Isaac Newton doğduğu sırada, Yer’in ve diğer gezegenlerin Güneş’in etrafında döndüğü gün-merkezli Evren modeli, Güneş, Ay ve gezegenlerin gözlemlenen hareketlerine ilişkin kabul gören açıklamaydı. Bu model yeni değildi; ama Nicolaus Copernicus ömrünün son günlerinde, 1543’te düşüncelerini yayımlayınca, tekrar önem kazanmıştı. Copernicus’un modelinde Ay ve gezegenlerin her biri kendi kristalin küresinde Güneş’in etrafında dönmekteydi; bir dış küre de “sabit” yıldızları tutmaktaydı. Johannes Kepler 1609’da gezegen devinimine ilişkin kendi yasalarını yayımlayınca, bu model aşıldı. Kepler, Copernicus’un kristalin kürelerinden vazgeçti ve gezegenlerin yörüngelerinin elips, her elipsin bir odağının Güneş olduğunu gösterdi. Bir gezegenin hareket ettikçe hızının nasıl değiştiğini de açıkladı.

Isaac Newton

Bütün bu Evren modellerinde eksik olan bir şey vardı: Gezegenlerin neden o şekilde hareket ettiklerini açıklamak. Newton burada devreye girdi. Bir elmayı Yer’in merkezine doğru çeken kuvvetin, gezegenleri Güneş’in etrafında yörüngelerinde tutan kuvvetle aynı olduğunu anladı ve bu kuvvetin mesafeyle birlikte nasıl değiştiğini matematiksel olarak gösterdi. Kullandığı matematik, Newton’ın üç Hareket Yasası ile Evrensel Kütleçekim Yasasını gerektirdi.

newton elma

– Elma neden yana ya da yukarıya değil de, hep aşağıya düşer?

Yer’in merkezine doğru bir çekim olmalı.

– Bu çekim elmanın ötesine, Ay’a kadar uzanabilir mi? Öyleyse, Ay’ın yörüngesini etkiler.

– Gerçekten Ay’ın yörüngesine neden olabilir mi? Bu durumda…

Kütleçekim Evren’deki her şeyi etkiler.

Değişen Düşünceler

Deney yapmadan sonuçlara varan Aristoteles’in düşünceleri bilimsel düşünmeye yüzyıllarca egemen olmuştu. Aristoteles, hareket eden nesnelerin itildikleri sürece harekete devam ettiklerini ve ağır nesnelerin hafif nesnelerden daha hızlı düştüklerini düşünüyordu. Aristoteles’e göre ağır nesneler doğal yerlerine doğru hareket ettikleri için Yer’e düşüyorlardı. Kusursuz olan göksel cisimlerin daireler halinde sabit hızlarda hareket ettiklerini de söylüyordu.

Eylemsizlik İlkesi

Galileo Galilei deneyle ulaşılan farklı bir düşünce kümesiyle ortaya çıktı. Rampalardan aşağı inen topları gözlemledi ve hava direnci en az düzeydeyse, bütün nesnelerin aynı hızda düştüklerini gösterdi. Hareket eden bütün nesnelerin, sürtünme gibi bir kuvvet yavaşlatmadıkça hareket etmeye devam ettikleri sonucuna da vardı. Galileo’nun Eylemsizlik İlkesi, Newton’un Birinci Hareket Yasasının parçası olacaktı. Sürtünme ve hava direnci, gündelik yaşamda karşılaştığımız hareket eden nesneler üzerinde etkili olduğu için, sürtünme kavramı tüm çıplaklığıyla ortada değildir. Galileo, bir şeyi sabit bir hızda hareket ettiren kuvvetin yalnızca sürtünmeye karşı koyması gerektiğini dikkatli deneylerle gösterebildi.

Hareket Yasaları

Newton birçok konuda deneyler yaptı; ama hareketle ilgili yaptığı deneylerin kayıtları yoktur. Ama üç yasası birçok deneyle doğrulandı; ışık hızının altındaki hızlar için doğruluğunu koruyor. Newton birinci yasasını şöyle ifade etti: “Her cisim durumunu değiştirmeye mecbur eden kuvvetler tarafından etkilenmediği sürece, hareketsizlik durumunu ya da doğru bir çizgide tekdüze hareket durumunu korur.” Başka bir deyişle, duran bir nesne ancak bir kuvvet etkilerse hareket etmeye başlar ve hareket eden bir nesne, bir kuvvet etkilemediği sürece, sabit hız yöneyiyle hareket etmeye devam eder. Burada hız yöneyi hareket eden bir nesnenin hem yönünü hem hızını ifade eder. Bu yüzden bir nesne ancak bir kuvvet etki ederse hızını ya da yönünü değiştirir. Önemli olan kuvvet, net kuvvettir. Hareket eden bir arabaya etki eden birçok kuvvet (sürtünmeyi ve hava direncini de kapsayan) ve tekerlekleri hareket ettiren motoru vardır. Arabayı ileri iten kuvvetler arabayı yavaşlatmaya çalışan kuvvetleri dengeliyorsa, net kuvvet yoktur ve araba sabit bir hız yöneyini sürdürür.

hareket yasası

Newton’ın İkinci Yasasına göre bir cismin ivmesi (hız değişimi) etki eden kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır ve genellikle F=ma olarak yazılır; burada “F” kuvvet, “m” kütle ve “a” ivmedir. Bu, bir cismin üzerindeki kuvvet ne kadar büyükse ivmesinin o kadar büyük olduğunu gösterir. İvmenin bir cismin kütlesine bağlı olduğunu da gösterir. Verili bir kuvvet için küçük kütleli bir cisim, büyük kütleli bir cisimden daha fazla ivme kazanır.

