Sevgili okurlarımız ODTÜ Fizik Profesörlerinden ve Fen-Edebiyat Dekanı Halil Kırbıyık her on beş günde bir “Uzay Penceresinden” adlı köşesinde değerli ve öğretici yazıları ile bizlerle birlikte olacaktır. Bugün ilk yazısını sizlerle paylaşmaktan memnuniyet duymaktayız.

UZAY PENCERESİNDEN

YILDIZIMIZ: GÜNEŞ

Prof. Dr. Halil Kırbıyık - ODTÜ  (E)

            Değerli okurlar, bu köşede sizlerle, on beş günde bir buluşarak, astronomi ve uzay konularında;  eğitimci ve idareci olarak yaşadığım deneyimlerimi paylaşacağım. Evrenin oluşumunu, ivmelenerek genişlemesini, zamanın sıfır olduğu andan bugüne gelişini ve geçirdiği süreçleri anlatacağım. Haydi başlayalım.

Evreni tanımak için çıktığımız yolda önce en yakın yıldız olan güneşten başlayalım. Uzaya adım atarken yakın çevremizi anlamak ve tanımak büyük yapıyı anlamamızı kolaylaştıracaktır.

Kimyasal yapı olarak güneş, yaklaşık yüzde yetmiş sekiz hidrojen, yüzde yirmi helyum ve yüzde iki oksijen, karbon, demir gibi ağır elementlerden oluşmaktadır.

Güneş sistemimiz, sekiz gezegen (Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün), asteroitler ve kuyruklu yıldızlar gibi güneş etrafında dolanan gök cisimlerini içerir. Güneş sistemindeki dokuzuncu gezegen olan Pluto, 2006 yılında Uluslararası Astronomi Birliği’nce gezegenlikten düşürülmüş ve cüce gezegen olarak tanımlanmıştır. Merkür, Venüs, Dünya ve Mars iç gezegenler olarak tanımlanmaktadır. Mars ötesindeki diğer dördü ise dış gezegenler olarak tanımlanır.

Güneşin Dünya’ya uzaklığı 150 milyon km dir.  Bu uzaklık dünya yörüngesinin elips olmasından dolayı yıl içinde farklılaşmaktadır.               

Güneş ve güneş sisteminin oluşumu hakkındaki kuramdan kısaca söz ederek başlayalım. Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce güneş sisteminin yerinde gaz ve toz bulutu vardı. Kütle çekimsel etki ile gaz ve toz bulutunda merkeze doğru çökme başladı ve iç dinamiği nedeniyle dönme hareketi ile beraber merkezde güneş oluştu. Güneş sisteminin ilk öncül gaz bulutunu oluşturan etmenin daha önce o bölgede yaşanmış bir yıldız (süpernova) patlamasının olduğu düşünülmektedir. Süpernova patlaması sonucu ortaya çıkan kozmik küllerden de güneş sistemi oluşmuştur. Başka bir deyişle sadece güneş ve gezegenler değil tüm canlı-cansız varlıklar olarak her şey söz edilen kozmik küllerden oluştu.

İlk gaz bulutundan başlayarak güneşin evrimi çalışıldığında bugüne gelebilmesi için yaklaşık 4,5 milyar yıl geçmesi gerekmektedir. Hesaplamalar bunu göstermektedir. Yapılan çalışmalar, şu anda merkezinde hidrojen yaktığını (aktif hidrojen bombası patlamaları olmaktadır) ve güneşin enerjisinin 4 hidrojen atomunun yakılarak helyum atomuna dönüşmesi sırasında ortaya çıkan kütle farkından kaynaklandığına işaret etmektedir. Yanmada etkileşime giren dört hidrojen atomunun kütlesi bir helyum atomunun kütlesinden fazladır. Kayıp kütle A. Einstein’ın E=mc2 denklemine göre enerjiye dönüşmekte ve bu enerji de Dünya’ya hayat vermektedir.

Çekirdek tepkimelerinin yaşandığı ve hidrojenin yakıldığı merkezdeki sıcaklık milyon derece mertebesindedir. Merkezindeki hidrojenin yaklaşık %10’u yakıldıktan sonra veya helyuma dönüştürüldükten sonra merkezdeki çekirdek tepkimeleri durur. Zira sıcaklık helyum atomlarını yakmaya yetmez. Nükleer enerji musluğu kapanmıştır. Bu aşamada Güneş diğer enerji musluğunu açar. O da çekimsel enerjidir. Çekimsel çökme devreye girer; çökme enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve sıcaklık 100 milyon dereceye (108) çıktığında helyum atomları yanmaya başlar. Helyum yanması sonucu merkezde karbon (kömür) birikmeye başlar. Merkezdeki helyumun yanması bittikten sonra artık karbon çekirdekli bir güneşimiz var demektir. Karbon çekirdeğin dışındaki daha soğuk kabuk kısmında ise hala helyum ve hidrojen vardır.

Helyum yanması şiddetli bir patlama şeklinde olur. Bu süreçte dış katmanlar genişleme gösterir ve yıldız fiziki olarak büyür. Hacmi genişler. Güneş, astronomi dilinde kırmızı dev olmaktadır. Çekirdekte helyum yanması yaklaşık 5 milyar yıl sürecektir. Güneşimiz kırmızı dev evresindedir. Kırmızı dev olması aşamasında güneşin yarıçapı büyüyecek ve en yakınındaki Merkür ve Venüs gezegenlerini yutacak ve dış katmanları dünyaya ulaşacaktır. Böylece dünyadaki canlı yaşam son bulacak; tam anlamıyla kıyamet kopacaktır. Bundan sonra yaşanabilir gezegenler hangileri olacaktır; onun cevabını kesin olarak bilmek mümkün değil. İşte bu sebepledir ki uzayda başka gezegenlerde ve başka yıldızlarda öte gezegenlerin varlığı peşinde koşmak önemlidir.

Helyum yanması patlamalı olur demiştik. Patlamalı helyum yanması sonucu açığa çıkan enerjinin etkisiyle güneşin dış katmanlarındaki madde uzaya veya çevresine atılır. Merkezde kalan karbon çekirdekli kütle, atılan maddeyi çekimsel kuvvetle yıldızın veya güneşin etrafında tutar ve astronomide “gezegenimsi bulutsu” (planetary nebula) adı verilen ve kütlesi küçük olduğu için cüce fakat yüzey sıcaklığı yüksek olduğu için de beyaz sıfatları kullanılarak “beyaz cüce” (white dwarf) olarak tanımlanır. Güneş beyaz cüce olduktan sonra ömrünü tamamlamak üzere, düşük ışınım gücü ile sakin bir hayat sürer ve yaklaşık 10 milyar yıl sonra hiç ışık yaymaz hale gelir ve güneşimiz ölmüş olur. Başka bir deyişle kara bir cisim olur. Böyle bir son, küçük kütleli yıldızlar (kütlesi 1,44 güneş kütlesi ve altında olanlar) için geçerlidir. Daha büyük kütleli yıldızların sonu daha dramatik olacakatır. Bunu da başka bir yazımızın konusu yapacağız.