Bu yazı, 6 yazıdan oluşan “Güneş Sistemi” yazı dizisinin 5. 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: 14 dakika

Yazı dizimizin bu kısmında buz devleri olarak bildiğimiz, Güneş sistemimizin en dış kısımlarında bulunan Uranüs ve Neptün’ü işleyeceğiz.

Uranüs

Güneş’e uzaklık bakımından yedinci sırada olan ve Güneş’ten ortalama olarak yaklaşık 2,87 milyar kilometre uzaklıkta bulunan Uranüs, bilim insanları tarafından teleskop ile keşfedilen ilk gezegendir. Dış gezegenlerden biri olan Uranüs’ün Güneş’e olan uzaklığı, Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığının 19 katından daha fazladır. Geçmişte, çıplak gözle görülmesine rağmen loş görüntüsü ve yavaş yörünge hareketi sebebiyle bulutsu ya da kuyrukluyıldız olduğu düşünülmüştür. 1781 yılında gökbilimci William Herschel tarafından Güneş sisteminin bir gezegeni olduğu keşfedilmiştir. Bir buz devi olan Uranüs, Dünya’nın yaklaşık 4 katı büyüklüğündedir ve yaklaşık 25 bin km uzunluğunda bir yarıçapa sahiptir. Eğer Dünya büyük bir elma olsaydı, Uranüs’ün büyüklüğü bir basket topunun büyüklüğüne benzetilebilirdi. Kütlesi 8,681×10^25 kg olan Uranüs’ün yoğunluğu yaklaşık 1,27 g/cm^3’lük bir değere sahiptir. Yüzeyindeki kütleçekimi ortalama olarak 8,87 m/sn^2 büyüklüğündedir.

Uranüs, Güneş’e çok uzak olması sebebiyle Güneş etrafındaki bir turunu 84 Dünya yılından biraz daha fazla sürede tamamlar. Kendi ekseni etrafındaki bir dönüşü ise yaklaşık 18 saat sürer. Uranüs’ü diğer gezegenlerden ayıran bir diğer özelliği kendi ekseni etrafındaki dönüş yörüngesidir. Kendi ekseni etrafındaki dönüş yörüngesi ile Güneş etrafındaki dönüş yörüngesi arasında yaklaşık 97,77 derecelik bir açı vardır. Bu eksen eğikliği sebebi ile kendi ekseni etrafındaki dönüş yörüngesi Güneş etrafındaki dönüş yörüngesine neredeyse diktir. Diğer Güneş sistemi gezegenlerinden farklı olan bu özelliğe sebep olan şeyin Uranüs oluştuktan kısa bir süre sonra Uranüs’e Dünya’nın yaklaşık iki katı büyüklüğünde bir gökcisminin çarpması olabileceği düşünülüyor. İlerleyen kısımlarda bu eksen eğikliğinin Uranüs gezegeninde ne çeşit özelliklerin ortaya çıkmasında etkili olduğunu işleyeceğiz.

Yüzeyi ve İç Yapısı

Bir buz devi olan Uranüs’ün gerçek bir yüzeyi yoktur. Gezegen büyük ölçüde dönen sıvılardan oluşur. Kütlesinin büyük bir kısmı (%80) küçük bir kayalık çekirdeğin üzerindeki sıcak ve yoğun olan buzlu maddelerden oluşur. Bu maddeler su, metan ve amonyaktır. Çekirdeğine yakın kısımlarındaki sıcaklık 4982 derece Celsius’a kadar yükselebilir. Oldukça sıcak görünse de bu bakımdan Uranüs, diğer gezegenlere göre oldukça soğuk bir çekirdeğe sahiptir. Karşılaştıracak olursak Jüpiter’in çekirdeği 24.000 derece Celsius’a ulaşabilir. Bilim insanlarına göre Uranüs, Güneş’ten aldığı ısıdan fazlasını yaymayan tek Güneş sistemi gezegenidir ve neredeyse uzaya hiç ısı yaymaz. Bunun sebebinin gezegenin oluşumundan kısa bir süre sonra yaşadığı bir çarpışma olabileceği düşünülüyor.

Uranüs, dışarıdan bakıldığında mavi-yeşil tonlarında ve oldukça pürüzsüz görünür. Bunun sebebi ise bol miktarda bulundurduğu metan bulutlarıdır. Metan bulutları Güneş’ten gelen ışınların kırmızı ve kırmızıya yakın dalga boyundaki ışınları soğurup mavi-yeşil dalga boyundaki ışınları yansıtır. Bu sebeple turkuaz bir görünüme sahiptir.

