Ölçekli güneş sistemi modeli nasıl yapılır?

GÜNEŞ SİSTEMİ
3.1 Güneş Sistemi
Güneş sistemi, Güneş, 9 büyük gezegen, bunların uyduları, kuyruklu yıldızlar, akan yıldızlar, küçük gezegenler, meteorlar ve gezegenlerarası gaz ve tozdan oluşmuş bir sistemdir. Güneş sisteminin dış sınırı Pluto yörüngesinden daha uzaklara gider. Sistemin dış sınırının Güneşten 1-2 ışık yılı ötelerde olduğu sanılmaktadır. Bu şekilde tanımlanan güneş sistemi, bilinen evren hacminin 10-30 'da birini yani teleskoplarla gözlediğimiz evrenin çok küçük bir bölümünü oluşturur. Küçük olmasına karşın önemli olmasının nedeni, bizim içinde yaşıyor olmamızdır.

Şekil 3.1: Güneş sisteminin şematik bir gösterimi. En dıştaki gezegenler Güneş’e çok uzak olduğu için tüm gezegenleri aynı şekil içinde göstermek çok zordur. Bu nedenle eşelleri farklı iki ayrı grafik görüyorsunuz.
Yukarıda yapılan tanıma göre Güneş sisteminde bir çok cisim olmasına karşın, onu tamamen boş bir uzay olarak kabul edebiliriz. Bu görüşü Güneş sistemini ölçekli olarak küçülterek şöyle açıklayabiliriz. Yer küre’miz iri bir kum taneciği büyüklüğünde olsun. Bu durumda Güneş Yer küre’den 4 metre uzakta bir portakal büyüklüğünde olur. Bu küçültülmüş sistemde Ay bir toz parçası kadardır ve Yer’den 1 cm uzaklıktadır. Merkür, Venüs ve Mars kum taneciği büyüklüğünde iken Jüpiter, Güneş’ten 20 m uzakta küçük bir kiraz gibi görülür. Jüpiterden biraz daha küçük olan Satürn, bu eşelde Güneş’ten 36 m uzaktadır. Uranüs ve Neptün nohut büyüklüğünde cisimler iken en dış gezegen Pluto, ortadaki portakaldan 150 m uzakta bir toz parçası büyüklüğünde yer alır. Güneş sisteminin diğer tüm üyeleri gözle görülemeyecek derecede küçüktür. Eğer büyük bir stadyumun orta yuvarlağına portakalı ve çevresindeki bu cisimleri koyarsak, tribünde otururken portakal hariç, diğer cisimlerin hiçbirini göremezdiniz ve yanınızdaki kişiye bu saha niçin bomboş diye sorardınız.
Güneş Sisteminin Yapısı ve Genel Özellikleri
Gezegenler, Kepler ve Newton yasalarına göre Güneş etrafında elips yörüngelerde dolanırlar. Gezegen yörüngelerine ilişkin veriler; Ek 5 deki (Sayfa 263) çizelgede verilmiştir. Söz konusu çizelgenin incelenmesinden, gezegenlerin yörünge düzlemlerinin birbirlerine çok yakın olduğu görülür. Örneğin; Merkür ve Pluto yörüngelerinin Yer yörüngesi ile aralarındaki açı sırasıyla 7° ve 17.2° ’dir. Diğer tüm gezegenlerin yörünge düzlemleri ise Yer yörüngesi ile 3.4°’den daha küçük açılar yaparlar. Bu nedenle güneş sistemi bir disk şeklindedir. Bu diske kuzey yönünden bakıldığında tüm gezegenlerin saatin ters yönünde Güneş etrafında dolandıkları görülür. Ayrıca, yine aynı yönden bakıldığında, Venüs ve Uranüs dışında tüm gezegenler eksenleri etrafında yine saatin ters yönünde dönerler. Astronomide yörüngedeki harekete “dolanma”, eksen etrafındaki harekete ise “dönme” denir.

Şekil 3.2: Fotografta, tüm gezegenlerin büyüklüklerinin Güneş'le karşılaştırılması görülmektedir. Doğal olarak fotograf yapaydır, her gök cisminin görüntüsü belirli bir eşele indirgendikten sonra aynı kareye yerleştirilmiştir.
sekil33

Şekil 3.3: Değişik Güneş Sistemi üyelerinin uydu görüntüleri. Büyüklükler orantılı değildir. Üyelerin isimleri sırasıyla Venüs, Yer, Mars, Uranüs'ün uydusu Miranda, Jüpiter, Jüpiter'in uyduları Ganymede ve Io, Satürn'ün uydusu Rhea ve Neptün.

