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!”

Bilimciler, evrenin Büyük Patlama’dan sonra oluştuğunu düşündüren kanıtlar elde etmiştir. Günümüzdeki galak­silerin, yıldızların ve gezegenlerin en küçük parçaları bu patlamadan sonra aniden ortaya çıkmıştır.

Aslında uzay da Büyük Patlama’nın ardından oluştu. Daha da garip olan, Büyük Patlama zamanı da yarattı. Evren büyük bir patlama ile başladığı için o günden bu yana genişlemekte. Bu da, galaksilerin birbirinden gide­rek uzaklaştığı ve gelecekte daha da uzaklaşacağı anla­mına geliyor.

Fakat yerçekimi kuvveti bunu değiştirebilir. Yerçekimi, her şeyi birbirine çekerek bir arada tutmaya çalışan bir kuvvettir. İşte bu yüzden, düştüğünüz zaman Dünya’dan uzaklaşacak şekilde yukarı doğru değil de, Dünya’ya çekilerek aşağı doğru düşersiniz.

Yerçekimi, sizi Dünya’ya doğru çeker. Yerçekimi, evrendeki her parçanın birbirine doğru çekilmesini sağlar. Bu nedenle, uzak ge­lecekte yerçekiminin, evrenin genişlemesini yavaşlatması, durdurması, hatta geriye döndürmesi olası gözükmektedir. Bu da, evrenin küçülmeye başlayacağı anlamına gelir.

Bir kurama göre, çok çok uzak bir gelecekte evren, Büyük Patlama’nın tam tersi olan Büyük Çöküş’ün etkisi altında kalabilir. Bu da Büyük Geri Tepme’ye, ardından bir başka Büyük Patlama’ya yol açabilir ve bu böyle sürüp gider.

Böylece evrenin tarihi Büyük Patlama, Büyük Genişleme, Büyük Duraklama, Büyük Büzüşme, Büyük Çökme, Büyük Geri Tepme, Büyük Patlama… dönemlerinden oluşur.

Anlayacağınız, evren aslında yoktan var olmamış, daha eski bir evrenin çökmesinin ardından oluşmuş olabilir. İçinde yaşadığımız evren, daha önceki evrenin geri dönüşüme uğramış hali sayılabilir.

Ne yazık ki, geri dönüşüme uğrayan evren kuramının doğru olduğunu gösteren pek fazla kanıt yok. Hatta tam tersine, evrenin genişlemesinin geri dönüşsüz olduğunu gösteren bazı kanıtlar var. Bilimciler bu gizemi çözmek için araştırmalara devam ediyor.

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.

Işığın rengi frekansına, yani saniyedeki dalga sayısına bağlıdır. Bize doğru gelen bir şey dalga yayıyorsa, ikinci dalga birinci dalgadan daha kısa bir yol alır; dolayısıyla, kaynak durağan olsaydı olacak olandan daha kısa sürede bize ulaşır. Bu yüzden kaynak ile alıcı birbirine yaklaşırsa dalga frekansı artar, uzaklaşırsa azalır. Bu etki, ses de dahil olmak üzere bütün dalga tipleri için geçerlidir ve bir ambulans geçerken değişen siren perdesinden sorumludur.

Pek çok yıldız çıplak göze beyaz görünür ama teleskopla bakılınca birçoğu kırmızı, sarı ya da mavi görülebilir. 1842’de Christian Andreas Doppler adlı Avusturyalı bir fizikçi, bazı yıldızların kızıl renginin Yer’den uzaklaşmalarından kaynaklandığını ortaya koydu; Yer’den uzaklaşma o yıldızların ışığını daha uzun dalga boylarına kaydırıyordu. Görünür ışığın en uzun dalga boyu kızıl olduğu için, bu durum kızıla kayma olarak anıldı.

Şimdi yıldızların renginin esas olarak sıcaklıklarından kaynaklandığı biliniyor (yıldız ne kadar sıcaksa o kadar mavi görünür); ama bazı yıldızların hareketi, Doppler etkisiyle saptanabilir. Çift yıldızlar birbirinin etrafında dönen iki yıldızdır. Dönüşleri, yaydıkları ışıkta almaşık bir kızıla kaymaya ve maviye kaymaya neden olur.