Roket motorları, Newton’ın Üçüncü Yasasının pratik bir örneğidir. Roket, aşağıya doğru zorlayan bir jet tepkisi üretir. Jet tepkisi, roketi yukarı doğru iten eşit ve karşıt yönde bir kuvvet uygular.

Üçüncü Yasaya göre “her etkinin eşit ve karşıt bir tepkisi vardır.” Yani bütün kuvvetler çiftler halinde vardır: Bir nesne ikinci bir nesnenin üzerine bir kuvvet uygularsa, ikinci nesne birinci nesneye eşzamanlı bir kuvvet uygular ve bu iki kuvvet eşit ve karşıttır. “Etki” terimine rağmen, bunun doğru olması için hareket gerekmez. Bu, Newton’ın kütleçekimle ilgili düşünceleriyle ilişkilidir; çünkü Üçüncü Yasasının bir örnegi, cisimler arasındaki kütleçekimdir. Yalnızca Yer Ay’ı çekmiyor, Ay da aynı kuvvetle Yer’i çekiyor.

kütleçekim

Evrensel Çekim

Newton 1660’ların sonunda, Cambridge’i kasıp kavuran vebadan sakınmak için iki yıllığına Woolsthrope köyüne çekilince kütleçekimi düşünmeye başladı. O sırada birkaç kişi, Güneş’ten gelen çekici bir kuvvet bulunduğunu ve bu kuvvetin büyüklüğünün uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğunu öne sürmüştü. Başka bir deyişle, Güneş ile başka bir cisim arasındaki uzaklık iki katına çıkarsa, aralarındaki kuvvet ilk kuvvetin yalnızca dörtte biridir. Ne var ki, bu kuralın Yer gibi büyük bir cismin yüzeyinde geçerli olabileceği bir elmanın ağaçtan düştüğünü gören Newton şu sonucu çıkardı: Elmayı Yer çekiyor olmalı ve elma yere her zaman dik düştüğüne göre, düşüş yönü Yer’in merkezine doğruydu. Bu yüzden Yer ile elma arasındaki çekim kuvveti, Yer’in merkezinden kaynaklanıyormuş gibi hareket etmelidir. Bu düşünceler, Güneş’i ve gezegenleri büyük kütleli küçük noktalar şeklinde ele almanın yolunu açtı. Newton, elmayı düşüren kuvvetin gezegenleri yörüngelerinde tutan kuvvetlerden farklı olduğunu düşünmek için hiçbir neden görmüyordu. Bu nedenle kütleçekim evrensel bir kuvvetti.

Newton’ın kütleçekim teorisi düşen cisimlere uygulanırsa, Yer’in kütlesi M1’dir, düşen nesnenin kütlesi için M2’dir. Bu durumda bir nesnenin kütlesi ne kadar büyükse, onu aşağı çeken kuvvet de o kadar büyüktür. Ne var ki, Newton’ın İkinci Yasasına göre, eğer kuvvet aynıysa daha büyük bir kütle daha küçük bir kütle kadar çabuk ivme kazanmaz. Bu yüzden daha büyük kütlenin ivme kazanması için daha büyük kuvvete ihtiyaç vardır ve işleri karıştıran hava direnci gibi başka kuvvetler olmadığı sürece, bütün nesneler aynı hızda düşer. Hava direnci olmasa, bir çekiç ile bir tüy aynı hızda düşer. – Apollo 15 seferi sırasında bu deneyi Ay’ın yüzeyinde gerçekleştiren astronot Dave Scott’un 1971’de kanıtladığı bir olgu.

Dave Scott

Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’nın erken bir taslağında yörüngeleri açıklamak için bir düşünce deneyi tasvir etti. Çok yüksek bir dağın üzerinde giderek artan hızlarda gülle atışı yapan bir top hayal etti. Ateşlenen güllenin hızı ne kadar yüksekse, gülle o kadar uzakta yere düşer. Yeterince hızlı fırlatılırsa yere düşmez, tekrar dağın tepesine gelinceye kadar Yer’in etrafında yoluna devam eder. Aynı şekilde, doğru hızda yörüngesine fırlatılan bir uydu da Yer’in etrafında dönmeye devam edecektir. Yer’in çekimi uyduya sürekli hız kazandırır. Sabit bir hızda hareket eder, ama yönü sürekli değişiyor, düz bir çizgide uzaya savrulmak yerine gezegenin etrafında dolanır. Bu durumda Yer’in kütleçekimi uydunun hızını değil, yalnızca hız yöneyinin yönünü değiştirir.