Gezegenlerin Güneş’e olan uzaklıklarını basitçe göstermek için 1766 tarihinde iki Alman bilim adamı (Titius ve Bode) bir yasa ortaya koydular. Bu yasaya göre önce bir serinin terimleri yazılıyordu.
4, 4+(3x20), 4+(3x21), 4+(3x22), 4+(3x23), 4+(3x24), ....
Daha sonra her terim 10 ile bölünüyordu.
0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0, 19.6, 38.8, 77.2 ....
Ortalama Güneş-Yer uzaklığına bir gök birimi (GB) denir ve cisimler arasındaki uzaklıkların çok büyük olduğu gök bilimde, uzaklık birimi olarak kullanılır. Bu birime göre, elde ettiğimiz sayılar bize gezegenlerin Güneş’ten olan uzaklıklarını vermektedir. Çizelge Ek 5'de bugün kesin olarak bildiğimiz ortalama gezegen-Güneş uzaklıkları verilmiştir. 2.8 GB değerine karşılık gelen boşluk dışında Titius-Bode yasasından bulunan değerlere özellikle, Güneş’e yakın gezegenler için çok yakındır. Güneş’ten uzaklaştıkça gezegenlerin gerçek uzaklığı ile yasanın verdiği uzaklıklar arasındaki fark da büyümektedir.
Son üç yüzyıldır, pek çok gök bilimci bir dedektif gibi çalışarak güneş sisteminin kökenini öğrenmeye çalışmışlardır. İpuçlarını bulmak için sürekli gözlem yapmışlar, daha kaliteli gözlem verileri elde etmek için âletler geliştirmişlerdir. Bu çalışmalar sonucu, güneş sisteminin evrimi konusunda çeşitli modeller ileri sürülmüş, zamanla bu modellere yeni eklemeler veya bazı küçük değişiklikler yapılmıştır. Her yeni gözlemsel veri ışığında, modellere yeni düzeltmeler getirilmiştir.

Şekil 3.4: Bir toz bulutundan güneş sisteminin oluşumu görülmektedir. Yapılan bazı modellere göre bu oluşum yaklaşık 100 milyon yıl almıştır. Daha sıcak bölgede bulunan yersel gezegenler güneş bulutsusundan kayalık materyali toplarken, soğuk bölgede oluşan dev gezegenlerin kimyasal yapısı hidrojen ve helyumdur. (a) Güneş bulutsusunun ilk durumu. (b) 50 milyon yıl sonraki ilk güneş sistemi. (c) Yaklaşık 100 milyon yıl sonra gezegenlerin oluşumu.