Çift Yıldızlar Hakkında Tarihsel Görüşler

1677 – Ole R0mer, Jüpiter”in uydularını inceleyerek ışığın hızını hesaplar.

1840’lar – Felemenkli meteorolog Christophorus Buys Ballot, Doppler etkisini ses dalgalarına, Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau elektromanyetik dalgalara uygular.

1868 – Britanyalı astronom William Huggins bir yıldızın hız yöneyini bulmak için kızıla kaymayı kullanır.

1929 – Edwin Hubble galaksilerin kızıla kaymasını Yer’den uzaklıklarına bağlar ve Evren’in genişlediğini gösterir.

1988 – Güneş sistemi dışındaki ilk gezegen, etrafında döndüğü yıldızdan gelen ışığın Doppler etkisi kullanılarak saptanır. Gezegenin kütleçekimi dönüşünü bozduğu için yıldız “yalpalıyor” gibi görünür.

17. yüzyılda Isaac Newton “Yer’i tartma”nın – ya da Yer’in yoğunluğunu hesaplamanın – yöntemlerini önermişti. Bu yöntemlerden biri, bir dağın kütleçekimin onu düşeyden ne kadar uzağa çektiğini bulmak için bir çekül ipinin dağın her tarafındaki açısını ölçmeyi gerektiriyordu. Bu sapma, çekül doğrusu astronomik yöntemler kullanılarak hesaplanan bir düşeyle karşılaştırılarak hesaplanabilirdi. Dağın yoğunluğu ve hacmi belirlenebilse, o zaman buna bağlı olarak Yer’in yoğunluğu da belirlenebilirdi. Ne var ki, Newton’ın kendisi de, sapmanın o günün aletleriyle ölçülemeyecek kadar küçük olacağını düşündüğü için, bu düşünceye aldırış etmedi.

Chimborazo Dağı

1738’de Fransız astronom Pierre Bouguer, deneyi Ekvador’da Chimborazo’nun yamaçlarında yapmaya çalıştı. Ne var ki, hava durumu ve yükseklik sorunlara neden oldu ve Bouguer ölçümlerinin doğru olmadığını düşündü. 1772’de Nevil Maskelyne, Londra Royal Society’ye deneyin Britanya’da yapılabileceğini önerdi. Society kabul etti ve bir yerölçümcüyü uygun bir dağ seçmeye gönderdi. Maskelyne İskoçya’da Schiehallion’u seçti ve dağın her iki tarafından neredeyse dört ay gözlem yaparak geçirdi.

Schiehallion Dağı
Schiehallion, şekli simetrik ve yalıtık olduğu (bu nedenle diğer dağların kütleçekiminden daha az etkilendiği) için bu deney yeri olarak seçildi.

Kayaçların Yoğunluğu

Çekülün yıldızlara göre yönelimi, yükseklik farkından ötürü, herhangi bir kütleçekim etkisi olmasa bile, iki istasyonda farklı olmalıydı. Ne var ki, bu hesaba katıldığında bile, hala 11,6 saniyelik bir yay farkı (0,003 derecenin biraz üstünde) vardı. Maskelyne dağın şeklinin bir etüdünü ve kayaçlarının yoğunluk ölçümünü kullanıp, Schiehallion’un kütlesini çıkardı. Bütün Yer’in Schiehallion’la aynı yoğunlukta olduğunu varsayıyordu; ama çekül sapması, beklediğinin yarısından az bir ölçülen değer gösterdi. Maskelyne yoğunluk varsayımının doğru olmadığını anladı. Yer’in yoğunluğu, olasılıkla metalik bir çekirdeğe sahip olduğu için, yüzey yoğunluğundan fazlaydı. Fiilen gözlemlenen açı kullanılıp, Yer’in genel yoğunluğunun Schiehallion kayaçlarının yaklaşık iki katı olduğu çıkarıldı.

