Güneş’in neden sıcak olduğu sorusu binlerce yıldan beri insanların kafasını meşgul etmiştir.

Güneş

Çok eski zamanlarda insanlar Güneş’in yanan bir kömür yığını olduğunu düşünmüştür, fakat günümüzde Güneş’in büyük oranda hidrojenden meydana geldiğini ve kömür gibi yanmadığını biliyoruz. Güneş’in merkezindeki hidrojen o kadar fazla sıkışır ki, bu parçacıklar birbirine yapışarak helyum adını verdiğimiz bir başka gaza dönüşür.

Bu parçacıkların sıkışması sonucunda, Güneş’in parlak ve sıcak olmasını sağlayan enerjinin açığa çıktığını ilk çözen Albert Einstein’dı. Güneş’in merkezinde sıcaklık 15 milyon santigrat dereceyken, yüzeyindeki sıcaklık çok daha düşük olup 5700 santigrat derecedir. Su, 100 santigrat derecede buharlaştığına göre, Güneş’in ne kadar sıcak olduğunu varın siz tahmin edin.

Güneş Katmanları

Günümüzde, uzaydaki teleskoplar yardımıyla Güneş’i ayrıntılı olarak inceleyebiliyor, Güneş’in şaşırtıcı derecede sıcak (1 milyon santigrat derece), hatta yüzeyinden çok daha sıcak bir atmosferi olduğunu anlıyoruz. Güneş’in yüzeyinden kaynaklanan ısı bu denli sıcak bir atmosfer yaratamayacağına göre, sözünü ettiğim durum gerçekten de şaşırtıcı.

Atmosferdeki sıcak gazlar, X ışınları ve morötesi ışıkta çok parlak gözükür. X ışınları ve morötesi ışığı görebilen uzay teleskopları, atmosferin, bu gazlar arasından geçen çok yoğun manyetik alanlar sayesinde bu denli sıcak olduğunu anlamamızı sağlamıştır. Güneş Dinamikleri Gözlemevi, SOHO ve Hinode gibi uzay araçları sayesinde, bu manyetik alanların sürekli hareket halinde olduğunu, dalgalar halinde yayıldığını ve meydana gelen güç patlamalarının Güneş’in atmosferindeki gazları 1 milyon santigrat dereceye kadar ısıttığını biliyoruz.

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.

1754’te Joseph Black, bizim şimdi karbondioksit (CO2) dediğimiz şeyi “sabit hava” olarak tarif etmişti. Bir gazı saptayan ilk bilim insanı olmanın yanı sıra, çeşitli “hava” türlerinin, yani gazların varlığını da gösterdi.

On iki yıl sonra Henry Cavendish adlı İngiliz bilim insanı, çinko, demir ve kalay gibi metallerin “asitlerdeki çözeltiyle yanar hava ürettiklerini” Londra’da Kraliyet Derneğine bildirdi. Bu yeni gaza, sıradan ya da “sabit hava” dan farklı olarak kolay yandığı için “yanar hava” dedi. Bugün biz ona hidrojen (H2) diyoruz. Bu, saptanan ikinci gaz ve yalıtılan ilk gaz elementti. Cavendish, çinko-asit karışımının tepkime sırasındaki ağırlık kaybını ölçerek ve çıkan bütün gazları bir torbada toplayıp tartarak – önce gazla dolu sonra boş – bir gaz örneğinin ağırlığını ölçmeye koyuldu. Gazın hacmini bildiği için yoğunluğunu hesaplayabilirdi. Yanar havanın, sıradan havadan 11 kat daha az yoğun olduğunu buldu.

Henry Cavendish deneyleri

Düşük yoğunluklu gazın keşfi, havadan daha hafif olan uçan balonlara yol açtı. 1763’te Fransa’da mucit Jacques Charles ilk hidrojen balonunu uçurdu ve iki haftadan daha kısa bir süre sonra Montgolfier Kardeşler ilk insanlı sıcak-hava balonunu uçurdu.

hidrojen balonu
İlk hidrojen balonunun esin kaynağı Cavendish’ti ve büyük bir kalabalık tarafından alkışlandı. Günümüzde patlayıcı hidrojen yerine helyum kullanır.

