre değildir. Daha çok kutuplarından bastırılmış bir küredir ve “geoit” olarak adlandırılır. Dünya’nın bu şekli yerçekimi ivmesinin ekvatordan kutuplara doğru gidildikçe (aynı yüksekliklerde) artmasına sebep olur. Dünya’nın yerçekimi ivmesi ortalama olarak 9,807 m/s^2 değerindedir.

Dünya’nın kendi ekseni etrafında bir tur dönmesi 23,9 saat sürer. Güneş etrafındaki dönme periyodunu ise 365,25 günlük bir sürede tamamlar. Dünya genelinde kullanılan takvim bir yılı 365 gün kabul eder. Bu “fazladan” olan çeyrek günün daha kolay bir şekilde işlenebilmesi için her 4 yılda bir denk gelen seneye 1 gün eklenir. Eklenen güne “artık gün”, eklendiği yıla ise “artık yıl” adı verilir. “29 Şubat” olarak bilinen gün tam olarak bu şekilde oluşur. Dünya’nın yaşı yaklaşık olarak 4,5 milyar yıl olarak düşünülmektedir.

Dünya’nın kendi etrafındaki dönme ekseni, Dünya’nın Güneş etrafındaki yörünge düzlemine göre 23,4 derecelik bir eğime sahiptir. Farklı mevsimlerin oluşma sebebinin Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığı olarak düşünülmesi yaygın bir hatadır. Mevsimlerin oluşmasını ve döngüsel bir şekilde ilerlemesini sağlayan etken “eksen eğikliği” olarak adlandırdığımız bu eğikliktir. Bu eğiklik sebebiyle, Dünya’nın konumuna bağlı olarak Güneş ışınlarının yarımkürelere gelme açıları değişir ve farklı mevsimler oluşur. İki yarımkürede aynı anda farklı mevsimlerin yaşanabilmesi de bundan kaynaklanır. Eğer eksen eğikliği olmasaydı ve farklı mevsimlerin oluşmasının sebebi Dünya ve Güneş arasındaki mesafe olsaydı her iki yarımkürede de sürekli olarak aynı anda aynı mevsimler yaşanırdı.

Gezegenimiz hakkındaki temel bilgileri anlattıktan sonra iç yapısı, yüzeyi, atmosferi, manyetik alanı gibi diğer yapısal özelliklerini açıklamaya geçebiliriz.

İç Yapısı

Dünya’nın merkezinde bir iç çekirdek bulunur. Bu çekirdeği çevreleyen bir dış çekirdek, manto ve yerkabuğu olarak adlandırılan üç katman daha vardır. İç çekirdek yaklaşık 1221 km uzunluğunda bir yarıçapa sahiptir ve demir ve nikel metallerinden oluşmaktadır. Bu çekirdeğin sıcaklığı yaklaşık olarak 5400 °C değerindedir. Dış çekirdeğin kalınlığı ise 2300 km’dir. Bu katman da demir ve nikel metallerinden oluşur fakat burada metaller sıvı hâldedir. Bu bahsettiğimiz çekirdeklerin üzerinde ve dış çekirdek ile yerkabuğu arasında bulunan manto ise en kalın katmandır. Yaklaşık 2900 km kalınlığındadır ve erimiş kayalardan oluşan, karamel kıvamında sıcak bir karışımdır. En dış katman olan yerkabuğu, ortalama olarak yaklaşık 30 km derinliktedir. Okyanus dibindeki yerkabuğu daha incedir ve mantonun tepesine kadar yaklaşık 5 km derinliğe sahiptir.

Yüzeyi

Dünya’nın yüzeyini soğuk ve kırılgan olan yerkabuğu oluşturur. Gezegenin yarıçapına oranla çok ince olan bu kabuk, fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklı olan okyanus kabuğu ve kıtasal kabuk olmak üzere ikiye ayrılır. Okyanus kabuğu, okyanus tabanlarında magmadan gelen malzemelerin (bazalt lav akıntıları vb.) katılaşması ile oluşmuştur. Kıtasal kabuk ise birçok farklı türde magmatik, metamorfik, tortul kayaçlardan meydana gelmiştir ve okyanus kabuğuna göre daha yüksektedir. Okyanus kabuğu ve kıtasal kabuk arasındaki havza su ile doludur. Bu büyük su kütleleri okyanus olarak adlandırılır ve hidrosferi oluşturur. Dünya’nın yüzeyinin yaklaşık %70’i su ile kaplıdır. Bu suyun %97’lik kısmını okyanuslar oluşturur ve ortalama derinlikleri 4 km değerindedir. Gezegenimizde bulunan yanardağların çoğu bu okyanusların altında bulunur.