Atmosferi ve İklimi

Uranüs’ün atmosferi büyük oranda hidrojen ve helyumdan oluşurken az miktarda metan, eser miktarda amonyak ve su bulundurur. Bu maddelerin hacimce bulunma yüzdeleri ise şöyledir: %82,5 moleküler hidrojen, %15,2 helyum ve %2,3 metan. Metanın gezegenin imzası niteliğindeki mavi rengini nasıl oluşturduğunu anlatmıştık.

Dünya’mız gibi Uranüs’ün de atmosferinde sıcaklık ve basınca bağlı olarak katmanlaşmalar görülür. Yüzeyinin hemen üzerinde bulunan troposfer tabakası atmosferin en yoğun kısmıdır. Bu tabakada sıcaklık -153 derece Celsius ile –218 derece Celsius arasında değişir ve üst kısımlarına doğru sıcaklık azalır. Uranüs’ün atmosferi, -224,2 derece Celsius’a kadar düşen kısımlara sahiptir ve durum Uranüs’ü Güneş sisteminin en soğuk gezegeni yapar. Troposferde bulut katmanları bulunur. En düşük basınçta su bulutları bulunurken bu katmanın üstünde amonyum hidrosülfür kısmı bulunur. Ardından amonyak ve hidrojen sülfür bulutları gelir. En tepede ise metan tabakası vardır. Troposfer tabakası yüzeyden 50 km yüksekliğe kadar uzanır. Güneş’ten ve uzaydan gelen ışınlar ve radyasyon, diğer stratosferin -218 derece Celsius ile -153 derece Celsius’a kadar ısınmasını sağlar. Etan gazı içeren stratosfer gezegenin soluk bir görüntüsü olmasında etkili olduğu gibi asetilen ve metan içermesi ile de ısıyı tutar. Stratosfer yaklaşık 400 km yüksekliğe kadar uzanır. Uranüs’ün Güneş’e olan mesafesi çok fazla olmasına rağmen termosfer tabakası 577 derece Celsius’a kadar ulaşır. Bilim insanları bunun sebebini tam olarak bilmiyorlar.

Uranüs’ün 97,7 derecelik eksen eğikliği sebebiyle mevsimler yaklaşık 42 Dünya yılı sürer ve bir tur boyunca sadece bir kutup ışık alırken ekvator neredeyse hiç ışık almaz. Eğer Uranüs’ün kutuplarında oturup 42 yıl bekleyebilseydik 21 yıl Güneş’in “doğuşu” diğer 21 yıl ise Güneş’in “batışı” gözlemlenebilirdi.

Manyetik Alanı

Uranüs, düzensiz şekilli ve alışılmadık bir manyetik alana sahiptir. Manyetik alanlar genel olarak gezegenin dönüş yönü ile aynı hizadadır. Bu genellemeye uymayan Uranüs’ün manyetik alanı dönme ekseninden yaklaşık 60 derece kadar eğimlidir. Uranüs’teki kuzey ışıkları, düzgün olmayan manyetik alanı sebebi ile Dünya, Jüpiter ve Satürn’deki gibi kutuplarla aynı hizada değildir. Bu manyetik alanının düzensizliği tam bir geometrik karmaşa olarak nitelendirilmektedir.

Uydu ve Halka Sistemi

Uranüs’ü diğer Güneş sistemi gezegenlerinden ayıran bir diğer özelliği uydularının isimlerin kaynağıdır. Diğer Güneş sistemi gezegenleri bu isimleri Roma ve Yunan mitolojisinden alırken Uranüs, Shakespeare ve Alexander Pope’un eserlerinden alır. Uranüs’ün bilinen 27 uydusu vardır. Uranüs’ün uyduları; 13 tanesi iç uydu, 5 tanesi ana uydu ve 9 tanesi düzensiz uydu olmak üzere üç ana grupta incelenir.

Uranüs’ün uyduları diğer gezegenlere oranla çok küçüktür ve bu uyduların boyutları çapı 1579 km olan Titania’dan çapı sadece 18 km olan minik Cupid’e kadar uzanır. Uranüs’ün 5 ana uydusundan biri olan Titania, Uranüs’ün en büyük uydusu olma özelliğindedir. Üzerinde geçmişte ya da günümüzde sismik hareketler olduğuna dair fay hatları görülmüştür. Bir diğer ana uydu olan ve en büyük ikinci Uranüs uydusu Oberon’un da diğer Uranüs uyduları gibi kabaca yarı buz ve yarı kayadan meydana geldiği söylenebilir. En büyük uydularının en karanlığı olan Umbriel, yüzeyine düşen ışığın yalnızca %16’sını uzaya geri yansıtır. Bir başka uydusu olan Ariel’in tıpkı Dünya üzerinden gözlemlenen Ay gibi sadece bir yüzü Uranüs’ten görülür. Uranüs’ün ana uydularından en içte yer alan uydusu Miranda, herhangi bir volkanik faaliyete sahip olmamasına rağmen Güneş sistemindeki en büyük uçuruma sahiptir.

