Bir nefeste evren
Colin Stuart
93 milyar ışık yıllık bir maceraya atılıp galaksimizin gizli harikalarını, yıldızları, yıldızların ötesini ve büyük soruların cevaplarını keşfedin.
Gezegenimiz, Güneş sistemimiz, yıldızlar ve uzaktaki galaksiler hakkında önemli ve şaşırtıcı keşifler yapılmasına rağmen, elimizde cevaplardan çok, “Kara madde nedir? Evrende yalnız mıyız? Zaman yolculuğu mümkün müdür? gibi sorular var.
Büyük Patlama’dan akıllara durgunluk veren son keşiflere kadar, evrenimiz hakkında bilmeniz gereken her şey bu kitapta Evrenin büyüklüğü göz korkutucu olabilir, ancak hazmı elinizde kitapla kolay olacak.
Colin Stuart
Bir Nefeste Evren
Giriş
“Yıldızları o kadar çok seviyordum ki gece beni korkutmuyordu.”
The Old Astronomer To His Pupil (Yaşlı Astronom’dan Öğrencisine), Sarah Williams (1868)
Gece göğü, hayatım boyunca beni büyüledi. İlk aşkım da yine oydu. Çocukken bizlere cinlerin, ejderhaların ve cadıların muhteşem hikâyeleri anlatılırdı; ancak bana göre evren, tüm peri masallarından daha sihirliydi.
Nesiller boyunca astronomlar, kozmosun perdelerini araladılar ve en derin sırlarını ortaya çıkardılar. Buldukları şeyler muazzamdı. Sonsuz genişlikte yayılan yıldızların etrafında dans eden sayısız gezegen vardı. Zaman durma noktasına gelene kadar çekim kuvveti, uzayı büküyor ve kıvırıyordu. Atomların, yıldızların kalbinden derimize ve kemiklerimize olan yolculuğunu izleyebiliyorduk. Güneş sistemindeki tüm gezegenlere araçlar gönderdik ve Ay’ın tozlu zemininde ayak izlerimizi bıraktık.
Böyle bir evrenin büyüklüğü korkutucu olabilir. Son on yılımı astronomi hakkında yazarak ve konuşarak geçirdim ve hâlâ düşündükçe kendimi küçücük hissediyorum. Birçok insan öğrenme sürecini erteliyor, çünkü bunun zor olacağını sanıyorlar. Ancak zor olması şart değil. Bu kitabın amacı, uzayın büyüklüğünü kolayca yutabileceğiniz lokmalara ayırıp kavramanızı kolaylaştırmak. Bu kitabın içinde matematiksel veya mesleki bir dil yok, yalnızca ama yalnızca evrenin en büyüleyici niteliklerinin basit açıklamaları var.
Bilmediklerimizin yanında bildiklerimizi de bu kitaba dahil ettim. Bir soruyu cevaplamak, birçok yeni soru doğuruyor. Hâlâ evrenimizin büyük bir kısmının nelerden oluştuğunu veya uzayı başka bir yaşam formuyla paylaşıp paylaşmadığımızı bilmiyoruz. Astronomlar, evrenimizin tek olup olmadığını ve uzay-zamanın tam olarak nasıl başladığını çözmeye çalışıyorlar. Bunlar, sorulabilecek en temel sorulardan bazıları.
Kitap, cisimlerin Dünya’ya olan uzaklığına göre düzenlendi; ilk astronomik keşiflerimizden başlayıp geniş Güneş sistemine doğru yol alacağız, oradan da uzaktaki galaksiler ve evren(ler)e geçeceğiz. Yolculuğumuz, 93 milyar ışık yılı genişliğindeki uzayı ve 14 milyar yıllık zamanı kapsayacak. İzleyeceğimiz yolu özenle seçtim, böylece tüm evreni avcunuzun içine alıp yol üzerinde ilginizi en çok çeken şeyi keşfedebilirsiniz.
Şimdi gelin de kozmos yolculuğumuza başlayalım. Umarım siz de gece göğüne âşık olursunuz.