Newton düşünce deneyi
Newton’ın düşünce deneyi, yüksek bir dağdan yatay ateşlenen bir topu tasvir etmekteydi. Top güllesini atan kuvvet ne kadar büyükse, o kadar uzağa düşer. Yeterince güçlü atılırsa, gezegenin etrafında dönüp dağa geri döner.

Düşünceleri Yayımlamak

1684’te Robert Hooke, gezegen deviniminin yasalarını keşfettiğini arkadaşları Edmond Halley ve Christopher Wren’e övünerek anlattı. Halley, Newton’un da arkadaşıydı ve bunu ona sordu. Newton sorunu daha önce çözdüğünü, notlarını kaybettiğini söyledi. Halley, Newton’ı çalışmayı yeniden yapmaya teşvik etti ve bunun sonucunda, 1684’te Kraliyet Derneğine gönderilen kısa bir el yazması olan Cisimlerin Bir Yörüngede Devinimi Üzerine’yi çıkardı. Bu tebliğde Newton, Kepler’in tarif ettiği gezegenlerin eliptik deviniminin her şeyi Güneş’e doğru çeken bir kuvvetten kaynaklandığını gösterdi; buradaki kuvvet, cisimler arasındaki mesafeyle ters orantılıydı. Newton üç cilt halinde yayımlanan ve diğer şeylerin yanı sıra Evrensel Kütleçekim Yasası ile Newton’ın Üç Hareket Yasasını da içeren Principia Mathematica’da o çalışmasını genişletti, hareket ve kuvvetle ilgili diğer çalışmalarını da ekledi. Kitaplar Latince yazıldı ve Principia Mathematica’nın üçüncü baskısını esas alan ilk İngilizce çeviri 1729’da yayımlandı.

Principia Mathematica

Hooke’un Newton’ın ışık teorisine yönelttiği eleştiriler nedeniyle Hooke ile Newton’ın arası zaten açıktı. Ne var ki, Newton’ın yayımından sonra, Hooke’un gezegen devinimine ilişkin çalışmalarının çoğu gölgede kaldı. Ama Hooke böyle bir yasayı öne süren tek kişi değildi ve işe yaradığını da kanıtlamamıştı. Newton, kendi Evrensel Kütleçekim Yasasının ve hareket yasalarının gezegenlerin ve kuyrukluyıldızların yörüngelerini açıklamak için matematiksel olarak kullanılabildiğini ve bu açıklamaların gözlemlere uyduğunu göstermişti.

Kuşkulu Kabul

Newton’ın kütleçekimle ilgili düşünceleri her yerde iyi karşılanmadı. Newton’ın kütleçekim kuvvetinin “uzaktan etki”si, nasıl ve neden gerçekleştiğini açıklamanın bir yolu olmadığı için, “okült” bir düşünce olarak görüldü. Newton, kütleçekimin doğası üzerine yorumda bulunmak istemedi. Ona göre ters-kare çekim düşüncesinin gezegen devinimlerini açıklayabildiğini ve dolayısıyla matematiğin doğru olduğunu göstermiş olması yeterliydi. Bununla birlikte, Newton’ın yasaları o kadar çok olguyu açıklıyordu ki, kısa sürede yaygın kabul gördü ve bugün uluslararası kullanılan kuvvet birimi, onun adıyla anılır.

Newton yasaları, 1066’da göründükten sonra Bayeux İşlemesi’nde gösterilen Halley kuyrukluyıldızı gibi gök cisimlerinin yörüngelerini hesaplama aletlerini sağladı.

Denklem Kullanmak

Edmond Halley; Newton’ın denklemlerini kullanarak, 1682’de görülen bir kuyrukluyıldızın yörüngesini hesapladı ve 1531 ile 1607’de gözlemlenen kuyrukluyıldızla aynı olduğunu gösterdi. Bu kuyrukluyıldıza şimdi Halley kuyrukluyıldızı deniliyor. Halley, 1758’de – ölümünden 16 yıl sonra – geri geleceğini başarılı bir biçimde öngördü

Kuyrukluyıldızların Güneş’in etrafında döndüğü ilk kez gösterilmişti. Halley kuyrukluyıldızı her 75-76 yılda bir Yer’in yakınından geçer ve 1066’da Güney İngiltere’de Hastings Savaşı’ndan önce görülen kuyrukluyıldız da oydu.

Denklemler yeni bir gezegenin keşfedilmesinde de kullanıldı. Uranüs Güneş’in yedinci gezegenidir ve 1781’de William Herschel tarafından gezegen olarak tanımlandı. Herschel gezegeni, gece gökyüzünde gözlem yaparken tesadüfen buldu. Daha ileri Uranüs gözlemleri astronomların yörüngesini hesaplamalarına ve gelecek tarihlerde nerede gözlenebileceğini öngören cetveller üretmelerine olanak verdi. Ne var ki, bu öngörüler her zaman doğru çıkmadı ve Uranüs’ün ötesinde kütleçekimle Uranüs’ün yörüngesini etkileyen başka bir gezegen olması gerektiği düşüncesine yol açtı. 1845’e gelindiğinde astronomlar bu sekizinci gezegenin gökyüzünde nerede olması gerektiğini hesaplamıştı ve 1846’da Neptün keşfedildi.

