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.

1781’de Alman bilim adamı William Herschel, başlangıçta bir kuyrukluyıldız olduğunu düşünmesine rağmen, ilkçağlardan beri görülen ilk yeni gezegeni saptadı. Onun keşfi, Newton yasalarına dayanan kestirimlerin bir sonucu olarak başka bir gezegenin keşfine de yol açtı. 18. yüzyılın sonuna gelindiğinde astronomi aletleri önemli ölçüde ilerlemişti – özellikle ışık toplamak için mercek yerine ayna kullanarak, o sırada merceklerle bağlantılı birçok sorundan kurtulan yansıtmalı teleskopların yapılmasıyla. Bu, ilk büyük astronomik incelemeler çağıydı; astronomlar gökyüzünü tarıyor ve bir dizi “uydu olmayan” nesne – şekilsiz gaz bulutlarına ya da yoğun ışık toplarına benzeyen yıldız salkımları ve bulutsular – saptıyorlardı. Kız kardeşi Caroline’den yardım alan Herschel sistematik olarak gökyüzüyle ilgilendi; beklenmedik sayıda ikili ve çoklu yıldız gibi tuhaflıkları kaydetti. Hatta farklı yönlerde saydığı yıldızların sayısına dayanarak Samanyolu galaksisinin bir haritasını çıkarmaya bile kalkıştı.

William Herschel 40 fit
1780’lerde Herschel ayna çapı 1,2 metre ve odak uzunluğu 12 metre olan kendi “40-foot” teleskopunu yaptı. 50 yıl boyunca dünyanın en büyük teleskopu olarak kaldı.

13 Mart 1781’de Herschel Gemini takımyıldızını tararken, bir kuyrukluyıldız olabileceğinden şüphelendiği soluk yeşil bir disk fark etti. Birkaç gece sonra tekrar ona döndü ve hareket etmiş olduğunu gördü; bu durum, bir yıldız olmadığını doğruladı. Herschel’in keşfine bakan Nevil Maskelyne yeni nesnenin bir kuyruklu yıldız olamayacak kadar yavaş hareket ettiğini ve aslında uzak bir yörüngede bir gezegen olabileceğini anladı. İsveçli-Rus Anders Johan Lexell ve Alman Johann Elert Bode, birbirlerinden bağımsız olarak, Herschel’in keşfinin yörüngesini hesaplayıp, kabaca Satürn’ün iki katı kadar uzakta bir gezegen olduğunu doğruladılar. Bode, Satürn’ün mitolojik babası, eski Yunan gök tanrısı Uranüs’ün adını vermeyi önerdi.

gezegenler

Düzensiz Yörünge

1821’de Fransız astronom Alexis Bouvard, Uranüs’ün yörüngesini Newton yasalarına göre olması gerektiği gibi tarif eden ayrıntılı bir cetvel yayımladı. Ne var ki, gezegenle ilgili yaptığı gözlemler cetvelin öngördükleriyle önemli tutarsızlıklar olduğunu gösterdi. Yörüngesindeki düzensizlikler, daha uzak sekizinci bir gezegenin kütleçekimini göstermekteydi. 1845’te iki astronom, Fransız Urbain Le Verrier ve John Couch Adams birbirinden bağımsız olarak, sekizinci gezegenin gökteki yerini hesaplamak için Bouvard’ın verilerini kullanıyorlardı. Teleskoplar öngörülen alana ayarlandı ve 23 Eylül 1846’da, Le Verrier’in öngördüğü yerin yalnızca bir derece ötesinde Neptün keşfedildi. Varlığı Bouvard’ın teorisini doğruladı ve Newton yasalarının evrenselliğinin güçlü bir kanıtı oldu.

evren

William Herschel Kimdir?

Almanya’da, Hanover’de doğan Frederick William Herschel 19 yaşında müzik alanında kariyer yapmak için Britanya’ya göç etti. Armoni ve matematik çalışmaları, optiğe ve astronomiye ilgi duymasına yol açtı ve kendi teleskoplarını yapmaya koyuldu.

William Herschel

Herschel Uranüs’ü keşfettikten sonra, Satürn’ün iki uydusu ile Uranüs’ün en büyük iki uydusunu keşfetti. Güneş Sisteminin galaksinin geri kalanına göre hareket halinde olduğunu da kanıtladı. 1800’de Güneş’i incelerken yeni bir ışıma biçimini keşfetti. Güneş ışığının farklı renklerinin sıcaklığını ölçmek için bir prizma ile bir termometre kullanarak bir deney yaptı ve görünür kırmızı ışığın ötesindeki bölgede sıcaklığın yükselmeye devam ettiğini bulguladı. Güneş’in bizim bugün kızılötesi dediğimiz, onun o zaman “ısıtıcı ışın” dediği görünmez bir ışık biçimi yaydığı sonucuna vardı.