Birinci Bölüm
Astronominin Erken Dönemleri
Zamanın ölçümü
Gökyüzü gezegenlerin, galaksilerin ve karadeliklerin evi olmadan önce, tanrıların ve kehanet işaretlerinin hüküm sürdüğü bir yerdi. Şimşek çaktıktan sonra duyulan o şiddetli gök gürültüsü Tanrı’nın öfkeli olduğuna işaret ediyordu, gökyüzünde görülen bir kuyrukluyıldız ise kaygı verici kötülük alametlerinden yalnızca biriydi. En azından atalarımızın çoğu bu şekilde düşünüyordu.
Bununla birlikte o zamanlarda gökyüzünün bizim için en önemli rolü, onun doğal bir saat olmasıydı. Saatlerin, bilgisayarların ve akıllı telefonların icadından çok önceleri atalarımız, gökyüzünün de kendine has bir ritmi olduğunu fark etti. Güneş belli sürelerde doğup batıyordu ve onlar bu devre “gün” dediler. Bu günlerden yedi tanesini topladılar ve bir haftayı oluşturdular. Günlerin her birinin adını da yıldızlara kıyasla farklı hareketler sergileyen gökcisimlerine göre verdiler (bkz. 24. sayfa).
Ay’ın şekli sürekli değişiyor, bir büyüyüp bir küçülüyordu. Küçük bir hilalden göz kamaştıran bir dolunaya dönüşüyordu. Bu şekil değiştirme döngüsünün başa sarması neredeyse otuz günü buluyordu, onlar da bu döngüye “ay” (moonth) dediler. Ancak dilin zaman içinde değişmesi, kelimenin İngilizcesinde bir harf eksilmesine neden olmuş ve Ay anlamına gelen “Moon” kelimesinden türeyen “Moonth”, “Month”a (ay) dönüşerek günümüze kadar gelmiş. Bu sırada Güneş de çok daha uzun bir döngünün içindeydi. Her sabah doğudan doğup akşam batıdan batıyor ve öğle vaktindeyse zirve noktasına ulaşıyordu. Ancak yere olan uzaklığı her öğle vakti aynı değildi. Birkaç ay gözlemlerseniz Güneş’in gökyüzünde sekiz rakamına benzer bir yolu takip ettiğini görürsünüz, buna “analemma” ya da “günsekizi” denir. Bu özel döngüyü tamamlamak için Güneş tam 365 defa doğar. Eskiler bu döngüye “yıl” adını verdiler. Bu dönem de her biri kendine has hava durumlarına sahip dört mevsime bölündü. Atalarımız, günsekizi tamamlanırken ilkbahar, yaz, sonbahar ve kışın yaşandığına şahit oldular.
Güneş’in bir yıl içinde gökyüzünde sekiz çizmesi: Analemma ya da günsekizi.
10.000 yıl önce gökyüzünün bu doğal ritmini takip etmek için devasa saatler inşa ediyorduk. Arkeologlar 2004’te İskoçya’da, taş devrinden kalma 10.000 yıllık bir yerleşim yeri keşfettiler. 2013 yılında ise bu yerleşim yerinin neden inşa edildiğini fark ettiler. Yerleşim yerini inşa edenler 50 metrelik bir yay boyunca on iki çukur kazmışlardı, çukurların her biri bir yıl içinde tamamlanan on iki ay döngüsü içindi (nadiren de olsa, eğer ilk dolunay ocak ayının başlarında gerçekleşirse bir yıl içinde 13 kere dolunay görüldüğüne tanık olabiliriz). Bu yerleşim yeri kurulduktan 5.000 yıl sonra duvar ustaları, İngiltere’nin Salisbury Düzlüğü’ndeki Stonehenge’in muazzam çemberi için çalışmaya başladılar. Çemberin içindeyken Güneş’in, günsekizinin zirvesinde olduğu yaz gündönümünde, özellikle topuk taşının tam üzerinden yükseldiğini görebilirsiniz.
