Bölüm 1: Uzayda Mesafeler

1.1 Yıldızlara Uzaklıklar

Gece gökyüzüne baktığımızda ve tüm o yıldızları gördüğümüzde, birbirlerine çok yakınmış gibi görünürler. Ama aslında birbirlerinden oldukça uzaktırlar. Aralarındaki boşluk oldukça büyüktür.

Mesafe, astronomide oldukça önemli bir niceliktir ve ölçülmesi oldukça zordur. Yıldızlara ve galaksilere ne kadar yakın olduğumuzu bilmek zorundayız çünkü astronomideki diğer pek çok şey doğrudan bu belirli bilgilere bağlıdır; yayılan toplam enerji (parlaklık), yörünge hareketinde olan cisimler, yıldızların uzaydaki gerçek hareketleri ve gerçek fiziksel boyutları.

Yıldız patlaması kümesi fotoğrafı, NASA/Hubble Uzay Teleskobu'nun izniyle

Yıldızlar bizden o kadar uzaktırlar ki, teleskoplarda bile sadece küçük ışık noktalarıymış gibi görünürler. Uzaklık bilgisi olmadan, küçük ama çok parlak bir yıldıza mı, yoksa daha büyük ama daha sönük bir yıldıza mı baktığınızı veya hangi yıldızın bize daha yakın olduğunu tam olarak bilemezsiniz. Bu aynı zamanda galaksiler, kuasarlar, jetler ve diğer uzak fenomenler için de geçerlidir.

Gözlerimiz arasındaki mesafe bize derinlik algımızı sağlar. Bir nesneyi ortalamak için her göz belirli bir açıyla tutulmalıdır. Beyin bu açıları yorumlar ve gözün odağını ayarlar, bize nesnenin ne kadar yakın olduğunu hissettirir ve etrafımızdaki dünyanın derinlemesine bir görüntüsünü yaratır. Bu biyolojik açısal algılama, astronomide paralaks olarak adlandırılan bir mesafe hesaplama yönteminin temelidir.

Üçgenleme veya trigonometrik paralaks, bir nesneye olan mesafeyi ölçmek için iki farklı konumdan ölçülen açısal farkı kullanmanın bir yoludur. Bir yıldızın, Güneş etrafındaki yörüngemizin zıt taraflarından arka plandaki yıldızlara göre konumunu gözlemleyerek, 6 aylık gözlemlerden açısal bir fark elde etmemizi ve yıldızlar kadar uzakta olan cisimlerin mesafesini ölçebilmemizi sağlayacak geniş bir taban çizgisine sahibiz.

Trigonometrik paralaks diyagramı, Avustralya Teleskobu Sosyal Yardım ve Eğitim web sitesi izniyle

Dünya güneşten 93 milyon mil uzaktadır (1 mil ~ 1.6 km), bu mesafe dairesel yörüngesinin yarıçapıdır. Bu uzaklığa astronomide Astronomik Birim (AB) denir. Yani dünyanın yörüngesinin iki zıt konumunun arası 2 AB ya da 186 milyon mildir. Yörüngenin bir tarafından dünyaya en yakın yıldıza olan açıyı ölçmek istediğimizde, 6 ay bekleriz ve tekrar ölçeriz. Açısal farkın oldukça küçük olduğunu ve ölçerken çok büyük bir hassasiyet gerektirdiğini görürüz. Burada ve Burada paralaks ve mesafe hesaplamaları hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

Avrupa uzay ajansı, 1989 - 1993 yılları arasında 118 binden fazla yıldızı gözlemlemesi için Hipparcos Uydu Teleskobunu yolladı. Görev: Kataloglanmış yıldızların verilerini düzeltmek, Tycho ve Tycho 2 kataloglarını güncellemek. Yeni yapılmış paralaks ölçümlerinden 20.870 yıldız, % 10 veya daha az paralaks hatası kriterini karşıladı.