Önemli Eserleri

1781 – Account of a Comet
1786 – Catalogue of 1000 New Nebulae and Clusters of Stars

samanyolu

Yeni Gezegenlerin Keşfi Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1600’lerin başı – Mercekli teleskop icat edilir, ama aynalı teleskop Isaac Newton ve diğerleri taralından 1660’1ara kadar geliştirilmez.

1774 – Fransız gözlemci Charles Messier kendi astronomi ölçümlerini yayımlar ve Herschel’in kendi ölçümleri üzerinde çalışmaya başlamasını sağlar.

1846 – Uranüs’ün yörüngesinde açıklanamayan değişiklikler, Fransız matematikçi Urbain Le Verrier’in sekizinci bir gezegenin – Neptün – varlığını ve konumunu öngörmesine yol açar.

1930 – ABD’li astronom Clyde Tombaugh, başlangıçta dokuzuncu gezegen kabul edilen, ama şimdi küçük buz dünyalarından oluşan Kuiper Kuşağı’nın en parlak üyesi olarak görülen Plüton’u keşfeder.

Jüpiter’in birçok uydusu vardır; ama geç 17. yüzyılda Ole Rømer kuzey Avrupa göklerini gözlemlediği sırada teleskopla yalnızca en büyük dördü (Io, Europa, Ganymede ve Callisto) görülürdü. Bu uydular Jüpiter’in oluşturduğu gölgeden geçerken tutulurlar ve belli zamanlarda, Yer’in ve Jüpiter’in Güneş’in etrafındaki göreli konumlarına bağlı olarak, gölgeye girerken ya da çıkarken gözlemlenebilirler. Yılın yaklaşık yarısı boyunca Güneş Yer ile Jüpiter arasında olduğu için, uyduların tutulmaları gözlemlenemez.

jupiter 529951 960 720

1660’ların sonunda Paris’te Kraliyet Gözlemevi müdürü Giovanni Domenico Cassini uyduların tutulmalarını kestiren bir cetvel yayımladı. Bu tutulmaların zamanını bilmek, boylamı çıkarmanın yeni bir yolunu sağladı. Boylamı ölçmek, verili bir konumdaki zaman ile referans bir boylam çizgisindeki (bu örnekte Paris) zaman arasındaki farkı bilmeye dayanır. En azından karada, Jüpiter’in bir uydusunun tutulma zamanını gözlemleyerek ve Paris’teki tahmini tutulma zamanıyla karşılaştırarak boylamı hesaplamak artık olanaklıydı. Bir teleskobu geminin güvertesinde utulmaları gözlemlemeye yetecek kadar sabit tutmak olanaklı değildi ve denizde boylam ölçmek, John Harrison 1730’larda ilk deniz kronometrelerini – denizde zaman ölçebilen saatler – yapana kadar olanaksız kaldı.

Hız Sonlu Mu Sonsuz Mu?

Rømer Io uydusunun iki yıllık bir dönemde alınan tutulma gözlemlerini inceledi ve bunları Cassini cetvellerinde öngörülen zamanlarla karşılaştırdı. Yer Jüpiter’e en yakın olduğu zaman alınan gözlemler ile en uzakta olduğu zaman alınan gözlemler arasında 11 dakikalık bir uyuşmazlık buldu. Bu uyuşmazlık, Yer’in, Jüpiter’in ya da Io’nun yörüngelerinde bilinen düzensizliklerle açıklanamazdı. Işığın Yer’in yörüngesinin çapını kat etmesi zaman almalıydı. Yer’in yörüngesini çapını bilen Rømer ışığın hızını ölçebilirdi. 214.000 km/sn’lik bir rakam çıkardı. Şimdiki değer 299.792 km/sn’dir; bu yüzden Rømer’in hesabı yaklaşık yüzde 25 eksiktir. Yine de mükemmel bir ilk yaklaşık değerdi ve ışığın sonlu bir hızı olup olmadığına ilişkin daha önce açık kalan sorunu çözdü.

ışığın hızını ölçmek

İngiltere’de Isaac Newton, Rømer’in ışığın anlık yol almadığına ilişkin hipotezini kolayca kabul etti. Ne var ki, Rømer’in muhakemesini herkes kabul etmedi. Cassini, diğer uydulara ilişkin gözlemlerdeki uyuşmazlıkların henüz açıklanmadığına işaret etti. İngiliz astronom James Bradley 1729’da yıldız paralakslarını ölçerek daha doğru bir ışık hızı rakamı üretene kadar, Rømer’in bulguları genel kabul görmedi.

ole romer

Ole Rømer Kimdir?