Dünya’nın litosferi (kabuk ve üst manto kısmı) sürekli hareket halinde olan büyük levhalardan oluşmaktadır. Örneğin Kuzey Amerika levhası tırnaklarımızın uzaması hızında Pasifik Okyanusu havzası üzerinde batıya doğru hareket hâlindedir. Depremlerin büyük çoğunluğu da levha tektoniğinin bir sonucudur.

Atmosferi

Hayatta kalabilmemizin en önemli koşullarından biri yaşadığımız gezegenin bir atmosfere sahip olmasıdır. Bu bakımdan Dünya, yaşamımız için uygun olan bir atmosfer bulunduran Güneş sistemindeki tek gezegendir. Atmosfer sadece soluduğumuz havayı bulundurmakla kalmaz aynı zamanda bizi zararlı Güneş ışınlarından ve radyasyondan da korur.

Dünya atmosferi, yüzeyden başlayarak troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, iyonosfer ve ekzosfer olmak üzere altı katmandan oluşmaktadır.

Troposfer Dünya yüzeyinden itibaren 8-14,5 km yüksekliğe kadar ulaşır. Tüm gazların yaklaşık %75’lik kısmının bulunduğu, atmosferin en yoğun kısmı burasıdır ve tüm hava olayları burada gerçekleşir. Troposfer yerden yansıyan ışınlarla aşağıdan yukarıya doğru ısınır. Soluduğumuz havanın bileşimi şu şekildedir: %78 azot, %21 oksijen, %0,93 argon, %0,04 karbondioksit ve eser miktarda neon, helyum, metan, kripton ve hidrojen.

Stratosfer, troposferin hemen üzerinde bulunur ve 50 km yüksekliğe kadar uzanır. Güneş’ten gelen ultraviyole ışınlarını soğuran ve dağıtan ozon tabakası bu katmanda bulunur.

Mezosfer, stratosferin hemen üzerinde bulunur ve 85 km yüksekliğe kadar uzanır. Bu katmanın en önemli özelliği meteorların burada parçalanmasıdır.

Termosfer, mezosferin hemen üzerinde bulunur ve 600 km yüksekliğe kadar uzanır. Yeryüzünün manyetik alanı ve Güneş’ten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonucu oluşan kuzey ve güney ışıkları bu katmanda meydana gelir.

İyonosfer, yeryüzünün yaklaşık 48 km yüksekliğinden 965 km yüksekliğe uzanan atmosfer katmanıdır. İyonosfer, mezosfer ve termosferle örtüşür. Bol miktarda elektron, iyonize atom ve molekül içerir. Güneş ışınlarına bağlı olarak büyüyüp küçülen dinamik bir bölge olan iyonosfer, absorbe edilen Güneş radyasyonunun dalga boyuna bağlı olarak D, E, F alt bölgelerine ayrılır. Bu bölge radyo iletişimini mümkün kılar.

Ekzosfer atmosferin en üst sınırıdır. Termosferin tepesinden 10.000 km yüksekliğe kadar uzanır.

Manyetik Alanı

Dünya’nın merkezinde bulunan erimiş nikel ve demirden oluşan çekirdek, gezegenimizin hızlı dönüşü ile birlikte manyetik bir alan oluşturur. Dünya’nın manyetik alanı, gezegenimizi büyük bir termonükleer fırın olan Güneş’ten gelen zararlı parçacıklar ve radyasyondan korur. Güneş’ten gelen yüklü parçacıkların ve Dünya’nın manyetik alanının etkileşmesi sonucu kuzey ve güney ışıklarının oluştuğunu söylemiştik.

Dünya devasa bir mıknatıs gibi davranır. Bildiğimiz üzere mıknatıslar kuzey ve güney kutuplarına sahiptir. Dünya’nın kuzey yarımküresi güney kutbu, güney yarımküresi ise kuzey kutbu gibidir. Manyetik alan çizgileri kuzey kutbundan çıkar ve Dünya’yı dolaşarak güney kutbundan tekrar çekirdeğe doğru bir giriş yapar. Bu sebeple pusula iğneleri döndüğünüz yönden bağımsız olarak kuzey kutbunu gösterir.

