Paralaks Nedir? Gök Cisimlerinin Uzaklıkları Nasıl Ölçülür?

Paralaks ya da diğer bilinen ismiyle ıraklık(uzaklık) açısı, uzaklığı belirlenmek istenen bir cismin, iki farklı noktadan gözlemlendiği zaman arka plandaki cisimlere göre değişen konumunun açı cinsinden bir karşılığıdır. Bir diğer ifadeyle paralaks, gözlemcinin konumundaki değişikliğe bağlı olarak cismin yerinin değişmesidir.

Örneğin kolumuzu uzatıp, gözümüzden işaret parmağımıza kadar olan mesafeyi bulmak için paralaks yöntemine başvurabiliriz. İnsanın sağ ve sol gözleri arasında belirli bir uzaklık vardır. Eğer işaret parmağımıza, sol gözümüzü kapatıp sağ gözle bakarsak ve sonra da sağ gözümüzü kapatıp sol gözümüzle bakarsak, işaret parmağının yerinin değiştiğini fark ederiz.

Şimdi işaret parmağının uzaklığını ölçmek için bilmemiz gereken iki değer vardır: Birincisi, sırayla sağ ve sol gözümüzden baktığımızda işaret parmağının konumunda meydana gelen değişimin açı cinsinden ölçüsü. İkincisi ise sağ ve sol gözümüzün arasındaki mesafe. Bu iki değeri bildiğimiz takdirde işaret parmağımızın bizden ne kadar uzakta olduğunu hesaplayabiliriz.


Görsel: Sağ ve sol gözlerimiz arasında küçük de olsa bir mesafe vardır. R burada sağ gözü, L ise sol gözü temsil etmektedir. Parmağımıza eğer sadece sağ gözümüzle bakarsak onu D konumunda, sadece sol gözümüzle bakarsak C konumunda görürüz.

Gök Cisimlerinin Uzaklıkları Nasıl Ölçülür?

Paralaks, gök cisimlerine olan uzaklıkları belirlemede astronomi alanında kullanılan ilk ve en temel yöntemlerden birisidir. Herhangi bir fizik bilgisi ya da modern kozmoloji bilgisi gerektirmeyip, yalnızca geometri bilgisi gerektirdiği için de tarihin çok eski dönemlerinden beri gök cisimlerinin uzaklığını belirlemede insanlar tarafından kullanılmış olduğunu söyleyebiliriz.

Gezegen, Ay, yıldızlar ya da Güneş gibi gök cisimlerinin uzaklıklarını ölçmek amacıyla astronomlar paralaks yönteminden faydalanmaktadır. Ancak her gök cisminin uzaklığı birbirinden oldukça farklı olduğu için, kullanılan paralaks yöntemleri de farklılık gösterir. Aşağıda göreceğimiz üzere, gök cisimlerin uzaklıklarına bağlı olarak tarih boyunca farklı paralaks teknikleri kullanılmıştır. Bunlardan en bilineni ise “yıldız paralaksı” ya da “yıllık paralaks” olarak bilinen yöntemdir.

Ay Paralaksı

Ay, bildiğimiz kadarıyla Dünya’ya en yakın gök cismidir. Yaydığı ışıkla ve büyüklüğüyle gökyüzünde büyüleyici bir görüntüsü olan Ay, eski çağlarda yaşayan insanların dikkatini çekmiş ve onun Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu öğrenmek istemişler. İyi derecede matematik ve geometri bilgisine sahip Antik Yunanlar, bu sorunun üstesinden yine matematik ve geometriyle gelmişlerdir.

Ay paralaksını ölçmek için Dünya üzerindeki iki farklı konumdan aynı anda Ay’ın gökyüzündeki konumunun belirlenmesi gerekir Ölçüm, Dünya üzerindeki iki farklı yerden yapılacağı için, Ay’ın gökyüzündeki konumu da her iki yerden bakıldığında farklılık göstereceğinden, bu farklılığa bakarak ve iki konum arasındaki mesafeyi bilerek Ay’ın uzaklığı hesaplanabilir.

Ancak bu yöntem, Dünya üzerindeki her iki konumda da bulunup aynı anda gözlem yapmayı gerektirir. Ya da her iki konumdan Ay’ın fotoğrafı çekilip, çekilen fotoğrafların karşılaştırılması gerekir. Eski çağlarda yaşayan insanlar açısından böyle bir şeyin mümkün olmadığı açıktır. Ancak Milattan önce yaşamış bir Antik Yunanlı, bu konuyla pek de alakası olmayan bir doğa olayını gözlemleyerek Ay’ın uzaklığını bulabilmişti.