1644’te Danimarka kenti Aarhus’ta doğan Ole Rømer Kopenhag Üniversitesinde okudu. Üniversiteden ayrılınca, Tycho Brahe’nin astronomi gözlemlerinin yayına hazırlanmasına yardım etti. Rømer, Kopenhag’a yakın Uraniborg’da Brahe’nin eski gözlemevinden kendi gözlemlerini de yapıp, Jüpiter uydularının tutulma zamanlarını kaydetti. Oradan Paris’e taşındı ve Giovanni Cassini yönetimindeki Kralivet Gözlemevi’nde çalıştı. 1678’da İngiltere’yi ziyaret etti ve Isaac Newton’la buluştu.

1681’de Kopenhag Üniversitesine dönen Rømer astronomi profesörü oldu. Ölçülerin ve ayarların, takvimin yapı yönetmeliğinin, hatta su şebekelerinin modernleştirilmesiyle ilgilendi. Ne yazık ki, astronomi gözlemleri 1728’de çıkan bir yangında yok oldu.

Tarihte Jüpiter ve Uydularının Gözlemleri

1610 – Galileo Galilei Jüpiter’in dört büyük uydusunu keşfeder.

1668 – Giovanni Cassini Jüpiter uydularının tutulmalarını öngören ilk doğru cetveli yayımlar.

1729 – James Bradley yıldızların konumlarındaki değişimlere dayanarak ışığın hızını 301.000 km/sn olarak hesaplar.

1809 – Jean Baptiste Joseph Delambre Jüpiter uydularına ilişkin 150 yıllık gözlemleri kullanarak 300.300 km/sn’lik bir ışık hızı hesaplar.

1849 – Hippolyte Fizeau astronomi verileri kullanmak yerine bir laboratuvarda ışığın hızını ölçer.

17. yüzyılda Avrupa’da birçok bilim insanı havanın özelliklerini araştırdı ve onların çalışmaları, İrlanda asıllı İngiliz bilim insanı Robert Boyle’nin bir gazdaki basıncı açıklayan matematiksel yasaları çıkarmasına yol açtı. Bu çalışma, yıldızlar ile gezegenler arasındaki uzayın doğasıyla ilgili daha geniş bir tartışmayla ilişkiliydi. “Atomculara” göre göksel cisimler arasında boş uzay vardı; Kartezyenlere (Fransız filozof Rene Descartes’ı izleyenler) göre ise, parçacıklar arasındaki uzay esir denilen bilenmeyen bir maddeyle doluydu ve bir vakum üretmek olanaksızdı.

Robert Boyle

Barometreler

İtalya’da matematikçi Gasparo Berti, bir emme tulumbanın suyu neden 10 metreden yukarıya çıkaramadığını anlamak için deneyler yaptı. Berti uzun bir boru aldı, bir ucunu kapatıp suyla doldurdu. Sonra ağzını bir su teknesinin içinde koyup ters çevirdi. Tüpteki suyun düzeyi, sütun yaklaşık 10 metre yükselene kadar düştü.

Gasparo Berti

1642’de Berti’nin çalışmalarından haberdar olan yurttaşı Evangelista Torricelli benzer bir aygıt yaptı, ama su yerine cıva kullandı. Cıva sudan 13 kat daha yoğundur; bu yüzden sıvı sütunu yalnızca 76 santimetre kadar yüksekti. Torricelli’nin buna ilişkin açıklaması şöyleydi: çanaktaki cıvanın üzerideki havanın ağırlığı cıvayı aşağı bastırıyordu ve bu, sütunun içindeki cıvanın ağırlığını dengelemekteydi. Tüpün içinde cıvanın üstündeki alanın bir vakum olduğunu söyledi. Bu durum bugün basınçla (belli bir alan üzerideki kuvvet) açıklanır, ama temel düşünce aynıdır. Torricelli ilk cıvalı barometreyi bulmuştu.