Dijital çağın hüküm sürdüğü günümüzde, modern hayatın telaşı içinde koşuştururken gökyüzünün ritminden çoğunlukla bihaberiz. Ancak antik uygarlıklar için gökyüzünü gözlemlemek zamanı ölçmenin tek yoluydu ve onların Güneş ile diğer yıldızların hareketlerini geniş çaplı bir şekilde incelemesi, günümüzde yaşamımızı düzenleme şeklimizin temelini oluşturdu.
Dünya’nın şeklinin keşfi
Size ortaçağdaki en zeki insanların bile Dünya’nın düz olduğuna inandığını söyleyen birine asla inanmayın, çünkü insanlık Dünya’nın düz olmadığını 2200 yıldır biliyor. Bu bilgi için teşekkür etmemiz gereken kişi Yunan Matematikçi Eratosten ve işin ilginç tarafı şu ki Eratosten Mısır’ın dışına bile çıkmadan bu bilgiye ulaşmıştı.
Eratosten, yaz gündönümünde Güneş tam tepedeyken Mısır’ın Asvan[1 - Eski adıyla Syene. (e.n.)] şehrinde sütunların hiç gölge oluşturmadıklarını gözlemledi. Aklına harika bir fikir geldi ve bir sonraki yaz gündönümünü bekledi. Vakit geldiğinde Asvan’dan 800 kilometre uzaklıkta olan İskenderiye’de bir ölçüm yaptı. Yere bir kazık saplayıp gölgesini gözlemledi, gördü ki burada kazık öğle vakti yedi derece eğimli bir gölge oluşturuyordu. İki şehirde yapılan ölçümün sonuçlarının farkı onun için tek bir şeye işaret ediyordu: Dünya eğimliydi, yani güneş ışınları her bir şehre farklı bir açı ile vuruyordu.
Eratosten, Mısır’ın farklı bölgelerindeki gölgelerin hangi açıyla düştüğüne bakarak dünyanın çevresini hesaplamaya çalıştı.
Eratosten, araştırmasını daha da ileri götürdü. Eğer 800 kilometrelik bir uzaklık yedi derecelik bir fark yaratıyorsa, 360 derecelik fark oluşması için kaç kilometre gerektiğini hesaplayabilirdi. Hesaplamaları Eratosten’e Dünya’nın çevresinin 41.000 kilometre olduğu bilgisini verdi (hesaplamalarını antik bir uzunluk ölçüm birimi olan “stadion [stadya]” üzerinden yapmıştır, cevabı yaklaşık olarak 250.000 stadya çıkmıştı). Dünya’nın çevresinin uzunluğunu çok az bir sapma ile bulmuştu. Antik Yunanlar yalnızca Dünya’nın yuvarlak olduğunu değil aynı zamanda aşağı yukarı ne kadar büyük olduğunu da biliyorlardı yani.
ERATOSTEN (MÖ 256-194)
Eratosten gerçek bir bilgeydi. Dünya’nın çevresiyle ilgili çalışmalarının yanı sıra coğrafyaya, müziğe, matematiğe ve edebiyata da önemli katkılar yaptı. O kadar saygın biriydi ki İskenderiye’nin meşhur kütüphanesinde başkütüphanecilik görevine layık görüldü. Kütüphane daha sonra yakıldı, ancak en parlak döneminde bilginler ve insanlık için muhteşem kaynaklara ev sahipliği yapıyordu.
Eratosten birçok önemli papirüse ve haritaya erişimi sayesinde bir dünya atlası oluşturdu ve bölgeleri iklimlerine göre ayırdı. İlk kez meridyen çizgilerini çizdi ve 400’den fazla şehrin koordinatlarını belirledi. Bu çalışmaları sayesinde Eratosten, birçokları tarafından coğrafyanın babası olarak kabul edilir.
Belki de ikinci büyük başarısı Eratosten kalburunu icat etmesidir. Eratosten kalburu, tekrarlayan sayılar asal olmadığından bu sayıları ayırma yoluyla, asal sayıları tespit etmeye yarayan bir yöntemdir.
Bu önemli çalışmalarını ödüllendirmek adına, Ay’ın üzerindeki bir kratere de ismi verilmiştir.