Satürn, sanılanın aksine Güneş sistemi içerisindeki tek halkalı gezegen değildir. Uranüs ve Neptün’ün de halkaları bulunur. Uranüs’ün sahip olduğu 13 halka, Uranüs’ün merkezinden yaklaşık 38.000 km uzaklıkta başlar ve 98.000 km mesafeye kadar uzanır. Satürn’ün su buzundan oluşan ve oldukça parlak olan halkalarının aksine Uranüs’ün halkaları nispeten karanlıktır. Halkaları genellikle kaya parçalarından oluşmuştur. Çok ince olan bu halkalar en fazla birkaç kilometre kalınlığa erişmektedir.

Neptün

Güneş sistemindeki en büyük üçüncü, Güneş’e yakınlık bakımından ise sekizinci sırada bulunan Neptün gezegeni bir buz devidir. Kütlesinin çoğunu küçük çekirdeğinin üzerindeki buz halindeki yoğun su, metan ve amonyak tabakası oluştururken tıpkı diğer gaz devleri gibi Neptün de kayaç bir zemine sahip değildir. Adını Yunan mitolojisindeki deniz tanrısı Poseidon’un Roma mitolojisindeki karşılığı olan Neptün’den alır. Dünya’ya olan mesafesi bir hayli fazla olduğundan çıplak gözle görülemeyen gezegenin teleskop yardımıyla bile gözlemlenmesi de epey zordur. Neptün’ün keşfedilmesi ise Uranüs’ün yörüngesinin Kepler yasalarıyla yaşadığı matematiksel uyuşmazlık sonucu sekizinci bir gezegenin daha olması gerektiği varsayımı sonucunda gerçekleşmiştir.

Atmosferi

Tıpkı donma çizgisinin ardında oluşan diğer dev gezegenler gibi Neptün’ün atmosferi de çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşmaktadır. Atmosferin %98’i gibi çok büyük bir kısmını oluşturan bu iki gaz görünmez olduğundan gezegene mavi görünümünü veren gaz büyük ölçüde metan molekülüdür. Ancak Uranüs’ün renginden daha canlı bir mavi renge sahip olan gezegenin bu özelliği ise muhtemelen atmosferinde bulunan henüz tespit edilememiş bir molekülden kaynaklanıyor.

Neptün ayrıca Güneş sistemindeki en rüzgârlı gezegen olarak biliniyor. Güneş’ten uzaklığı sebebiyle yıldızımızdan aldığı enerjinin az olmasına rağmen Neptün’de Jüpiter’dekilerden 3 kat, Dünya’dakilerden ise 9 kat güçlü rüzgârlar meydana gelebilmektedir. Dünya’daki en kuvvetli rüzgârların 400 km/sa hıza ulaştığı düşünüldüğünde Neptün’deki rüzgârlar saatte 2000 kilometre yol alabilecek hızlara ulaşıyor.

1989 yılında Neptün atmosferinde Jüpiter’deki Büyük Kırmızı Leke’ye oldukça benzeyen büyük çapta bir fırtına gözlemlendi. Bilim insanları bu fırtınaya Büyük Kara Leke adını verdi ve bunun tıpkı Jüpiter’e benzer şekilde uzun süreli bir atmosfer olayı olduğunu düşündü ancak 1994 yılında bu fırtına sona erdi. Fakat gezegenin diğer bölgelerinde de arada sırada bu çapta olmasa da yine büyük sayılabilecek birçok fırtına gözlemlendi.

İç Yapısı ve Manyetosferi

Teorik modellerin öngördüğü üzere Neptün de diğer gaz devleri gibi kayasal bir çekirdeğe sahiptir, buna karşın diğer gaz devlerinin manyetik alanını oluşturan metalik hidrojen tabakası içermez. Bu sebeple manyetik alanı Jüpiter ve Satürn’ünkine kıyasla daha küçüktür.

Neptün’ün yoğunluğu, sahip olduğu erimiş buz ve metal tabakasının kütlesiyle birlikte gaz ve buz devleri arasında birinci sırada yer alır. Ancak bu tabakanın dağılımı ve içeriği konusunda henüz kesin bir fikre sahip değiliz. Voyager 2 uzay aracından elde edilen verilere göre erimiş metal ve buz tabakasının oluşturduğu iç çekirdeği kaplayan su, amonyak ve metan içeren dış çekirdek düşüncesinin yanlış olduğuna işaret ediyor. Gezegenin periyodunu beklenenden bir saat daha uzun sürede bitirmesi de bu iki katmanlı çekirdek fikrinin doğru olma olasılığını azaltmaktadır.