Bu sonuç, İngiliz astronom Edmond Halley’in savunduğu ve Yer’in içinin boş olduğunu söyleyen teoriyi çürüttü. Yer’in hacminden ve ortalama yoğunluğundan kütlesini çıkarmaya da olanak verdi. Maskelyne’in Yer’in genel yoğunluğu için bulduğu değer 4500 kg/m3’tü. Bugün kabul edilen değer 5,515 kg/m3’le karşılaştırıldığında, Yer’in yoğunluğunu yüzde 20’den az bir hatayla hesaplamış ve süreç içinde Newton’ın kütleçekim yasasını kanıtlamıştı.

Nevil Maskelyne Kimdir?

1732’de Londra’da doğan Nevil Maskelyne okulda astronomiye merak saldı. Cambridge Üniversitesinden mezun olup rahip olarak atandıktan sonra, 1758’de Kraliyet Derneği üyesi oldu ve 1765’ten ölünceye kadar Kraliyet Astronomu oldu.

Nevil Maskelyne

1761’de Kraliyet Derneği, Maskelyne’ı Atlantik adası St. Helena’ya Venüs geçişini gözlemlemeye gönderdi. Gezegen Güneş eğrisinden geçerken alınan ölçümler, astronomların Yer ile Güneş arasındaki mesafeyi hesaplamalarına olanak verdi. Denizdeyken boylam ölçme sorununu – o zamanın önemli bir sorunu – çözmeye de çok zaman harcadı. Yöntemi, ay ile verili bir yıldız arasındaki mesafeyi dikkatli bir biçimde ölçmeyi ve yayımlanmış cetvellere başvurmayı kapsamaktaydı.

Önemli Eserleri:

1764 – Astronomical Observations Made at the Island of St. Helena
1775 – An Account of Observations Made on the Mountain Schiehallion for Finding its Attraction

Yer’in Yoğunluğu Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1687 – Isaac Newton; Yer’in yoğunluğu ölçmek için deneyler önerdiği Principia’yı yayımlar.

1692 – Yer’in manyetik alanını açıklamaya çalışan Edmond Halley, gezegenin eşmerkezli üç boş küreden oluştuğunu öne sürer.

1738 – Pierre Bouguer, Ekvador’da bir volkan olan Chimborazo’da Newton’ın deneyini yapmaya kalkışır ve başarılı olmaz.

1798 – Henry Cavendish Yer’in yoğunluğunu hesaplamak için farklı bir yöntem kullanır ve 5448 kg/m3 olduğunu bulur.

1854 – George Biddell Airy, bir madende sarkaç kullanarak Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkarır.

İngiliz bilgin John Michell, 1783’te Royal Society’de Henry Cavendish’e yazdığı bir mektupta, kütleçekimin etkisiyle ilgili düşüncelerini açıklar. Mektup 1970’lerde yeniden keşfedildi ve kara deliklere ilişkin dikkate değer bir açıklama içerdiği görüldü. Newton’ın kütleçekim yasasına göre, bir nesnenin kütleçekim kuvveti kütlesiyle birlikte artar. Michell, kütleçekimden etkilenen ışığa ne olabileceğini ele aldı. Şöyle yazıyordu: “Güneşle aynı yoğunlukta bir kürenin yarıçapı l’e 500 oranında azalsaydı, sonsuz yükseklikten ona doğru düşen bir cisim, yüzeyinde ışığınkinden daha büyük bir hız kazanırdı ve dolayısıyla, ışığın aynı kuvvet tarafından çekildiğini varsayarsak… böyle bir cisimden yayılan her ışık ona dönecek şekilde olurdu.” 1796’da Fransız matematikçi Pierre-Simon Laplace, Exposition du Systeme du Monde‘de benzer bir düşünceyle ortaya çıktı.