Dahası insanların Dünya’nın büyüklüğünü olmasa bile en azından şeklini Eratosten’in zamanından önce bilmeleri bile ihtimaller dahilindedir. Parçalı Ay tutulması sırasında Dünya’nın gölgesi Ay’ın üzerine vurur (bkz. 17. sayfa). Bu gölge çok açık bir şekilde eğimlidir. Zhou-Shu isimli Çince bir kitapta MÖ 12. yüzyılda Ay tutulması gerçekleştiğine dair kayıtlar olduğu öne sürülmüştür. Aristofanes’in yazdığı Yunanca tiyatro oyunu Bulutlar’da MÖ 421 yılında gerçekleşen Ay tutulmasının yazıldığı ise kesindir. Eğer bu uygarlıklardan herhangi biri Güneş ışınlarının Ay’a ulaşmasını engelleyen şeyin Dünya olduğunu fark ettiyse, Dünya’nın düz olmadığını da anlamış olmalı. Hazır tutulmalardan bahsetmişken bu konudan devam edelim.
Güneş tutulmaları
Tutulma basitçe şudur: Gökyüzünde normalde görebildiğimiz bir nesneyi görmemiz, başka bir nesne tarafından engellenir. İki tür tutulma vardır: Güneş tutulması ve Ay tutulması. Güneş tutulması sırasında Ay, Güneş’in önüne geçer. Ay tutulması sırasında ise Dünya, Ay’a giden ışınların büyük bir bölümünü engeller.
Güneş tutulması sırasında Ay, Dünya ile Güneş’in arasına girer.
İnsanlık, Güneş tutulmalarını binlerce yıl boyunca izledi; izlerken de merak duydu ve endişeye kapıldı. Bir söylentiye göre Çinli Kral Zhong Kang, Güneş tutulması olacağını öngöremedikleri için iki gökbilimcinin kellelerini vurdurmuştur. Bu olay 4 bin yıl önce yaşandı. Olayı bilimsel açıdan çözümleyemediğimiz zamanlardan önce Güneş tutulmaları, kötü olayların habercisi ve tanrıların insanlara olan kızgınlığını gösteren bir işaret olarak yorumlanıyordu.
Güneş tutulmasının en çarpıcı biçimi tam Güneş tutulmasıdır; bu sırada Ay, Güneş’in önüne tamamen geçer. Tam Güneş tutulmaları, aynı yerde tekrar görülmesi nadir olaylar olsa da 18 ayda bir Dünya’nın herhangi bir yerinde mutlaka gerçekleşir. Ay’ın hızlı geçişi yüzünden bu muhteşem görüntü en fazla 7 dakika 32 saniye sürer. Muhtemelen Güneş tutulmalarının en güzel yanı, adını 19. yüzyılda yaşamış İngiliz astronomdan alan Baily Boncukları’dır. Tam Güneş tutulması tamamlanmadan hemen önce veya tamamlandıktan hemen sonra, Güneş ışınları Ay üzerindeki kraterlerin arasından sızarak bize ulaşır. Bu muhteşem görüntü Elmas Yüzük Etkisi olarak da adlandırılır.
Bu tam Güneş tutulması sırasında, gökyüzü bariz bir şekilde kararır ve sıcaklık düşer. Neşeyle öten kuşlar, Güneş’in gün içinde ortadan kaybolmasının yarattığı kafa karışıklığı sebebiyle sessizleşir. Tutulmalar amatör gözlemciler ve astronomlara yalnızca doğanın harika gösterilerinden birine tanık olma şansını sunmakla kalmaz, evreni anlamak için de paha biçilemez bir fırsattır. İleride üzerinde duracağımız gibi, evreni anlama konusunda dönüm noktası haline gelen birçok keşfe, tam Güneş tutulmalarının gözlemlenmesi sonucu ulaşılmıştır (bkz. 55. sayfa).