Dünya’nın manyetik alanından kaynaklanan önemli kavramlardan bir tanesi Van Allen Kuşakları’dır. Bu kuşaklar, 1958 yılında Amerika Birleşik Devletleri tarafından fırlatılan ilk uzay aracı Explorer 1’deki aletleri tasarlayan astrofizikçi Van Allen tarafından keşfedilmiştir. Güneş rüzgârlarının getirdiği parçacıkların gezegenin manyetik alanı tarafından hapsedilmesi ile oluştukları düşünülmektedir.

Merkür

Merkür, Güneş’e yakınlık bakımından birinci sırada yer alan, büyüklük ve kütle olarak gezegenler arasında sekizincilikle son sırada bulunan kayasal bir gezegendir. İsmini Roma tanrısı Merkür’den (Yunan mitolojisinde Hermes) almaktadır. Güneş’in etrafındaki bir tam turunu 88 Dünya gününde ve kendi etrafındaki bir tam turunu 116 Dünya gününde tamamlar.

Merkür, kütlesinin az olmasının doğal bir sonucu olarak da diğer gezegenlerle kıyaslandığında kütleçekim kuvveti oldukça düşüktür. Atmosfere sahip olamamasının sebebi ise yine aynıdır. Düşük yerçekimi kuvveti sebebiyle gazları gezegenin çevresinde hapsedememesi atmosfer oluşmasına uygun koşullar yaratmamaktadır.

NASA’nın 1970’li yıllarda yürüttüğü Mariner 10 uzay programında ilk başta Merkür’ün zayıf da olsa bir atmosferinin olduğu düşünülmüştü. Ancak daha sonradan gezegendeki bu gazların Güneş’ten gelen rüzgârlarla saçılan ve geçici olarak Merkür’de kalan hidrojen ve helyum olduğu görüldü. Kısa bir zaman sonra ise bu gazların Merkür’ün düşük çekim gücü neticesinde gezegenden sızdığı tespit edildi.

Atmosfere sahip olmamasının yan etkilerinden bir tanesi ise değişken yüzey sıcaklığıdır. Güneş gören tarafında sıcaklık 700 K (427 °C) civarındayken Güneş görmeyen tarafta ise sıcaklık 100 K (-172 °C) civarındadır. Aynı zamanda bu 600 Kelvinlik sıcaklık farkı Güneş sistemindeki herhangi bir yerdeki ortalama en yüksek sıcaklık farkıdır.

Yüzeyi ve Gözlemsel Zorluklar

Merkür yüzeyi hem Dünya’daki teleskoplar aracılığıyla hem de uzaya gönderdiğimiz uydular aracılığıyla da gözlemlenmesi epeyce zor bir gezegen. Çünkü Merkür’ün kavuşum periyodu (İng. synodic period: Güneş etrafında yörüngede dolanan bir gökcisminin Yer’den bakıldığında, Güneş’e göre, gökküre üzerindeki bir noktaya tekrar gelmesi için geçen süre.) sebebiyle bir yılda 116 gün başarılı gözlem yapma şansımız var ve bu kısıtlı sürede yaptığımız gözlemlerin çoğunda da Merkür’ün ufka yakınlığından dolayı bulanık bir görüntü elde etmemiz de bir hayli olası. Dünya yörüngesindeki teleskoplarla da problem kolayca çözülemiyor çünkü Merkür’ün yörüngesi Dünya ile Güneş arasında kaldığından sadece belli uzanım aralıklarında (28°’lik açıdan büyük olduğu zaman) gözlenebiliyor. Bu uzanım haricinde Merkür, Güneş ve Dünya arasına girerek bir tutulma gerçekleştirerek siyah bir nokta şeklinde gözükür. Uzay aracı göndermek de verimli sayılmaz çünkü Güneş’in kütleçekim alanına bir hayli yakın olan ve ekstrem sıcaklığa dayanıklı bir uzay aracını bölgeye göndermek pek de bütçe dostu olmaz. Bunca zorluğa rağmen yürütülen Mariner 10 ve Messenger görevleriyle Merkür hakkında belli bir bilgi birikimine de sahibiz.

Merkür’ün kraterlerin büyük bir çoğunluğu tıpkı Ay’dakiler gibi meteor bombardımanları sonucu oluşmuştur. Ancak Ay’daki kraterler ve Merkür’dekilerden daha derindir ve Merkür’de kraterden saçılan materyaller kratere daha yakın bölgede toplanmıştır. Bunun sebebi ise Merkür’deki yerçekiminin Ay’dakine göre daha fazla olmasıdır. Buna ek olarak Mariner 10 görevinden sonra elde edilen düşüncelerden bir tanesi ise bu kraterlerin daha sığ olmasının sebebi daha önce oluşan derin kraterlerin volkanik taşkınlar sonucu dolarak derinliğinin azaldığı yönünde.