Görsel: Dünya üzerindeki A ve B yerlerinden yapılan gözlemlerde, Ay’ın gökyüzündeki konumunun açısal olarak değiştiği görülecektir. Bu açısal değerdeki farklılıktan yola çıkarak, Ay’ın ne kadar uzakta olduğu trigonometrik yöntemle hesaplanabilir.

O kişi ise, M.Ö 2.yüzyılda yaşamış ünlü astronom Hipparkos‘du. Hipparkos, tarihte Ay’ın uzaklığını belirlemeye yönelik paralaks ölçümünü ilk gerçekleştiren kişilerden birisidir.. Kayıtlara göre Hipparkos, o zamanlar Hellespont olarak da bilinen, günümüzde Çanakkale sınırları içinde kalan yerden bir Güneş tutulmasına şahit olur. İskenderiye şehrinden de gözlemlenebilen Güneş tutulması, her iki şehirde de farklı bir görünüm almıştı. Çünkü İskenderiye’deki tutulmada Ay, Güneş’in yüzeyinin 4/5’inii kaplarken, Çanakkale’den bakılınca Güneş’in yüzeyini tamamen kaplıyordu.

Aslında aradaki bu 1/5’lik fark, her iki şehrin arasındaki mesafeye bağlı olarak ortaya çıkmıştı. Şimdi Hipparkos’un Ay’ın uzaklığını bulabilmesi için, Çanakkale-İskenderiye arasındaki uzaklığı bulması gerekiyordu. Böylece paralaks için gereken iki gözlem noktası arasındaki mesafeyi bulmuş olacaktı. Bu mesafeyi bulunca da gözlemlenen cismin(Ay’ın), her iki noktadan(İskenderiye ve Çanakkale) gözlemlendiği zaman konumundaki değişimin ölçüsüne bakarak Ay’ın uzaklığını belirleyebilecekti. Hipparkos, yaptığı hesaplar sonucu Ay’ın mesafesi için 375.000 – 445.000 kilometre arasında değişen bir değer vermiştir.

Görsel: Güneş Tutulması esnasında Ay, Güneş’i tamamen kaplarsa Tam Tutulma olur. Ancak Dünya üzerindeki her konumdan tam tutulma gözlemlenmez. Örneğin görselde Dünya üzerindeki A konumundan bakan bir gözlemci, Ay’ın Güneş’i tamamen tutulmaya uğrattığını gözlemlemiş olsun. B noktasındaki gözlemci ise bir tam tutulma izlemeyecektir. Çünkü Ay’ın Güneş’i tam olarak örtemediğini görecektir. Aradaki bu farktan Ay’ın Dünya’dan ne kadar uzakta olduğu hesaplanabilir.

Hipparkos’un Ay’ın uzaklığını belirlemede, Dünya üzerindeki iki konum arasındaki mesafe farkından yararlandığını görüyoruz. Ancak yukarıda da bahsedildiği gibi her iki konumdan aynı anda Ay’ı gözlemlemek imkansız olduğundan, Hipparkos Güneş tutulması fenomeninden yararlanmıştı. Ay’ın Güneş’i ne kadar örttüğü, her iki şehirde yaşayan gözlemciler tarafından kaydedildiği için, bu farktan yola çıkarak Hipparkos kolaylıkla Ay’ın mesafesini hesaplayabilmiştir.

Gezegenlerin Uzaklığı

Gezegenlerin uzaklığını belirlemek amacıyla da yukarıdaki yöntemden yararlanılabilir. Ancak gezegenler, Ay’a göre daha uzakta olduğu için, gezegenlerin konumunda bir değişiklik saptayabilmek amacıyla İskenderiye-Çanakkale arasındaki uzaklıktan daha fazlası gerekebilir.

Bunun için Dünya’nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü temel alınabilir. Dünya, 12 saat boyunca kendi ekseni etrafında yarım tur attığı zaman, üzerindeki her nokta aslında bir Dünya yarıçapı kadar mesafe almış olacaktır. Bir diğer ifadeyle Dünya üzerindeki gözlemci, 12 saat boyunca yaklaşık 6.371 kilometre kat etmiş olur. Bu durumda gözlemcinin 12 saatlik arayla, uzaklığını ölçmek istediği gezegenin gökyüzündeki konumunu ayrı ayrı belirlemesi gerekir.