Ne var ki, 1915’te Albert Einstein genel görelilik üzerine yazısında kütleçekimi uzay-zaman eğrilmesinin bir sonucu olarak açıklayana kadar, kara delik düşüncesi uykuda yatacaktı. Einstein, maddenin uzay-zamanı kendi etrafına nasıl sarıp, Schwarzschild yarıçapı ya da olay ufku denilen bir bölgede kara delik meydana getirdiğini gösterdi. Madde – ışık da – kara deliğin içine girebilir, ama çıkamaz. Bu resimde ışığın hızı değişmez. Aksine, ışığın içinden geçtiği uzay değişir; ama Michell’in sezgisinin bir mekanizması vardı ve ona göre ışığın hızı, en azından azalır gibi görünürdü.

karadelik
Madde soğurulmadan önce halka şeklinde bir “yığılma diski”ndeki bir kara deliğin etrafında girdap yaparak döner. Girdap diskindeki ısı deliğin enerji – dar X-ışını demetleri olarak – yaymasına neden olur.

Teoriden Gerçekliğe

Einstein’ın kendisi de kara deliklerin gerçekte var olup olmadıklarından kuşkuluydu. Ancak 1960’larda varlıklarına ilişkin dolaysız kanıtlar arttıkça genel kabul görmeye başladılar. Bugün pek çok evrenbilimci kara deliklerin, büyük yıldızlar kendi kütleçekimleri altında çökünce oluştuklarını, daha fazla madde emdikçe büyüdüklerini ve her galaksinin merkezide dev bir kara deliğin pusuda yattığını düşünür. Kara delikler maddeyi içine çeker; Stephen Hawking’e atfen Hawking ışınımı denilen soluk kızılötesi ışınım dışında hiçbir şey kaçamaz. Kara deliğe düşen bir astronot hiçbir şey hissetmez ve olay ufkuna yaklaşırken sıradışı hiçbir şey fark etmez; ama kara deliğe doğru bir saat atsa, saat yavaşlar gibi görünür ve olay ufkuna yaklaşır ama hiçbir zaman tam ulaşmaz, yavaş yavaş gözden kaybolur.

kara delik astranot

Ne var ki, teorinin hala sorunları vardır. 2012’de fizikçi Joseph Polchinski, kuantum ölçeğinde etkilerin olay ufkunda, içine düşen astronotu yakıp kül edecek bir “ateş duvarı” yaratacağını öne sürdü. 2014’te Hawking fikrini değiştirdi ve kara deliklerin her şeye rağmen var olamayacakları sonucuna vardı.

John Michell Kimdir?

John Michell gerçek bir bilgindi. 1760’ta Cambridge Üniversitesinde jeoloji profesörü oldu, ama aynı zamanda aritmetik, geometri, teoloji, felsefe, İbranice ve Yunanca dersleri verdi. 1767’de din adamı olmak üzere emekli oldu ve kendi bilimine odaklandı.

John Michell

Michell yıldızların özelliklerine kafa yordu, depremleri ve manyetizmayı araştırdı ve Yerin yoğunluğunu ölçmek için yeni bir yöntem icat etti. “Dünyayı tartma” – hassas bir torsiyon terazisi – aygıtı yaptı; ama 1793’te kullanamadan öldü. Aygıtı arkadaşı Henry Cavendish’e bıraktı; Cavendish, deneyi 1798’de gerçekleştirdi ve şu anda kabul edilen rakama yakın bir değer elde etti. O günden bu yana, oldukça haksız bir biçimde “Cavendish deneyi” olarak anılmaktadır.

cavendish torsiyonu

Önemli Eserleri:

1767 – An Inquiry into the Probable Parallax and Magnitude of the Fixed Stars

Kara Delikler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1686 – Isaac Newton evrensel kütleçekim yasasını formüle eder; buna göre nesneler arasındaki kütleçekimin gücü kütleleriyle orantılıdır.

1796 – Pierre-Simon Laplace kara delik olasılığıyla ilgili teoriler kurar.

1915 – Albert Einstein kütleçekimin uzay-zaman süreminin bükülmesi olduğunu gösterir; kütlesiz ışık fotonlarının kütleçekiminden etkilenmesinin nedeni bu bükülmedir.