Daha sonra yürütülen Messenger görevinden elde edilen verilerle birlikte, birçok jeolog volkanik aktivite sonucu Merkür kabuğunun oluştuğunu ve aynı zamanda Mariner 10 görevi sonucu üretilen fikri desteklemektedir. Ancak bu volkanizma Dünya’daki gibi levha tektoniği (fay hatları, levha çarpışmaları vb.) izler göstermemektedir. Daha farklı olarak, gezegenin içinin zamanla soğuyup küçüldüğü ve tıpkı elma kabuğu gibi gezegeni kapladığı biliniyor. Buna örnek olarak Merkür’deki en büyük ve en iyi korunmuş çarpışma bölgesi olarak Caloris Havzası gösterilebilir.

Oluşumu ve Volkanizma

Diğer gezegenler gibi Merkür de yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Güneş sisteminin oluşumunu sağlayan bulutsudaki parçaların yoğunlaşıp birikmesiyle oluştu. Donma çizgisinin iç kısmında kaldığı için kayasal bir gezegen olan Merkür, kendi boyutuna göre büyük bir metalik çekirdeğe, kayasal bir mantoya, katı bir kabuğa ve zayıf manyetik alana sahip.

Merkür daha önceden volkanizma açısından faaliyet gösteren bir gezegendi. Ancak tıpkı Ay gibi 4 milyar yıldır jeolojik olarak hiçbir aktivite göstermiyor. Bunun sebebi ise gezegenin küçük olmasından dolayı oluşum aşamasından sonra gezegenin çok çabuk soğumasının ardından kalın ve sert manto tabakası magmanın dışarı çıkmasına izin vermemesidir.

Ay’daki kraterlere göre daha yüksek kraterlerin oluşması ise yine Merkür’ün Ay’a kıyasla daha büyük olmasından kaynaklı. Ay’a kıyasla daha büyük olan Merkür daha yavaş soğuduğu için volkanik aktivite, meteor bombardımanı sırasında oluşan kraterleri daha fazla doldurduğu için Ay’daki kraterler Merkür’dekilere kıyasla daha derin kalmıştır.

Ay

Ay, Dünya’ya en yakın gökcismi ve onun doğal bir uydusudur. Küçük bir metalik çekirdeğe sahip ve Merkür’le çok benzerlik gösteren Ay, Dünya etrafında eliptik bir yörünge izleyerek 27 gün 7 saat 41 dakikada turunu tamamlamaktadır. Kendi etrafındaki bir tam turunu ise 29 gün 12 saat 43 dakikada tamamlar. Dünya etrafındaki dönüşü ile kendi etrafındaki dönüşü neredeyse senkron (synchronous rotation) olduğu için Ay’ın her zaman aynı yüzünü görürüz.

Atmosferi ve Volkanizma

Ay’da bir atmosferin olmamasının sebebi uydunun küçük boyutudur. Ay’ın yerçekimi, gazları sürekli sirküle edecek yeterli büyüklükte değildir. Ancak geçici sürelerde Güneş rüzgârlarının etkisiyle yüzeydeki gaz molekülleri yukarı çıkarak ekzosfer adı verilen yapıyı oluşturur. İçeriğinde hidrojen, helyum ve argon gibi gazları barındıran bu tabakadaki gaz molekülleri soğuyunca tekrardan yüzeye çöker ve döngü böyle devam eder.

Yaklaşık 3 milyar yıl önce Ay’da aktif bir volkanizma mevcuttu. Daha sonradan düşük kütlesi yüzünden büyük bir hızla soğuyan uydunun mantosu volkanizmanın aktif olmasını önledi.

Ay yüzeyinde alçak kalan ve tabanından alınan örnekler sonucunda volkanizmanın işareti olan bazalt içerdiği tespit edilen düzlüklere mare (çoğulu maria) denir. Bu bölgeler Ay yüzeyinin soğumasından hemen sonra gerçekleşen meteor yağmurlarından sonra oluştu. Volkanizma ise bu havzaları aynı Merkür’deki gibi lavlarla doldurdu.

Marelerin daha çok Ay’ın bize görünen yüzünde yoğunlaşmış olması hakkında yapılan araştırmalar aydınlatılmayı beklese de bazı fikirler mevcut. Bu fikirlerden en öne çıkanı, Ay’ın kabuğu ve volkanik aktivitesinin asimetrik bir şekilde görünen tarafta daha aktif olduğu. Görünmeyen tarafa düşen asteroitlerin yol açtığı kraterler düşük volkanik aktivite sebebiyle mare (ay düzlüğü) oluşturamadığından bize görünen tarafta daha fazla krater bölgesi bulunuyor.