Örneğin gün doğumundan önce, gezegenin gökyüzündeki konumu tespit edilir. 12 saat sonra Dünya kendi ekseni etrafında yarım tur attığı zaman gözlemci artık 6371 kilometre batıya hareket etmiştir. Günbatımından sonra da aynı gezegenin konumunu kaydeden gözlemci, gündoğumu ve günbatımı esnasında gezegenin gökyüzündeki konumları arasındaki farktan, o gezegenin ne kadar uzakta olduğunu hesaplayabilir. Dünya’nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünden yararlanarak gök cisimlerinin uzaklıklarını hesaplama yöntemine günlük(diurnal) paralaks denir.

Yıldız Paralaksı – Yıldızların Uzaklığı Nasıl Ölçülüyor?

Her ne kadar Ay ve gezegenlerin mesafesi, Dünya üzerindeki herhangi iki konumun arasındaki mesafeye dayanarak ölçülebilse de yıldızlar için bu durum mümkün değildir. Çünkü yıldızlar, Ay ve gezegenlere göre oldukça uzaktadır. Öyle ki bizden uzaklıkları ışık yıllarıyla ifade edilmektedir.

Yıldızların ne kadar uzakta olduğunu belirlemek için bir başka olaydan yararlanılır: Dünya’nın Güneş etrafındaki dönüşü. Dünya, Güneş’ten ortalama 149 milyon kilometre uzaklıkta dönmektedir ve bu aynı zamanda Dünya’nın yörünge yarıçapıdır. Yörünge çapı ise yaklaşık 300.000 kilometreye denk gelir.

Dünya, Güneş etrafındaki yörüngesinde altı ay sürecek şekilde döndükten sonra, altı ay önceki konumundan 300.000 kilometre uzakta olur. İşte bu uzaklık, yıldızların mesafesini belirlemede kullanılan uzaklıktır. Altı aylık sürenin geçmesinin beklenmesinin nedeni de Dünya’nın, ancak bu kadar süre geçtikten sonra yörüngesinin en uç iki konumunda bulunacak olmasıdır.

Görsel: Dünya, yörüngesinin her iki uç konumunda bulunduğu zamanlarda gökyüzündeki yıldızın konumu belirlenir. Yıldızın her iki gözlemde görülen konumundaki farktan, astronomlar yıldızın mesafesini belirleyebilmektedir. Buna “yıldız paralaksı” denir.

Uzaklığı belirlenmek istenen yıldızın, örneğin Haziran ayında gökyüzündeki konumu kaydedilir. Altı ay sonra Dünya, Güneş’in öbür tarafına geçtiği zaman aynı yıldızın konumu bu sefer Ocak ayında tekrar gözlemlenir. Her iki konumdan yapılan gözlemler neticesinde elde edilen gözlem kayıtlarında, yıldızın gökyüzündeki yerinin değiştiği saptanır. Bu farktan yola çıkan astronomlar, trigonometrik yöntemle yıldızın uzaklığını belirleyebilir.

Yıldızların Uzaklığını Belirlemede Kullanılan Ölçüm Birimi

Astronomlar, gökyüzündeki herhangi bir yıldızın uzaklığını belirlemek için, Dünya ile Güneş arasındaki ortalama mesafeyi kullanmaktadır. Bu ortalama uzaklık, 149 milyon kilometreye karşılık gelip, “1 Astronomik Birim” olarak adlandırılır.

Yıldızlar çok uzakta olduğu için görünür konumlarındaki değişimin paralaks cinsinden ifadesi de oldukça küçük olmaktadır. Bu yüzden astronomlar, yıldızın değişen konumunu ifade etmek için “yaysaniye/arcsecond” ifadesini kullanmaktadır. 1 yaysaniye ise o kadar küçük bir açıyı belirtir ki 1 derecenin yalnızca 3600’de birine denk gelmektedir.

Şimdi Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin karşılığı olan 1 astronomik birimin uzunluğunu, bir yay saniyenin tanjantına bölersek elde edeceğimiz değer yaklaşık 30.9 trilyon kilometre ya da bir diğer ifadeyle 3.26 ışık yılına karşılık gelecektir. Bu 3.26 ışık yılı ise 1 parsec yani 1 paralaks saniyesi olarak adlandırılır. Bir parsec, yıldız gibi çok uzak gök cisimlerinin uzaklıklarını belirlemek amacıyla kullanılır.