ESA/HIPPARCOS katalog verilerinden Ralph Biggins tarafından HIPPARCOS uydu paralaks hata grafiği. Artan mesafe ile artan yüzde hata sınırlarına dikkat edin (dikey olarak genişleyen kama)

Daha doğru ölçülmüş Hipparcos uydu verileriyle bile, 200 - 220 ışık yılı mesafede yapılan ölçümler %10'a kadar hata içerir, ve bu durum 500 ışık yılına doğru dahada kötüleşir. Bunun ötesinde, trigonometrik paralaks ölçümlerinin güvenilir olduğu düşünülmemelidir. Pogge, yukarıda bulunan Ders 5'teki bağlantıda Hipparcos verilerinin “1000 ışık yılına kadar iyi mesafeler” verdiğini iddia ediyor, ama 500 ışık yılı içerisinde yapılan yaklaşık %20 - %30 hatalı ölçümler bile kullanılmak için fazla hatalı. 1000 ışık yılı neredeyse anlaşılmaz olur, fakat bu samanyolu galaksisinin %1'i ediyor.

Bir derecelik açı, bir saatin 60 dakikaya bölünmesi gibi 60 açı dakikasına (60 ′) bölünür. Benzer şekilde, her açı dakikası 60 açı saniyesine (60 '') bölünür. Güneşimiz dışındaki tüm yıldızların paralaksı bir açı saniyesinden daha azdır. Aslında Alpha Centauri'nin paralaksı, açı saniyesinin yaklaşık 0.75'i veya yaklaşık 0.0002 derecedir. Diğer yıldızların paralaks açısı bu küçük değerden bile daha azdır.

Bir ışık yılı, ışığın bir yılda boşlukta gittiği mesafe, yaklaşık 6 trilyon mildir. 3.26'yı yıldıza olan açı saniyeye bölerseniz, ışık yıllarında ölçülen yıldıza olan mesafeyi elde edersiniz. Gökbilimciler, mesafe ölçümleri olarak ışık yılı yerine parsekleri (pc) tercih ederler. Paralaks ölçümleri sadece Güneşimize nispeten yakın bir mesafeyi doğru bir şekilde belirleyebilir.

Örnek: (3.26 / 0.75 açı saniye) = 4.36 ışık yılı (ly),
En yakın yıldıza 25,65 trilyon mil veya 1,33 parsek.
Biraz dünyamıza yakınlaşalım.

1.2 Güneş Sistemimizdeki ve Yakınındaki Uzaklıkların Modellenmesi

Robert Burnham bize sıradan mesafelerle yıldızlar arasında ne kadar boşluk olduğunu göstermek için bir model geliştirdi. Ölçeğini anlamak için birkaç gerçek mesafeyi bilmemiz gerekiyor.

(1 mil yaklaşık 1.6 km'dir)

Yukarıda belirtildiği gibi, Dünya'dan Güneş'e olan mesafe 92.960.000 mil'dir. Genellikle 93 milyon mil'e yuvarlanan bu mesafeye Astronomik Birim (AB) denir.

Bir Işık Yılı (ly) 63.294 AB'e eşittir. Tesadüfen,bu bir milin içindeki inç sayısıda neredeyse eşittir, 63.360 . Bu yüzden, 1 AB'nin (63,360 inç x 1 AB) içindeki inç sayısı ile 1 Işık yılının içindeki AB sayısı (63.241 AB ≈ 1 ışık yılı) neredeyse aynıdır. Bunlar oldukça büyük rakamlar. Hadi başlayalım.

Burnham modelinde 1 inç (1″), 1 AB veya 93 milyon mil olacak şekilde ayarladı. O zaman modelimizdeki 1 mil, 1 ışık yılına eşit oluyor. Bu ölçek 1: 6,000,000,000,000 olarak ifade edilecektir. Bir birim gerçekte altı trilyon birimi temsil eder, bu da bir ila 6 trilyon veya 1:6×10^12 ölçeğidir.

Bu ölçeği kullanarak, güneş sistemimizin bir Burnhamesque minyatür modelini oluşturmaya başlayalım. Dünya'dan Güneş'e olan mesafenin (1 AB) bir inç (Yaklaşık iki buçuk santimetre) olacağını biliyoruz. Güneş ne ​​kadar büyük olacak? Güneş'in çapı yaklaşık 870.000 mildir, bu nedenle modelimizde Güneş, bir inç'in 1 / 100'ünün biraz altında olacaktır. Bu minik bir nokta olacaktır. Dünya Güneş'ten bir inç uzakta ama o kadar küçük (0.00009'') olacak ki, onu mikroskop olmadan göremeyiz.