Patlayıcı Keşifler

Cavendish kendi gazının ölçülmüş örnekleri ile bilinen hacimlerde havayı şişelerde karıştırdı ve şişelerin kapakların açıp, yakılmış kağıt parçalarıyla karışımları tutuşturdu. Bir birim hidrojen ile dokuz birim hava karışımında yavaş, sakin bir yanma olduğunu; hidrojen miktarının artmasıyla birlikte karışımın artan bir şiddetle patladığını; ama %100 hidrojenin tutuşmadığını gördü. Simyadan kalan ve yanma sırasında ateş benzeri bir elementin (“filojiston”) serbest kaldığını ifade eden köhne bir fikir, Cavendish’in düşüncesini sakatlamaktaydı. Bununla birlikte, deneylerinde ve raporlarında titizdi: “Öyle görünüyor ki, 423 ölçü yanar hava 1000 ölçü sıradan havayı filojistonlaştırmaya neredeyse yeter; patlamadan sonra kalan havanın miktarı, kullanılan sıradan havanın beşte dördünden biraz fazladır. Yanar havanın neredeyse tamamı ile sıradan havanın yaklaşık beşte birinin… yoğunlaşıp camı sıvayan çiğe dönüştüğü… sonucuna varabiliriz.”

Suyu Tanımlamak

Cavendish “filojistonlaştırma” terimini kullanmasına rağmen, çıkan tek yeni malzemenin su olduğunu kanıtlamayı başardı ve iki ölçek yanar havanın bir ölçek oksijenle birleştiği sonucunu çıkardı. Başka bir deyişle, suyun bileşimin H2O olduğunu gösterdi. Bulgularını Joseph Priestley’e bildirmesine rağmen, Cavendish sonuçları yayınlama konusunda o kadar çekingendi ki, arkadaşı İskoç mühendis James Watt 1763’te formülü ilan eden ilk kişi oldu. Bilime birçok katkısı arasında Cavendish havanın bileşimini de “dört parça filojistonlaşmış havayla (nitrojen) karıştırılmış bir parça filojistonsuzlaşmış hava (oksijen)” olarak hesapladı. Bu iki gazın Yer atmosferinin %99’unu oluşturduğunu bugün biliyoruz.

gazlar

Henry Cavendish Kimdir?

18. yüzyıl kimyasının ve fiziğinin en garip ve en parlak öncülerinden biri olan Hanry Cavendish 1731’de Fransa Nice’de doğdu. Her iki dedesi de düktü ve çok zengindi. Cambridge Üniversitesinde okuduktan sonra, Londra’daki evinde tek başına yaşadı ve çalıştı. Çok az konuşan ve kadınlardan utanan bir kişiydi; hizmetçilerine not bırakarak yemek siparişlerini verdiği söyleniyordu.

Henry Cavendish

Cavendish yaklaşık 40 yıl boyunca Kraliyet Derneğinin toplantılarına katıldı ve Royal Institution’da Humphry Davy’e yardım etti. Kimya ve elektrik alanında önemli özgün araştırmalar yaptı, ısının doğasını doğru bir biçimde tarif etti ve Yer’in yoğunluğunu ölçtü ya da halkın dediği şekliyle, “dünyayı tarttı“. 1810’da öldü. 1874’te Cambridge Üniversitesi, yeni fizik laboratuvarına onun adını verdi.

1661 – Robert Boyle bir element tanımlayıp, modern kimyanın temellerini atar.

1754 – Joseph Black, “sabit hava” dediği bir gazı, karbondioksiti saptar.

1772-75 – Joseph Priestley ve (ondan bağımsız) İsveçli Carl Wilhelm Scheele oksijeni yalıtır; onları gaza adını veren Antoine Lavoisier izler. Priestley de nitrik oksidi, azot oksidi ve hidrojen kloridi keşfeder, oksijen soluma ve gazoz yapma deneyleri gerçekleştirir.

1799 – Humphry Davy, azot oksidin ameliyatta bir anestetik olarak yararlı olabildiğini öne sürer.

1844 – Amerikalı dişçi Horace Wells anestezi için ilk kez azot oksit kullanır.