Teorinin Sorunları

Eliptik yörüngeli bir gezegenin güneşe en fazla yaklaştığı noktaya günberi denilir. Güneş’in etrafında dönen yalnızca bir gezegen olsaydı, yörüngesinin günberisi aynı yerde kalırdı. Ne var ki, Güneş Sistemimizdeki bütün gezegenler birbirlerini etkiler, bu yüzden günberiler Güneş’in etrafında yalpalar (döner). Bütün gezegenler gibi Merkür’ ün günberisi de yalpalar, ama yalpalama, Newton denklemleri kullanılarak tam açıklanamaz. Bu, 1859’da bir sorun olarak kabul edildi. 50 yıldan fazla bir süre sonra Albert Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi kütleçekimi uzayzaman eğriliğinin bir etkisi olarak tarif etti ve bu teoriye dayanan hesaplamalar, Merkür yörüngesinin gözlemlenen yalpalamasını ve Newton’ın yasalarına bağlı olmayan diğer gözlemleri açıklar.

Genel Görelilik Teorisi
Merkür’ün yörüngesinin yalpalaması (dönme ekseninde değişme), Newton yasalarıyla açıklanamayan ilk olguydu.

Bugün Newton Yasaları

Newton yasaları, “klasik mekanik” denilen şeyin – hareket ve kuvvetin etkilerini hesaplamak için kullanılan bir dizi denklem – temelini oluşturur. Bu yasalar, Einstein’ın görelilik teorilerine dayanan denklemlerle aşılmış olmalarına rağmen, söz konusu hareket ışık hızına kıyasla küçük olduğu sürece iki yasa kümesi hemfikirdir. Bu yüzden, uçakların ve arabaların tasarımında ya da bir gökdelenin bileşenlerinin ne kadar güçlü olması gerektiğini ortaya çıkarmada kullanılan hesaplamalar için, klasik mekaniğin denklemleri hem yeterince doğrudur hem kullanımı daha kolaydır. Newton mekaniği harfi harfine doğru olmayabilir, ama hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

newton

Isaac Newton Kimdir?

1642’de Noel Günü doğan Isaac Newton, 1665’te mezun olduğu Cambridge’deki Trinity College’de okumadan önce, Grantham’da okula gitti. Ömrü süresince Newton Cambridge’de matematik profesörü, Kraliyet Darphanesi müdürü, Cambridge Üniversitesinin parlamento temsilcisi ve Kraliyet Derneği başkanı oldu. Newton, Hooke’la anlaşmazlığının yanı sıra, Alman matematikçi Gottfried Leibnitz’le de kalkülüsün geliştirilmesinde öncelik konusunda bir kan davası güttü.

Newton bilimsel çalışmalarına ek olarak, simya araştırmalarına ve Kitabı Mukaddes yorumlarına da epeyce zaman harcadı. İnançlı ama alışılmışın dışında bir Hristiyan olan Newton, üstlendiği bazı görevler gerektirmesine rağmen, rahip olarak atanmaktan sakınmayı başardı.

Kütleçekim Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1543 – Nicolaus Copernicus gezegenlerin Yer’in etrafında değil, Güneş’in etrafında döndüklerini öne sürer.

1609 – Johannes Kepler, gezegenlerin Güneş’in etrafında eliptik yörüngelerde serbestçe dolaştıklarını öne sürer.

1610 – Galileo’nun astronomik gözlemleri Copernicus’un görüşlerini destekler.

1846 – Matematikçi Urbain Le Verrier; Newton’ın yasalarını kullanıp Neptün’ün nerede olması gerektiğini hesapladıktan sonra, Johann Gaile gezegeni keşfeder.

1859 – Le Verrier, Newtoncı mekaniğin Merkür’ün yörüngesini açıklanmadığını bildirir.

1915 – Genel görelilik teorisiyle Albert Einstein kütleçekimi, uzay-zaman eğriliği bakımından açıklar.

Yerçekimi ya da kütle çekimi; evrendeki her cismin diğer her bir cisim üzerinde uyguladığı çekim kuvvetidir. Ve uzayda da bol miktarda yerçekimi vardır!

Bir cisim ne kadar büyük ve yakınsa, kütle çekimi de o kadar fazladır. Dünya çok büyük ve size çok yakındır, bu nedenle de üzerinizde yoğun bir yerçekimi etkisi vardır; sizi yere doğru çeker ve uzaya doğru uçup gitmenizi engeller. Bu kuvvete ağırlık denir.

yer çekimi

Diğer şeylerin de üzerinizde az çok kütle çekimi etkisi vardır: söz gelimi Ay da sizi çeker ama bu kuvvet fark edebileceğiniz kadar fazla değildir. Ay, Dünya üzerindeki okyanusları da kendine çekerek, gelgitlere neden olur.