Plütonun yörüngesinin yarıçapı Dünyanın yörüngesinin yarıçapıından 39.5 kat daha büyük, bu yüzden Plüto güneşten 39.5 inç (yaklaşık bir metre) uzak olur.

"Güneş rüzgârının" nüfuz ettiği, Güneş'in etrafındaki bölge olan heliosfer, modelimizde yaklaşık 7 feet. (2.1336 metre)

Peki modelimizde en yakın yıldız nerede? En yakın komşumuz, 4 ışık yılı uzaklıkta bulunan Alpha Centauri'dir. Modelimizde 4 milden fazla uzaklıkta. (Yaklaşık 6 km ediyor)

Evet, 6 km. Güneş modelimiz küçük bir nokta ve bir sonraki en yakın noktaya 6 kilometre var. Arada çok fazla boşluk var. Peki bu küçük modelde galaksimiz ne kadar büyük? Model galaksi 100.000 mil boyunca (160.934 Km) uzanırdı. İnce disk ve spiral kollar bin mil kalınlığında olurdu. Merkezi yıldız çıkıntısı, yukarıdan aşağıya 6000 milden fazla olacaktır. Galaksimiz, mevcut ölçüm aletlerimizle gözlemlenebilir evrende görünen yüz milyarlarca galaksiden sadece biridir. Gece gökyüzü yıldızlarla dolu gibi görünür, ancak yıldızlar genellikle çaplarının 10 milyon katı kadar birbirlerinden ayrılır.

1.3 Mesafe ve Kütleçekimi

Newton'un kütleçekim kanunu hatırlayın, iki cismin arasındaki kütleçekim kuvveti uzaklığın karesi ile azalır. Dolayısıyla aralarında 4 mil olan iki nokta arasındaki çekim o kadarda güçlü değildir. Aralarında 4 ışık yılı bulunan yıldızlarda öyle. Gerçekte ne olduğunu bulmak için Newton'un denklemini kullanalım.

Aşağıdaki basit denklemde, çalışma sayfasının üstünde F, Newton biriminde bir kuvvettir, G, Kütleçekim Sabiti olarak adlandırılan çok küçük bir sayıdır, M1 ve M2, iki yıldızın kilogram cinsinden tahmini kütleleridir ve r, merkezleri arasındaki metre cinsinden uzaklıktır. Gökbilimciler, metrik veya S.I. sistemini inç, feet, mil, pound ve ons gibi geleneksel İmparatorluk sisteminden çok daha yaygın olarak kullanıldığı ve daha uygun olduğu için kullanıyor. Ancak hesaplamanın sonucu ölçüm sisteminizden bağımsız olarak Dünya'nın yüzeyinde etki eden “gee” adı verilen kütleçekimi ivmesi açısından sunulmuştur.

Kütleçekim Kuvveti Formülü

Alpha Centauri tarafından Güneş'e uygulanan kütleçekimi kuvvetinin hesabı

"Alpha Centauri ikili yıldız sistemi, Güneşe, Dünyanın uyguladığı "g" ivmesinin 153 trilyonda birini uygular"

Büyük kütlelerine rağmen, iki yıldız birbirlerine sadece minik bir kütleçekim ivmesi uygular. Evrendeki maddenin davranışını kontrol eden kuvvetler ne olursa olsun, yeterince güçlü olmalı ve ilgili muazzam mesafeler boyunca yeterince etkili bir şekilde çalışabilmelidir.

Newton'un kütleçekim yasası, güneş sisteminin sınırlı alanındaki çekim kuvvetlerini ve yörünge hareketlerini açıklamak için yeterince başarılı oldu. Fakat, nispeten zayıf olan kütleçekim kuvveti, ancak uzayın boş olduğu ve kütleçekimin üstesinden gelebilecek hiçbir kuvvetin olmadığı doğru olsaydı, yıldızlararası mesafeler üzerinde etkili bir şekilde çalışabilirdi.