Blaise Pascal’ın barometre deneyleri, hava basıncının yükseklikle birlikte nasıl değiştiğini gösterdi. Pascal fiziğin yanı sıra matematiğe de önemli katkılarda bulundu.
Blaise Pascal

Fransız bilim insanı Blaise Pascal, Torricelli’nin barometresinden 1646’da haberdar oldu ve hemen kendi deneylerini yapmaya başladı. Kayınbiraderi Florin Perier’in gerçekleştirdiği bu deneylerden biri, hava basıncının yüksekliğe bağlı olarak değiştiğini gösterecekti. Bir barometre Clermont’ta bir manastırın zeminine yerleştirildi ve gündüzleri bir keşiş tarafından gözlemlendi. Perier başka bir barometreyi, kasabadan yaklaşık bin metre yükseklikteki Puy de Dôme’un tepesine götürdü. Dağın tepesindeki cıva sütunu, manastırın bahçesinde olandan 8 cm daha kısaydı. Dağın üzerideki hava miktarı aşağıdaki vadinin üzerindeki havadan fazla olduğuna göre, gerçekten de havanın ağırlığı su ya da cıva tüplerindeki sıvıyı orada tutmaktaydı. Bu ve diğer çalışmalarda ötürü, modern basınç birimine Pascal adı verilir.

Torricelli

– Bir barometreyi bir dağın başına götürürseniz, barometredeki cıvanın yüksekliği düşer.

– Bunun nedeni, cıvayı aşağıya bastıran havanın yukarıda daha az olmasıdır.

– Bir barometrede alıcının havası boşaltılınca, civanın düzeyi düşer.

– Yani, alıcıdaki hava miktarı ne kadar azsa, basınç da o kadar düşüktür.

Havanın kütlesi küçüldükçe “havanın yayı” da küçülür.

Hava Pompaları

Bir sonraki önemli atılımı, bir kaptan bir miktar havayı boşaltabilen bir pompa yapan Prusyalı bilim insanı Otto von Guericke gerçekleştirdi. En ünlü gösterisini 1654’te yaptı: İki metal yarımküreyi aralarına hava geçirmez bir conta koyup birleştirdi ve aradaki havayı boşalttı. İki takım metal yarımküreleri birbirinden ayıramadı. Hava boşaltılmadan önce, contalı yarımkürelerin içindeki hava basıncı ile dışarıdaki hava basıncı aynıydı. İçeride hava kalmayınca, dışarıdaki havanın basıncı yarımküreleri bir arada tutuyordu.

Otto von Guericke

Robert Boyle, von Guericke’nin deneylerinden 1657’de yayımlanınca haberdar oldu. Boyle kendi deneylerini gerçekleştirmek için, Robert Hooke’u bir hava pompası tasarlayıp yapmakla görevlendirdi. Hooke’un hava pompası, çapı yaklaşık 40 cm olan cam bir “alıcı” (kap), altında piston bulunan bir silindir ve bu ikisinin arasında tıkaçlardan ve vanalardan oluşmaktaydı. Pistonun peş peşe hareketleri alıcıdan daha fazla havayı dışarıya çekiyordu. Donanımın contalarındaki hafif sızıntı nedeniyle, alıcının içinde vakuma yakın bir durum ancak kısa bir süre sürdürülebiliyordu. Yine de makine daha önce yapılanların üzerinden büyük bir ilerlemeydi; bilimsel bir araştırmayı daha da ilerletmede teknolojinin önemini gösteren bir örnekti.

hava pompası

Deneysel Sonuçlar

Boyle, hava pompasıyla çok sayıda farklı deney yaptı ve bunları 1660’ta New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects kitabında tarif etti. Kitapta, Galileo gibi ünlü deneycilerin bile çoğu kez “düşünce deneylerinin” sonuçlarını ilan ettiği bir zamanda, açıklanan bütün sonuçların deney ürünü olduğuna işaret etmeye gayret etti.

robert boyle icatları

Boyle’nin birçok deneyi, doğrudan hava basıncıyla bağlantılıydı. Alıcı bir Torricelli barometresini tutacak şekilde değişebiliyordu; tutkalla yerine sabitlenen tüp alıcının tepesinde kadar çıkmaktaydı. Alıcıdaki basınç azaltılınca, cıvanın düzeyi düşmekteydi. Tersinden bir deney de gerekleştirdi ve alıcının içinde basıncın yükselmesiyle cıva seviyesinin de yükseldiğini gördü. Bu, Torricelli’nin ve Pascal’ın daha önceki bulgularını doğruladı.

robert boyle hava pompası

Boyle, hava miktarı azaldıkça alıcıdaki havayı boşaltmanın zorlaştığını belirtti ve alıcının içinde yarı şişirilmiş bir torbanın etrafındaki hava boşaltılınca, hacminin arttığını da gösterdi. Torba bir ateşin önünde tutulduğunda da benzer bir sonuca varılabiliyordu. Bu sonuçlara neden olan hava “yay”ına ilişkin iki olası açıklama yaptı: Her bir hava parçacığı bir yay gibi sıkıştırılabilirdi ve bütün hava kütlesi bir yapağıya benziyordu ya da hava rastgele hareket eden parçacıklardan oluşuyordu.