Fakat kütle çekimi sadece Dünya’da değil, uzayda da vardır. Güneş sistemimizde, devasa Güneşimizin kütle çekimi Dünya’yı ve diğer gezegenleri yörüngelerinde tutacak kadar güçlüdür; aynı şekilde Dünya’nın uyguladığı yerçekimi de Ay’ı yörüngede tutar.

gezegen yerçekimi

Peki madem Dünya’nın yerçekimi Ay’a, hatta ötesine ulaşabiliyor, o zaman neden astronotlar uzay aracının içinde Dünya’nın etrafında dolanırken bu çekimi hissedemiyorlar? Neden yörüngedeyken “ağırlıksız” oluyoruz?

Bu sorunun yanıtı biraz saşırtıcı: Yörüngedeyken, Dünya’nın yerçekimi etkisiyle aslında Dünya’ya doğru düşersiniz. Düşmekte olduğunuz için de herhangi bir şeyin üzerinde durmazsınız ve bu nedenle ayaklarınız ve bacaklarınız üzerinde ağırlığınızı hissetmezsiniz.

astronot

Uzay aracı içinde yörüngede dolanırken yere çarpmamanızın nedeni Dünya’nın etrafında düşüyor olmanızdır. Saatte 28.000 kilometre hızla gittiğinizi unutmayın; bu o kadar yüksek bir hız ki, siz Dünya’ya doğru düşerken, o da ayağınızın altından aynı derecede hızlı kayar.

NASA astronotu Dr. Nicholas J.M. Patrick; Discovery ve Endeavour adlı uzay araçlarında ve Uluslararası Uzay İstasyonu’nda olduğu dönemde haftalarca ağırlıksızlığı yaşadığını söylüyor. “-İşimiz olmadığı zamanlarda manzaranın keyfini çıkarır, havada süzülme pratiği yapardık. Biraz pratik yaparak uzay istasyonunun ortasında, havada dakikalarca hareketsiz kalabilirsiniz: ta ki havalandırmadan gelen hafif bir esinti sizi yavaşca savurana dek!”

Portekizli kaşif Ferdinand Macellan’ın yelken açıp, boşluğa düşmeden dünyanın etrafını dolandığı 1519 yılından beri Dünya’nın yuvarlak olduğunu biliyoruz. Sonrasında elbette Dünya’yı uzaydan da gördük; önce uydular aracılığıyla, sonra da uzaya giden insanlar sayesinde.

1961 yılında Yuri Gagarin, 108 dakikalık bir yolculukla Dünya etrafında uçan ilk insan oldu. Bunu izleyen 10 yıl içinde toplam 24 astronot Ay’a gitti ve oradan, yani 400 bin kilometre öteden baktıklarında, yaşadıkları yuva olan mavi gezegeni kendi gözleriyle görebildiler.

Dünya, Ay ve insansız uzay araçlarıyla güneş sistemimizde incelediğimiz her gezegen yuvarlak, yani küreseldir.

Gezegenler

Bütün gezegenlerin neden yuvarlak olduğunu anlamak için, zaman içinde geriye gitmemiz gerek. Dünya ve Güneş’in henüz var olmadığı zamanlara. Kendimizi uzayda, bir gaz ve toz bulutunun üzerinde sürüklenirken buluyoruz. Bu bulut gerçekten de çok büyük. Öyle uçsuz bucaksız ki nerede başlayıp nerede bittiğini göremiyoruz. Büyük oranda hidrojen ve helyum gazlarından oluşmuş; birkaç başka element ve kimyasal bileşik daha içeriyor.

Şimdi zamanı yeniden ileriye doğru sarmaya başlıyoruz; bulutun içinde bir şok dalgasının yayıldığını görüyoruz. Şok dalgası, ömrünün sonuna gelen yakın bir yıldızın patlaması sonucunda gelişti. Dalga bulutun içinden geçen toz ve gazları sıkıştırıyor, karıştırıyor ve ardında girdap gibi dönen geniş alanlar bırakarak ilerliyor.

Bu dönüp duran gaz ve toz bölgeleri, çevrelerini saran alandan biraz daha yoğun ve bu alanlar giderek daha fazla maddeyi kendine doğru çekmeye başlıyor. Oluşan bu çekim kuvvetine yerçekimi diyoruz. Kendi etrafında dönen bu yığınlar büyüdükçe çekim gücü de artıyor. Hızla büyüyorlar, bazıları çarpışarak birbirine doğru çekiliyor ve dönen daha da büyük yığınlar oluşturuyorlar. Her birinin merkezinde, bütün yönlere doğru eşit çekim uygulayan ve giderek artan yerçekimi kuvvetleri, bu genç gezegenlerin küresel bir şekil almasını sağlıyor.

Üzerinde yaşadığınız gezegenden de gayet iyi bildiğiniz gibi, gezegenler düz yüzeyli küreler değildir. Dünya yüzeyi, üzerindeki dağlar ve vadilerden ötürü girintili çıkıntılıdır. Ama şunu da fark etmiş olmalısınız ki, uzaya kadar uzanan dağlar yok. Merkeze doğru her yönde eşit çekim gücü gösteren yerçekimi kuvveti, haddinden fazla büyüyen dağların Dünya’nın sıcak, ağdalı iç kesimlerine doğru batmasını sağlayarak gezegeni daha düzgün bir küre olarak tutuyor.