Baily Boncukları olarak bilinen Elmas Yüzük Etkisi
Gelgelelim tüm Güneş tutulmaları tam tutulma değildir. Çoğu zaman Ay, Güneş’in yalnızca bir kısmını kapatır. Bu parçalı Güneş tutulmaları sırasında, Güneş’ten sanki büyük bir ısırık alınmış gibi bir görüntü ortaya çıkar. Ay’ın Dünya’ya olan uzaklığı nispeten değişir ve bazen bizden çok uzakken çok ufak gözükür, bu yüzden Güneş’in tamamını kaplayamaz. Bu tür tutulmalara da halkalı Güneş tutulması (annular eclipse) denir. Bu isim Latincede “küçük halka” anlamına gelen annulus kelimesinden gelir.
Güneş tutulmalarını izlemek için özel ve uygun bir zamanda yaşadığımızı da unutmayalım. Zira milyonlarca yıl önce Ay, Dünya’ya çok daha yakındı (bkz. 89. sayfa) ve her tutulmada Güneş’in önünü tamamen kapatıyordu; dolayısıyla muhteşem Baily Boncukları’nı görmek imkânsızdı. Gelecekte ise Ay bizden daha da uzaklaşıp çok daha küçük görüneceğinden tam Güneş tutulması diye bir şey olmayacak. Gelecek nesillerimiz yalnızca parçalı ve halkalı Güneş tutulmaları ile yetinmek zorunda kalacaklar.
Ay tutulmaları
Ay’ı yalnızca, Güneş ışınlarını yansıttığı için görebiliyoruz. Tam Ay tutulması sırasında ise Ay’a doğrudan giden ışınlar Dünya tarafından engellenir. Ay, Dünya’nın gölgesine (umbra) girer. Eğer Ay, Dünya’nın gölgesinin bir kısmına girerse parçalı ya da gölgeli ay tutulması gerçekleşir.
Güneş ışınlarının doğrudan Ay’a ulaşmasının engellendiği tam tutulma sırasında bile bazı dolaylı ışınlar Ay’ın yüzeyine ulaşmayı başarır. Bu olay, Dünya’nın atmosferinin gezegenimiz etrafındaki ışığı kırması veya bükmesi sayesinde gerçekleşir. Beyaz ışık aslında gökkuşağının yedi renginin bir karışımıdır (bkz. 38. sayfa) ve atmosferimiz gelen bu ışınlardaki kırmızı ışığı bükerek Ay’a gönderir, kalan ışıklar ise uzaya dağılır. Tutulma sırasında Ay’ı, turuncu veya kırmızı gibi, bakırın farklı tonlarında görme sebebimiz de budur. Uçuşan volkanik küller Ay’ı kan kırmızısı renge bürüyen etkiyi yoğunlaştırır. Eğer Dünya’nın atmosferi olmasaydı tutulma sırasında Ay, gökyüzünü kısa bir süreliğine terk etmiş gibi olacaktı.
Daha nadir gerçekleşen ve daha kısa süren Güneş tutulmalarının aksine, Ay tutulmaları sık gerçekleşir ve daha uzun sürer. Dünya gibi büyük bir cismin Ay gibi daha küçük bir cisme ulaşan ışığı engellemesi, tam tersi duruma göre çok daha kolaydır. Tam Ay tutulması süresi, 100 dakikaya kadar çıkabilir ve Dünya’nın geceyi yaşayan yarısındaki insanların çoğu tarafından görülebilir.
Dünya’nın Ay’a giden ışınları engellediği bir Ay tutulması.
İnsanlar, Ay tutulmalarını binlerce yıldır gözlemliyor. Milattan önce 2094’e dayanan Antik Sümer kil tabletlerinde, Ay tutulması ile birlikte yaklaşan kıyamet tahminlerinin kaydına rastlandı. Tarihte batıl inançlar ve tutulmalar hep birbiriyle ilişkide olmuştur. Kötülüğüyle ün salan Ay tutulması ise milattan sonra 1504 yılında, Kristof Kolomb Yeni Dünya’yı keşfettikten hemen sonra gerçekleşti. Kurtçuklar gemilerin ahşap gövdesini yediği için tamirat yapmak zorunda kalan İtalyan kâşif ve tayfası, Jamaika’da mahsur kalmıştı.