1916 – Karl Schwarzschild olay ufkunu önerir; bu ufkun ötesinde, bir kara delikle ilgili hiçbir veri alınamaz.

1974 – Stephen Hawking, olay ufkundaki kuantum mekaniğinin kızılötesi ışınım yayacağını öngörür.

17. yüzyılın sonunda Isaac Newton hareket ve kütleçekim yasalarını saptayarak, bilimi her zamankinden daha kesin ve matematiksel hale getirdi. Çeşitli alanlarda bilim insanları Evren’i yöneten temel ilkeleri tanımladı ve bilimsel araştırmanın çeşitli kolları giderek daha fazla uzmanlaştı.

Universum small

Akışkan Dinamiği

1720’lerde İngiliz din adamı Stephen Hales bitkilerle bir dizi deney yaparak kök basıncını – bitkilerin sapı bu sayede yükselir – keşfetti ve laboratuvarda gaz toplama aygıtını, pnömatik hazneyi icat etti; bu aygıtın daha sonra havanın bileşenlerini saptamada yararlı olduğu anlaşıldı. İsviçreli matematikçi bir ailenin en parlak üyesi olan Daniel Bernoulli, Bernoulli denklemini formüle – bir akışkan hareket edince basıncı düşer – etti. Bu, kan basıncını ölçmesini olanaklı kıldı. Bu, aynı zamanda uçakların uçmasına olanak veren ilkedir de.

0 15db78 2a6ec649 XL

Daha sonra gizil ısı teorisini formüle edecek olan İskoç kimyacı Joseph Black 1754’te, kalsiyum karbonatın bozunması ve “sabit hava”nın, yani karbondioksitin oluşması üzerine dikkate değer bir doktora tezi üretti. Bu tez, kimyasal araştırma ve keşif alanında zincirleme bir tepkimenin kıvılcımını çaktı. İngiltere’de münzevi deha Henry Cavendish hidrojen gazını yalıttı ve suyun iki parça hidrojen ile bir parça oksijenden oluştuğunu kanıtladı. Muhallif papaz Joseph Priestley oksijeni ve başka birçok yeni gazı yalıttı. Felemenkli Jan Ingenhousz, Priestley’in bıraktığı yerden devam etti ve yeşil bitkilerin gün ışığında oksijen, karanlıkta karbondioksit saldıklarını gösterdi. Bu arada Fransa’da Antoine Lavoisier karbon, kükürt ve fosfor dahil, birçok elementin oksijenle birleşerek yandığını ve bugün bizim oksit dediğimiz şeyi oluşturduğunu gösterip, yanıcı malzemelerin yanmalarını sağlayan ve filojiston denilen bir madde içerdiğine ilişkin teoriyi çürüttü. (Ne yazık ki, Fransız devrimciler Lavoisier’i giyotine gönderecekti.)

1793’te Fransız kimyacı Joseph Proust, kimyasal elementlerin neredeyse her zaman belirli oranlarda birleştiklerini keşfetti. Bu, basit bileşiklerin formüllerini çıkarma yönünde yaşamsal bir adımdı.

Yer Bilimleri

Terazinin diğer ucuna Yer süreçlerine ilişkin bilgi büyük ilerlemeler kaydediyordu. Amerika’da Benjamin Franklin, şimşeğin bir elektrik biçimi olduğunu kanıtlamak için tehlikeli bir deney yapmanın dışında, Gulf Stream araştırmalarıyla büyük ölçekli okyanus akıntılarının varlığını kanıtladı. İngiliz hukukçu ve amatör meteorolog George Hadley, ticaret rüzgarlarını Yer’in dönüşüyle ilişki içinde açıklayan kısa bir kitapçık yayımlarken; Newton’ın bir düşüncesine sarılan Nevil Maskelyne, bir İskoç dağının kütleçekimini ölçmek için ağır hava koşullarında birkaç ay kamp kurdu. Bunu yaparken Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkardı. James Hutton İskoçya’da çiftlik miras aldıktan sonra jeolojiyle ilgilenmeye başladı ve Yer’in daha önce sanılandan daha yaşlı olduğunu ortaya çıkardı.