Hemen hemen küresel demek daha doğru olur aslında. Dünya’nın boyutlarının modern yöntemlerle ölçümü, gezegenimizin aslında tam da küre şeklinde olmadığını göstermiştir. Bir gezegenin kendi etrafında dönmesi, ekvatorun yerçekiminin etkisinden biraz olsun kurtulmasını sağlar ve onu alttan üstten hafif basık bir küreye dönüştürür. Dünya için konuşacak olursak, ekvatordan geçen çap; kutuplar arası çaptan 40 kilometre uzundur.

Nicolaus Copernicus’un göksel yörüngeler üzerine 1543’te yayımlanan eseri, Güneş-merkezli bir Evren modeli için inandırıcı bir gerekçe sunduğu halde, sistemin önemli sorunları vardı. Göksel cisimlerin kristal kürelere takılı olduğuna dair eski düşüncelerden kurtulamayan Copernicus, gezegenlerin Güneş’in yörüngesinde kusursuz dairesel bir yol izlediğini söyledi ve düzensizliklerini açıklamak için modeline çeşitli karmaşıklıklar sokmak zorunda kaldı.

Nicolaus Copernicus

– Bir takımyıldızda yeni bir yıldızın doğuşu, gezegenlerin ötesindeki göklerin değişmez olmadığını gösterir.

Kuyrukluyıldız gözlemleri, gezegenlerin arasından yörüngelerini keserek geçtiklerini gösterir.

– Bu durum, göksel cisimlerin sabit göksel kürelere bağlı olmadıklarını gösterir.

– Gezegenler kürelere sabitlenmemişse, Güneş’in etrafında eliptik bir yörünge gezegenlerin gözlemlenen hareketini en iyi açıklar.

Her gezegenin yörüngesi bir elipstir.

Süpernova ve Kuyrukluyıldızlar

16. yüzyılın ikinci yarısında Danimarkalı soylu Tycho Brahe (1546 – 1601), sorunları çözmede yaşamsal oldukları anlaşılacak gözlemler yaptı. 1572’de Cassiopeia takımyıldızında görülen parlak bir süpernova patlaması, gezegenlerin ötesinde Evren’in değişmez olduğu düşüncesini zayıflattı. 1577’de Brahe, bir kuyrukluyıldızın hareketini çizdi. Kuyrukluyıldızların, Ay’dan daha yakın oldukları sanılmıştı; ama Brahe’nin gözlemleri, kuyrukluyıldızın Ay’ın epeyce ötesinde olması gerektiğini ve aslında gezegenlerin arasında dolaştığını gösterdi. Bu kanıt, “göksel küreler” düşüncesini bir darbeyle yerle bir etti. Bununla birlikte Brahe, Yer-merkezli modelinde dairesel yörüngeler düşüncesine bağlı kaldı.

Tycho Brahe

1597’de Brahe Prag’a davet edildive son yıllarını orada, İmparator II. Rudolph’un imparatorluk matematikçisi olarak geçirdi. Ölümünden sonra Brahe’nin çalışmalarını devam ettiren Alman astrolog Johannes Kepler, burada ona katıldı.

Dairelerden Kopma

Kepler, Brahe’nin gözlemlerinden yola çıkarak Mars için yeni bir yörüngeyi hesaplamaya zaten başlamış ve o sırada yörüngenin daire değil, daha çok oval (yumurta seklinde) olması gerektiği sonucuna varmıştı. Kepler oval yörüngeli güneş-merkezli bir model formüle etti; ama gözlem verilerine hala uygun değildi. 1605’te Mars’ın güney etrafındaki yörüngesinin elips – iki odak noktasından biri Güneş olan “gerilmiş bir daire” – olması gerektiği sonucuna vardı. 1609’da Astronomia Nova’sında (Yeni Astronomi) gezegen hareketinin iki yasasını açıkladı. Birinci yasaya göre, her gezegenin yörüngesi bir elipstir. İkincisine göre, bir gezegeni Güneş’e birleştiren doğru parçası eşit zaman dilimlerinde eşit alanlar tarar. Yani, gezegenlerin hızı Güneş’e yaklaştıkça artar. 1619’da üçüncü bir yasa, bir gezegen yılının Güneş’ten uzaklığıyla ilişkisini tarif etti: Bir gezegenin yörüngede dolanma süresinin (yılının) karesi, Güneş’ten uzaklığının üçüncü kuvvetiyle orantılıdır. Yani, Güneş’ten uzaklığı başka bir gezegenin uzaklığının iki katı olan bir gezegenin, yaklaşık üç kat uzun bir yılı alacaktır.

Kepler

Gezegenleri yörüngede tutan kuvvetin doğası bilinmiyordu. Kepler, manyetik kuvvet olduğuna inanmaktaydı, ama Newton 1687’de kütleçekim olduğunu gösterecekti.