Bu Kartezyenlerin görüşüne benziyordu; ama Boyle esir düşüncesine katılmadı, “taneciklerin” boş uzayda hareket ettiklerini öne sürdü. Açıklaması, maddenin özelliklerini hareket eden parçacıklar bakımından tarif eden modern kinetik teorisine bariz bir biçimde benzer.

Boyle’nin bazı deneyleri fizyolojikti; hava basıncının azalmasının kuşlar ve fareler üzerindeki etkilerini araştırdı ve havanın akciğere nasıl girip çıktığına kafa yordu.

Boyle Yasası

Boyle yasasına göre, gaz miktarı ve ısı aynı tutulduğu sürece, bir gazın basıncının hacmiyle çarpımı bir sabitti. Başka bir deyişle, bir gazın hacmini azaltırsanız, basıncı artar. Hava yayını üreten, bu artan basınçtır. Bir bisiklet pompasında, pompanın ucunu bir parmağınızla kapatıp pompa kolunu içeri doğru iterseniz etkiyi hissedebilirsiniz.

Bu yasa Boyle adını taşımasına rağmen, ilk kez Boyle değil, Torricelli barometresiyle bir dizi deney yapan ve sonuçlarını 1663’te yayımlayan İngiliz bilim insanları Richard Towneley ve Henry Power önerdi. Boyle kitabın ilk taslağını gördü ve sonuçları Towneley’le tartıştı. O sonuçları deneyle doğruladı ve ilk deneylerine yöneltilen eleştiriye yanıtın bir parçası olarak 1662’de “Bay Towneley’in Hipotezi”ni yayımladı.

Boyle’nin dikkatli deney tekniğinden ötürü ve beklenen sonuçları versin ya da vermesin, deneylerini ve olası hata kaynaklarını eksiksiz rapor ettiği için, gazlarla ilgili çalışması özellikle önemliydi. Bu nedenle birçok kişi onun çalışmalarını genişletmeye çalıştı. Bugün Boyle Yasası, başka bilim insanları tarafından ortaya çıkarılan ve ısı, basınç ya da hacim değişiklikleri altında gerçek gazların davranışına yaklaşan “İdeal Gaz Yasası“nı oluşturan yasalarla birleştirilmektedir. Düşünceleri sonunda kinetik teorisinin gelişmesine de yol açtı.

boyle yasası

Robert Boyle Kimdir?

Robert Boyle İrlanda’da doğdu, Cork Kontlarının 14. çocuğuydu. İngiltere’de Eton College’e gitmeden önce evde özel eğitim aldı ve sonra Avrupa’yı dolaştı. 1643’te babası öldü ve bütün zamanını bilimle ilgilenmeye ayırmasına yetecek kadar para bıraktı. Boyle iki yıllığına tekrar İrlanda’ya taşındı; ama 1654’ten 1668’e kadar çalışmalarını daha kolay yürütebilmek için Oxford’ta yaşadı, ardından Londra’ya taşındı.

robert boyle kimdir

Boyle, bilimsel konuları inceleyen, Londra’da ve Oxford’ta toplanıp düşüncelerini tartışan ve “Görünmez Kolej” denilen grubun üyesiydi. Bu grup 1663’te Kraliyet Derneği oldu ve Boyle ilk konsey üyelerinden biriydi. Bilime ilgisinin yanı sıra Boyle simya deneyleri de yaptı ve farklı insan ırklarının kökeni ve teolojiyle ilgili yazılar da yazdı.

Önemli Eserleri:

1660 – New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects

1661 – The Sceptical Chymist (Kuşkucu Kimyager)

Kuşkucu Kimyager

Hava Basıncı Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1643 – Evangelista Torricelli bir cıva tüpü kullanarak barometreyi icat eder.

1648 – Blaise Pascal ile kayınbiraderi, hava basıncının yükseklikle birlikte azaldığını gösterir.

1650 – Otto von Guericke hava ve vakum üzerine, ilk kez 1657’de yayımlanan deneyler gerçekleştirir.

1738 – İsviçreli fizikçi Daniel Bernoulli, gazların kinetik teorisini açıklayan Hydrodynamica’yı yayımlar.

Hydrodynamica

1827 – İskoç botanikçi Robert Brown polenlerin sudaki hareketini, rastgele yönlerde hareket eden su molekülleriyle çarpışmanın sonucu olarak açıklar.

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.