Örneğin Güneş’ten sonra bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri, 4.24 ışık yılı uzaklıktadır. Proxima Centauri’nin paralaks açısı, yukarıdaki yıldız paralaksı yöntemine göre ölçüldüğü zaman 0.7685 yaysaniyesine karşılık gelmektedir. 1 Astronomik Birim mesafesini bu değere böldüğümüzde, Proxima Centauri’nin 4.24 ışık yılı uzaklığında olduğunu bulabiliriz.

Proxima yıldızının konumundaki bu açı değişiminin ne kadar küçük olduğunu anlamak için şöyle bir örnek verebiliriz. Yaklaşık 5 kilometre uzaklıktan bir gemiyi gözlemlediğinizi hayal edin. Göreviniz ise bu geminin yalnızca 2 santimetrelik bir hareketini tespit etmektir. İşte astronomların, yıldız gibi uzak gök cisimlerinin mesafelerini tespit etmekte karşılaştığı zorluk da buna benzer. Bu yüzden yüzyıllar boyunca insanlar, yıldızların uzaklıklarını ölçememişlerdir. Bunu başarmak için de hassas ve gelişmiş teleskopların icat edilmesi gerekecekti.

Görsel: 1 parsec(3.26) ışık yılı uzaklığındaki bir yıldızın 1 astronomik birim mesafeye göre konumundaki değişimin açısal karşılığı 1 yay saniyedir. 1 yay saniye, 1” olarak gösterilir.

Tarihte Paralaks Yöntemiyle Yıldızların Uzaklığının Belirlenmesi

Yıldız paralaksı o kadar küçüktür ki astronomlar 19.yüzyıla kadar yıldızların ne kadar uzakta olduğunu ölçememiştir. Hatta yıldızların uzaklığının belirlenememesi, Nicolaus Copernicus’un ortaya attığı Güneş merkezli evren modeline karşı sunulan en önemli argümanlardan birisi olmuştu. Çünkü yıldızların uzaklıklarını ölçmeye yarayan paralaks yöntemi, Dünya’nın Güneş’in etrafında dönmesini gerektiriyordu. Yıldız paralaksının ölçülememesi, onlara göre Dünya’nın Güneş etrafında dönmediği anlamına geliyordu.

Yüzyıllar boyunca insanların sahip olduğu bir diğer inanış da yıldızların çok da uzakta olmadığı şeklindeydi. Güneş merkezli evren modelini kabul etmeyenler, “Eğer yıldızlar gerçekten uzakta değilse ve buna rağmen yıldız paralaksı ölçülemiyorsa, o zaman Dünya Güneş’in etrafında dönmüyor”, diye düşünmüştü. Halbuki işin gerçeği, yıldızların inanılmaz uzaklıklarda olmasıdır. Bu yüzden de yıldızların uzaklıkları, çok hassas teleskopların yardımı olmadan ölçülememiştir.

Yıldız paralaksını tarihte ilk defa ölçmeyi başaran kişi, Alman-Rus bilim insanı Friedrich Bessel’dir. 1838 yılında Bessel, “61 Cygni” olarak bilinen ikili yıldız sisteminin paralaks açısını ölçmüş ve bu değeri 0.314 yay saniyesi olarak bulmuştu. Bessel’in herhangi bir yıldızın mesafesini ilk defa ölçebilme başarısı, yıldızların da uzaklıklarının belirlenebildiği konusunda astronomlara cesaret vermişti. Ancak bu yöntem, sadece yakın yıldızlar için geçerli bir yöntemdi.

Paralaks açısını belirlemede Dünya’dan yapılacak gözlemler açısından kullanabileceğimiz en büyük ölçü mesafesi, Dünya’nın yörünge çapıdır. Bu ölçü mesafesini kullanarak da herhangi bir yıldıza dair belirleyebileceğimiz en küçük açı da 0.02 yay saniyesidir. Bu da yaklaşık 50 parsek yani 165 ışık yılına denk gelir. Yani en fazla 50 parsek uzaklıktaki yıldızların görünür konumlarındaki açısal değişimi tespit edebiliriz. Bunun sebebi ise Dünya’nın atmosferidir. Atmosferdeki moleküller, yeryüzündeki teleskopların ne kadar uzağı hassas bir şekilde gözlemleyebileceklerini sınırlamaktadır.