Kepler’in yasalarına göre gezegenler Güneş’in etrafında eliptik bir yörüngede dolaşır ve elipsin iki odak noktasından biri Güneş’tir. Verili bir t zamanında gezegenleri Güneş’e birleştiren bir doğru parçası elipste eşit alanlar tarar.
Johannes Kepler 1

Johannes Kepler Kimdir?

Güney Almanya’da Stuttgart’a yakın Weil der Stadt kentinde 1571’de doğan Johannes Kepler, küçük bir çocukken 1577’nin Büyük Kuyrukluyıldızına tanık oldu ve gökyüzüne hayranlığı böyle başladı. Tübingen Üniversitesinde okurken, parlak bir matematikçi ve astrolog olarak ün kazandı. Zamanın önde gelen astronomlarıyla mektuplaştı; bunların arasında Tycho Brahe de vardı ve 1600’de Prag’a gidip Brahe’nin öğrencisi ve akademik varisi oldu. Brahe’nin 1601’de ölümünden sonra Kepler İmparatorluk Matematikçisi görevini üstlendi ve Brahe’nin üzerinde çalıştığı Rudolphine Tables’i tamamlaması istendi. Bu çalışmayı Avusturya’da, 1612’den 1630’da ölene kadar çalıştığı Linz’de tamamladı.

Rudolphine Tables

Önemli Eserleri

1596 – The Cosmic Mystery (Evrenin Gizemi)
1609 – Astronomia Nova (Yeni Gökbilim)
1619 – The Harmony of the World (Dünyanın Uyumu)
1627 – Rudolphine Tables (Rudolf Cetvelleri)

Gezegenlerin Yörüngeleri Hakkında Önemli Gelişmeler

MS 150 – İskenderiyeli Ptolemaios, Yer’in merkezde olduğu ve Güneş’in, Ay’ın, gezegenlerin ve yıldızların sabit göksel küreler üzerinde dairesel yörüngelerde Yer’in etrafında döndüğü varsayımına dayanan bir Evren modeli olan Almagest’i yayınlar.

16.yüzyıl – Güneş-merkezli bir evrenbilim fikri, Nicolaus Copernicus’un düşünceleriyle taraftar bulmaya başlar.

1639 – Jeremiah Horrocks, Kepler’in düşüncelerini kullanıp, Venüs’ün Güneş karşısında geçişini kestirir ve görür.

1687 – Isaac Newton’ın hareket ve çekim yasaları, Kepler’in yasalarına yol açan fiziksel ilkeleri açıklar.

MÖ 140 civarında, olasılıkla antik dünyanın en iyi astronomu olan Yunan astronom Hipparkhos, 850 kadar yıldızdan oluşan bir katalog hazırladı. Güneş’in ve Ay’ın hareketlerini ve tutulmaların tarihini öngörmenin yolunu da açıkladı. MS 150 civarında İskenderiyeli Ptolemaios eseri Almagest’te 1000 yıldız ve 42 takımyıldız listeledi. Bu eserin büyük bölümü, Hipparkhos’un yazdıklarının güncellenmiş bir versiyonuydu ama daha kullanışlı bir biçimde. Batıda Almagest, ortaçağ boyunca standart astronomi metni oldu. Cetvelleri, Güneş’in ve Ay’ın, gezegenlerin ve önemli yıldızların gelecekteki konumlarını, hatta ay ve güneş tutulmalarını hesaplamak için gerekli bütün bilgileri kapsamaktaydı.

Almagest

MS 120’de Çinli bilge Zhang Heng; Evrenin Ruhsal Bünyesi başlıklı bir eser çıkardı. Bu eserde “-Gök bir tavuğun yumurtasına benzer ve bir arbalet topu gibi yuvarlaktır; Yer ise bir yumurtanın sarısı gibidir, merkezde tek başına yatar. Gök büyüktür, Yer küçük.” diyordu. Bu, Hipparkhos ve Ptolemaios’ta olduğu gibi, merkezde Yer olan bir Evren’di. Zhang 2500 “parlak” yıldız ve 124 takımyıldız katalogları: “-Çok küçük yıldızlardan 11250 tane var.” diye ekledi.

Ay ve Gezegen Tutulmaları

Zhang tutulmalara hayrandı. Şöyle yazmış: “-Güneş ateş gibidir ve Ay da su gibi. Ateş ışık saçar, su ışığı yansıtır. Bu yüzden Ay’ın parlaklığı güneşin ışımasından kaynaklanır ve Ay’ın karanlığı, güneşin ışığının engellenmesi nedeniyledir. Güneş’e bakan taraf tamamen aydınlıktır, uzak olan taraf ise karanlıktır.” Zhang, araya Yer girdiği için Güneş tutulmasını da tarif etti. Gezegenlerin de “su gibi” ışığı yansıttığını, bu yüzden onların da tutulduklarını anladı. Benzer bir etki “-Bir gezegende de olunca, buna örtünme diyoruz. Ay, Güneş’in yolundan geçince, o zaman Güneş tutulması olur.”

güneş ve ay

11. yüzyılda başka bir Çinli astronom, Shen Kuo, Zhang’ın çalışmasını önemli bir konuda genişletti. Ay’ın büyümesine ve küçülmesine ilişkin gözlemleriyle gök cisimlerinin küre şeklinde olduğunu kanıtladı.