Oluşum Teorileri

Ay’ın oluşumu ve nasıl Dünya’nın uydusu olduğu hakkında 5 önemli teori var. Bunlar: yakalama, fisyon, birlikte oluşma, çarpışan gezegencikler ve büyük çarpışma teorileridir.

Yakanlanma teorisine göre Ay önceden başka bir yerde oluştu. Asteroitler gibi Güneş sisteminde serbest bir şekilde ilerleyen Ay, Dünya’nın yerçekim alanına girerek yörüngeye oturdu.

Dünya oluşumunu henüz tamamlamamışken gezegenden bir şekilde kopan parçaların birleşerek Dünya’nın yerçekim alanı içinde Ay’ı oluşturmasına dayanan fisyon teorisi ise Charles Darwin’in oğlu George Darwin tarafından 19. yüzyılda ortaya atılmıştır.

Bir başka teori olan 4,5 milyar yıl önce Dünya’nın oluştuğu gaz ve toz bulutundan oluşan diskten de Ay’ın oluştuğunu öne süren birlikte oluşma teorisi fikri, Dünya ve Ay’ın içerdiği ortak materyallerden dayanak alsa da Dünya-Ay sisteminin sahip olduğu yüksek açısal momentumu ve onun bir sonucu olarak Ay’ın Dünya’ya kıyasla çok daha küçük bir demir çekirdeğe sahip olmasını açıklayamıyor.

Bazı bilim insanlarına göre ise, gezegen oluşum aşamasında iken daha sonradan Dünya ve Mars’ı oluşturacak olan gezegencikler çarpışarak Ay’ı oluşturdu. Ancak çarpışan gezegencikler adı verilen bu teori de Dünya ve Ay’ın sahip olduğu jeokimyasal benzerliği açıklayamıyor.

Büyük Çarpışma Teorisi, henüz yeni oluşmuş gezegenimize Mars’la benzer boyutlarda Theia adlı gezegenin çarpmasıyla Ay’ın oluştuğunu belirtir. Genel olarak Ay’ın bileşenlerini ve yörüngesini diğer teorilere göre daha doğru bir şekilde açıklayan bu teori bugün bilim insanları tarafından en çok kabul gören teoridir.

Merkür ve Ay Benzerlikleri

Merkür ve Ay gerek yapısal gerek dış görünüş itibarıyla çokça benzer özellik göstermektedir. Biri gezegen diğeri uydu olmasına rağmen boyut ve kütle olarak yakın olmaları, yüzeylerinin kraterlerle dolu olması, önceden faal olsa da günümüzde inaktif volkanizmaya sahip olması ve bir atmosfere sahip olmamaları gibi birçok ortak noktaları mevcut. Bunlara ek olarak kabuklarındaki mineral içerikleri ve manyetik kutuplarında buz izlerine rastlanması yönünde de bir hayli benzediklerini kanıtlar nitelikte. Mineral olarak iki gezegen de çoğunlukla silisyum ve oksijen bileşiklerinden oluşan silikatları fazlasıyla bulundurur. Ayrıca alüminyum, demir ve titanyum gibi elementlerde iki gökcisminde de ortak olarak bulunur. Aralarındaki farklar ise genelde oluştukları bölge ve küçük kütle farklarından dolayı meydana gelir. Bu yüzden Merkür’ün gerek uzak oluşu gerekse sahip olduğu ekstrem sıcaklık farkından dolayı seyahat ve uzay görevinin zor olmasından, Ay’da yapılan araştırmalar Merkür’ü de anlamımıza dolaylı yoldan katkı sağlar.

Bu yazımızda incelediğimiz Dünya, Merkür ve Ay cisimleri hakkındaki bilgilerimizin azlığı düşünüldüğünde Güneş sisteminin insanlar açısından ne kadar büyük ölçekli kaldığını bir kez daha anlamış oluruz. Bilim insanlarına bu konuda düşen görev de merak duygusuyla birlikte yaşadığımız bölge olan Güneş sistemi ve gezegenleri anlama konusunda bizlere ışık tutmaktır. Gelişen teknolojiyle beraber elde edeceğimiz yeni bilgiler, bu ışığın parlaklığını arttırarak insanlığı bir adım daha ileriye taşıyacağı da kaçınılmaz gözükmektedir.

Hazırlayan: Burak Çelikten & Eray Kaya

İTÜ Astronomi Kulübü Üyeleri