Bugün sonuç olarak, çok sayıda modelle karşı karşıyayız. Bunların hiçbiri evrensel kabul görmemesine karşın hiç benimsenmeyen modellerin sayısı çok azdır. Bu duruma neden, kesin bir kriterin bulunmayışıdır. Yani, yeni yapılan gözlemler sonucunda bir modeli seçip diğerlerini atma olanağımız yoktur. Modellerin çok esnek olmasından dolayı, bilim adamları yeni gözlemlerden elde ettikleri sonuçları kolaylıkla kendi modellerine uyarlıyabilmişlerdir.
Sözü edilen bu modelleri temelde dayandıkları bazı olgulara göre çeşitli kriterler altında inceleyebiliriz. Güneş ve gezegenlerin aynı zamanda yani, eş zamanlı oluşup oluşmadığını ileri süren veya bunların kozmik kimyasal bileşime (bkz. Bölüm 5) sahip yıldızlararası maddeden mi yoksa aynı maddenin yıldız merkezinde değişmesi sonucu oluşmuş yeni yıldızıl maddeden mi var olduklarını kabul eden modelleri örnek verebiliriz. Bu iki temel bilgiye göre güneş sisteminin kökeni konusunda ortaya konulan modelleri dörde ayırabiliriz.
İlk tür modellere göre Güneş ve gezegenler aynı zamanda ve kozmik madde içeren aynı bir yıldızlararası buluttan oluşmuştur. Bu modelde, yıldızlararası bulutun parçalanması, çok hızlı dönen bir gaz kütlesi oluşturmuş ve bu kütle daha sonra yassı bir disk şeklini almıştır. Bu bulutta, buharlaşamayan elementler yoğunlaşmışlar ve dönme merkezinden nispeten uzakta olan soğuk bölgelerde gezegenleri oluşturmak için yığılmışlardır. Bu arada merkezi bölge Güneş'i oluşturmak için büzülmüştür.
İkinci tür modellerde, gezegenler yıldızlararası materyal içeren bir buluttan oluşur. Fakat bu bulut daha önce oluşmuş Güneş'in, sonradan yakaladığı bir başka buluttur. Belirli evrelerde Güneş, galaksimizin sarmal kollarında bulunan yoğun gaz bulutlarının içinden geçer. Büyük çekim alanına sahip Güneş, bu gazın bir bölümünü yakalayabilir. Yakalanan bu materyal, sonradan Güneş etrafını sararak gezegenleri oluşturan bulutsuyu meydana getirdi. Bu tür modellerin değişik bir şekli de, genç Güneş'in geride hiç artık gaz bulutu bırakmadan oluştuğunu ve bu evrede kuvvetli bir manyetik alana sahip olduğunu kabul eder. Manyetik alan nedeniyle, çevresindeki Güneş ışınları ile iyonlaşmış atomları ve büyük çekim alanı sonucu da yüklü yüksüz her türlü parçacığı kendisine doğru çekmiştir. Parçacıkların bu yakalanma süreci sırasında dönen Güneş'in etrafında bir disk oluştu. Bu diskte buharlaşamayan elementler yavaş yavaş yoğunlaşarak gezegenleri oluşturdu. Bu modelin bir öncekinden farkı, yoğun gaz bulutuna gereksinme olmayışıdır.
Üçüncü tür modele göre, Güneş bir çift yıldızın bileşeni olarak oluştu. Yoldaş yıldız bazı nedenlerden dolayı sistemden ayrıldı ve ona ait maddeler uzaya dağıldı. Gazların çoğu Güneş tarafından çekildi ve önceki modellerde olduğu gibi bulutsu oluşmuş oldu. Bu modelde bulutu oluşturan maddeler yıldızıldır ve iki yıldız aynı zamanda oluştuğu için dolaylı olarak eşkökenlilik vardır.
Dördüncü gurubun kapsadığı modeller, yıldız çarpışmalarını içerir. Öneriye göre, Güneş’e çok yakın geçen bir yıldız çekimsel olarak büyük tedirginliklere neden olur. Bu tedirginlikler sonucu, Güneş’in en dış katmanları ani bir şekilde dışarı atılır. Sonunda maddeler uzaya yayılır ve Güneş etrafında bir yörüngede dönmeye başlarlar. Model, yıldızıl materyal gerektiriyor fakat Güneş ve gezegenler arasında eş kökenlilik öngörmemektedir.
Bu modellerin doğruluğunu, bazı gözlenen olgularla karşılaştırarak test edebiliriz. Son yılların en önemli astrofizik gözlemlerinden biri, ağır hidrojen (deuteryum) bolluğunun, normal hidrojen bolluğuna oranının ölçülmesidir (D/H). Bu oran, yıldızlararası ortamda ve Jüpiter atmosferinde aynıdır, Güneş atmosferinde ise çok düşüktür. Bunun açıklaması çok basittir: Deuteryum termonükleer tepkimelerde kararsız bir izotoptur. Öyle ki zaten çok az bolluğa sahip olan bu izotop, yıldızın iç yapısındaki fiziksel koşullarda tamamen yok olabilir. Gezegen materyalinin kimyasal bileşimi, yıldızlararası madde ile aynı olduğundan dört gruptan ikisini eleyebiliriz. Yani gezegenler, yıldızıl maddeden değil yıldızlararası maddeden oluşmuştur.
Uzun yarı yaşam süresine sahip radyoaktif izotopların bolluklarını ölçerek gezegenlerin yaşını duyarlı olarak saptayabiliriz. Örneğin; rubidyum-87, toryum-232 ve uranyum-238 izotoplarının yarı yaşam süreleri sırasıyla 5x1010, 2x1010 ve 4.5x109 yıldır. Bu radyoaktif izotopları meteoritlerde, Ay kayalarında ve Yer kayalarında bulmak mümkündür. Bu ölçümler gezegenlerin 4.5 milyar yıl önce katılaştığını, yani oluştuğunu göstermektedir. Bu ölçümün hatası yaklaşık ±100 milyon yıldır. Güneş’in yaşını doğrudan ölçemeyiz. Dolaylı olarak bulmak mümkündür. Bu tür çalışmalar sonucunda da Güneş'in yaşı yaklaşık 4.5 milyar yıl bulunmaktadır. Bu, Güneş’in ve gezegenlerin eş zamanlı oluştuğu anlamına gelmektedir.

kaynak

MsXLabs Üye Girişi