Güneş rüzgârları ile gelen proton ve elektronlar gezegenin manyetik alanında hapsolur. Neptün’ün manyetik kutuplarına yakın bölgelerde manyetik alandan çıkıp atmosfere kadar ulaşabilen bu parçacıklar diğer gezegenlere nispeten zayıf auroralar oluşturur. Auroraların görülme sıklığı ve yaydığı ışımanın azlığının sebebi ise gezegenin manyetik alanında diğer gezegenlere kıyasla daha az sayıda yüklü parçacığın bulunuyor olmasından kaynaklanıyor.

Uydular ve Halka Sistemi

Neptün bilindiği kadarıyla 13 uyduya ve 6 halkaya sahiptir. En çok bilinen uyduları Triton ve Nereid’dir.

Gezegene en yakın 4 uydu halka sistemini kütleçekimiyle bir arada tutarak dağılmasını önlemektedir. 1980’lerde yapılan yıldız örtünmesi (stellar occultation) araştırmaları sonucunda gezegenin halkaları anlaşıldı. Buna göre gezegenin halkaları, Satürn halkaları gibi sürekli bir daire oluşturacak şekilde olmasından ziyade simetrik olmayan kısmi daire parçalarından oluşuyordu. Ancak daha sonradan gönderilen Voyager’in Dünya’ya gönderdiği görseller sonucu bu fikrin yanlışlığı görüldü. Gezegenin halkaları tıpkı Satürn’ün halkaları gibi sürekli bir daire oluşturuyordu.

Triton

1846 yılında İngiliz gökbilimci William Lassell tarafından keşfedilen Triton, uydusu olduğu gezegenin ters istikametinde dönen (retrograd) tek büyük çaplı uydudur. Neptün’den bakan bir gözlemci Ay’da olduğu gibi her zaman Triton’un aynı yüzünü görür.

İnce ve azottan oluşan bir atmosfere sahip olan Triton, Güneş sistemindeki en soğuk gökcisimlerindendir. Öyle ki gezegendeki çoğu azot molekülleri yoğunlaşarak buz haline gelir ve uyduya parıldayan görüntüsünü kazandırır. Aynı zamanda aktif bir jeolojiye sahip olan uyduda azot püskürten gayzerler bulunur.

Bilim insanları Triton’un Kuiper Kuşağı’ndan gelen bir cisim olduğu görüşündedir. Bunun sebebi ise diğer Kuiper Kuşağı gökcismi Plüton ile büyük benzerlikler göstermesidir. Milyonlarca yıl önce Neptün’ün kütleçekim alanında yörüngeye giren Triton, ismini Roma tanrısı Neptün’ün oğlundan almaktadır.

Nereid

Neptün’ün küçük ve uzaktaki uydusu Nereid 1949 yılında Gerard P. Kuiper tarafından keşfedilmiştir. Adını Yunan mitolojisinde su altında mağaralarda yaşayan perilerden alır. Bu uydu Neptün’ün en büyük uydusu olmakla beraber aynı zamanda yörüngesinin eliptikliği bir hayli fazladır. Yörüngesinin yüksek eliptikliği sebebiyle Neptün etrafındaki bir turunu 360 günde tamamlar.

Dünya’dan gözlemlenmesi epey zor olan Nereid uydusu hakkındaki bilgilerimizin çoğunu Voyager 2 görevinden elde edilen verilere borçluyuz. Buna göre Nereid’in yüzeyi temelde buz ve silikatlardan oluşuyor.

Bu yazımızda incelediğimiz iki buz devi Uranüs ve Neptün, Güneş sisteminde en uzak gezegenlerden iki tanesidir. Bu iki gezegen ve onların uyduları hakkında yapılan keşifleri ve elde edilen yeni bilgilerin büyük bir kısmını insanlığın gönderdiği uydulara ve yüksek maliyetli teleskoplara borçluyuz. Harcanan onca zaman sonucunda ise elde edilen bilgiler yeni sorular doğurmaktadır. Bilimin ilerleyici yaklaşımıyla sistemimiz ve evren hakkındaki görüşlerimiz de bu doğrultuda gelişmeyi sürdürecektir.

Hazırlayan: Burak Çelikten & Eray Kaya

İTÜ Astronomi Kulübü Üyeleri