1200 base image 4.1424268652

Yaşamı Anlamak

Bilim insanları Yer’in aşırı yaşını öğrenince, yaşamın nasıl başladığına ve evrildiğine ilişkin yeni düşünceler ortaya çıkmaya başladı. Zamanının ötesinde Fransız yazar, doğa bilimci ve matematikçi Georges-Louis Leclerc, diğer adıyla Comte de Buffon, modern evrim teorisi yönünde ilk adımları attı. Alman teolog Christian Sprengel ömrünün çoğunu bitkilerle böceklerin etkileşimini inceleyerek geçirdi ve erdişi çiçeklerin erkek ve dişi organları farklı zamanlarda çıkardıklarını, dolayısıyla kendi kendilerini döllemediklerini açıkladı. İngiliz rahip Thomas Robert Malthus dikkatini demografiye verdi ve nüfus arttıkça felaket öngören An Essay on the Principle of Population’ı (Nüfus Artışı Hakkında Araştırma) yazdı. Malthus’un kötümserliğinin yersiz olduğu (şimdiye kadar) anlaşıldı; ama kontrol edilmezse nüfus artışının kaynakları aşacağı düşüncesi, daha sonra Charles Darwin’i etkileyecekti.

DigiRev

Yüzyılın sonunda İtalyan fizikçi Alessandro Volta, izleyen on yıllarda ilerlemeleri hızlandıracak elektrik bataryasını icat ederek yeni bir dünyanın kapısını açtı. 18. yüzyıl boyunca öyle bir ilerleme olmuştu ki, İngiliz filozof William Whewell, filozoftan farklı yeni bir mesleğin yaratılmasına önerdi: “Genel olarak bilimle uğraşan birini tarif etmek için bir ada çok ihtiyacımız var. Ben bilim insanı deme eğilimindeyim.”

Genişleyen Ufuklar 1700 – 1800

1727 – İngiliz din adamı Stephen Hales kök basıncını gösteren Vegetable Staticks‘i yayımlar.

1735 – İsveçli botanikçi Carl Linnaeus flora ve fauna sınıflandırmasının başlangıcı olan Systema Naturae‘yi yayımlar.

1735 – George Hadley on yıllarca meçhul kalan kısa bir kitapçıkta ticaret rüzgarlarının davranışlarını açıklar.

1738 – Daniel Bernoulli gazların kinetik teorisinin temelini atan Hydrodynamica‘yı yayımlar.

1749 – Georges-Louis Leclerc, Histoire Naturelle‘nin ilk cildini yayımlar.

1754 – Joseph Black’in karbonatlar üzerine doktora tezi, nicel kimyada öncü eserdir.

1766 – Henry Cavendish, çinkoyu asitle tepkimeye sokarak hidrojen ya da yanar hava yapar.

1770 – Amerikalı diplomat ve bilim insanı Benjamin Franklin, Gulf Stream akıntısının bir haritasını yayımlar.

1774 – Joseph Priestley bir büyüteç ve Güneş ışığı kullanıp cıva oksidi ısıtarak oksijen meydana getirir, buna filojistonsuz hava der.

1774 – Antoine Lavoisier, Priestley’den tekniği öğrendikten sonra, aynı gazı meydana getirir ve adına oksijen der.

1774 – Nevil Maskelyne, bir dağın kütleçekimini ölçerek Yer’in yoğunluğunu hesaplar.

1779 – Jan Ingenhousz yeşil bitkilerin gündüz dışarıya oksijen verdiklerini keşfeder; bu, fotosentezdir.

1788 – James Hutton Yer’in yaşıyla ilgili teorisini yayımlar.

1793 – Christian Sprengel, tozlaşma üzerine kitabında bitki cinselliğini tasvir eder.

1798 – Thomas Robert Malthus insan nüfusu üzerine, daha sonra Charles Darwin ve Alfred Russel Wallace’ı etkileyen ilk denemesini çıkarır.

1799 – Alessandro Volta elektrik bataryasını icat eder.

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.