Bu yüzden Dünya yörüngesine gönderilecek araçlarla gök cisimlerinin uzaydan mesafeleri ölçülme girişimine başlanmıştır. Bu girişimlerden ilki ise Hipparkos görevidir.

Hipparcos Görevi

Adını, tarihte ilk defa Ay’ın uzaklığını ölçmeyi başaran insanlardan biri olan Antik Yunan döneminde yaşamış Hipparkos’dan alan Hipparcos uydusu, “”High Precision Parallax Collection Satellite”(Yüksek Hassaslıklı Paralaks Toplama Uydusu) ismiyle 1989 yılında faaliyete başlamıştır. Hipparkos uydusu 1989 yılında Dünya yörüngesine fırlatılmış ve orada üç yıl boyunca görev yapmıştır.

1997 yılında uydudan gelen veriler, toplamda 117.955 yıldızın, 0.001 yay saniyeye kadar olan hassaslık derecesiyle konumlarını, uzaklıklarını ve galaktik hareketlerini içermektedir. 0.001 yay saniyesi ise astronomların 300 ışık yılından daha uzaktaki yıldızların mesafelerini belirleyebilecekleri anlamına geliyordu. Bu başarı, Dünya yüzeyindeki teleskopların ulaşabileceği sınırdan çok daha ötesiydi aslında.

Görsel: Hipparkos Uydusu

Hipparkos’dan gelen verilerin, astronomideki birçok alan üzerinde derinden bir etkisi de olmuştu. Astrometri alanında kat edilen bu yol, yıldızların parlaklık ve kimyasal oluşumları gibi birçok özelliklerinin belirlenmesine imkan sağlayarak, astrofizik alanındaki yıldızların iç yapısının incelenmesine yönelik çalışmalara oldukça faydalı olmuştur.

Ayrıca Hipparkos Görevi’nin paralaks ölçümleriyle elde ettiği yıldızların uzaklıklarına ilişkin bilgiler, kozmologların evrenin genişleme hızı ve yaşı gibi konulara ilişkin daha doğru tahminler vermesine de yardımcı olmuştur.

GAIA Görevi

Avrupa Uzay Ajansı’nın Hipparkos’tan sonra, 2013 yılında “GAIA”(Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) isimli projesini hayata geçirerek 21.yüzyıl astrometri alanında bir devrim gerçekleştirmiştir. GAIA’nın görevi, sistematik olarak gökyüzünü taramak, yaklaşık bir milyar yıldızın konumu, paralaksı ve gibi ölçümleri gerçekleştirmekti. Bir milyar yıldız ise Samanyolu Galaksisi’nde bulunan yıldızların yaklaşık %1’ine denk gelmektedir. Yıldızların uzaklıklarını, 0.00001 yay saniyeye kadar ölçme hassaslığına sahip GAIA misyonu, 30.000 ışık yılı uzağa kadar olan yıldızların mesafesini ölçebilmektedir.

Kaynaklar:

1- Wikipedia, “Cosmic Distance Ladder”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_distance_ladder>. (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

2- Wikipedia, “Stellar Parallax”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_parallax>. (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

3- Wikipedia, “Parallax”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Parallax>. (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

4- Las Cumbres Observatory, “Parallax and Distance Measurement”. <https://lco.global/spacebook/distance/parallax-and-distance-measurement/>. (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

5- Evrim Ağacı, “Gök Cisimleri Arasındaki Uzaklığı Nasıl Ölçüyoruz? Örneğin, Dünya ile Güneş Arasındaki Mesafe Nasıl Ölçülüyor?”. <https://evrimagaci.org/gok-cisimleri-arasindaki-uzakliklari-nasil-olcuyoruz-ornegin-dunya-ile-gunes-arasindaki-mesafe-nasil-olculuyor-3330> (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

6- European Space Agency, “A History of Astrometry – Part III Astrometry Moves To Space: The Mapmakers Guide To The Galaxy”. <https://sci.esa.int/web/gaia/-/53198-astrometry-in-space>. (Erişim Tarihi 29.06.2021)

7- University Of Maryland, “Introductory to Astronomy: Parallax”. <https://www.astro.umd.edu/resources/introastro/parallax.html>. (Erişim Tarihi: 29.06.2021)

Bir Yorum Yaz