Zhang Heng Kimdir?

Zhang Heng, Han Hanedanı döneminde şimdi Henan eyaleti denilen yörede Xie kasabasında MS 78’de doğdu. 17 yaşında edebiyat okumak ve yazar olmak için evden ayrıldı. Zhang yirmili yaşlarının sonunda yetenekli bir matematikçi oldu ve İmparator An-ti’nin sarayına çağırıldı; MS 115’te İmparatorun baş astrologu olarak atandı.

Zhang, bilimde hızlı ilerlemelerin olduğu bir zamanda yaşadı. Astronomiyle ilgili çalışmalarının yanı sıra, suyla çalışan halkalı bir küre (gök cisimlerinin modeli) yaptı ve MS 138’de 400 kilometre uzaktaki bir depremi başarılı bir biçimde kaydedene kadar dalga geçilen dünyanın ilk sismometresini icat etti.

Zhang Heng sismograf

Taşıtla geçilen uzaklıkları ölçmek için ilk yol sayacını ve at arabası biçiminde, manyetik olmayan ve güneyi gösteren bir pusula da icat etti. Zhang, zamanın kültürel yaşamına ilişkin canlı içgörüler sunan saygın bir şairdi.

Zhang Heng pusula

Önemli eserleri
MS yaklaşık 120: Evrenin Ruhsal Bünyesi
MS yaklaşık 120: Ling Xian’ın Haritası

Gezegenlerin Şekilleri Hakkında Tarihi Gelişmeler

MÖ 140: Hipparkhos tutulmaları öngörmenin yolunu buluyor.

MS 150: Ptolemaios; Hipparkhos’un çalışmalarını geliştirir ve gök cisimlerinin gelecekteki konumlarını hesaplamak için pratik cetveller çıkarır.

11.Yüzyıl: Shen Kou; Rüya Havuzu Denemeleri’ni yazar. Burada Ay’ın büyümesinden ve küçülmesinden yararlanarak, bütün gök cisimlerinin küre şeklinde olduğunu gösterir.

1543: Nicolaus Copernicus; Göksel Kürelerin Dönüşleri Üzerine’yi yayımlar. Burada gün merkezli bir sistem tasvir eder.

1609: Johannes Kepler; gezegenlerin hareketini, elips şeklinde boşlukta dolaşan cisimler olarak açıklar.

Küçük Asya’da bir Yunan kolonisinde doğan Miletoslu Thales, genellikle Batı felsefesinin kurucusu olarak görülür; ama bilimin erken gelişmesinde de kilit bir şahsiyetti. Kendi zamanında matematik, fizik ve astronomi üzerine düşünceleriyle tanınırdı.

Güneş Tutulması

Thales’in en ünlü başarısı, herhalde, aynı zamanda en tartışmalı olanıdır. Olaydan yüzyılı aşkın bir süre sonra yazan Yunan tarihçi Herodotos’a göre Thales’in, Lidyalılar ile Medler arasındaki bir savaşı bitiren ve bugün MÖ 28 Mayıs 585’e tarihlenen bir Güneş tutulmasını öngördüğü söylenir.

Tartışmalı Tarih

Thales’in başarısı birkaç yüzyıl tekrarlanmayacaktı ve bilim tarihçileri bunu nasıl başardığını, hatta başarıp başarmadığını uzun süredir tartışmaktadır. Bazılarına göre Heredotos’un anlatımı hatalı ve muğlaktır; ama Thales’in becerisi yaygın bir biçimde biliniyormuş gibi görünüyor ve Heredotos’un sözlerini ihtiyatla ele almayı bilen sonraki yazarlar tarafından bir gerçek olarak kabul edildi. Doğruysa, Thales’in Ay ve Güneş’in hareketlerinde Saros döngüsü olarak bilinen ve daha sonra Yunan astronomların tutulmaları öngörmek için kullandığı 18 yıllık bir döngü keşfetmiş olması olasıdır.

saros döngüsü

Hangi yöntemi kullanmış olursa olsun, bugün Türkiye sınırları içinde bulunan Kızılırmak kıyısındaki muharebenin üzerinde Thales’in öngörüsünün dramatik bir etkisi oldu. Tutulma yalnızca muharebeye son vermekle kalmadı, Medler ile Lidyalılar arasında 15 yıldır süren bir savaşı da bitirdi.

Güneş Tutulması Hakkında Tarihçe

MÖ 2000 ‘li yıllarda Avrupa’da Stonehenge gibi anıtlar tutulmaları hesaplamak için kullanılmış olabilir.

MÖ 1800 ‘lü yıllarda Antik Babil’de astronomlar, gök cisimlerinin hareketine ilişkin ilk matematiksel tasvirleri kayda geçirir.

MÖ 140 ‘lı yıllarda Yunan astronom Hipparkhos, ay ve Güneş hareketlerinin Saros Döngüsü kullanarak tutulmaları öngören bir sistem geliştirir.

Stonehenge