Işık hızı: Uzayı anlamak için vazgeçilmez ölçü birimi

Bilimle uğraşmayanlar için karmaşık bir kavram gibi gelebilir, ama ışık yılı, uzayı anlamaya çalışanlar için vazgeçilmez bir ölçü birimi.

Işık yılı her ne kadar zamanı ölçüyor gibi anlaşılsa da, aslında bir uzaklık ölçüsü. Sürüklenebileceğiniz kavram kargaşasının nedeni ise bilim kurgu filmleri ve televizyon programları.

Örneğin 1968 yılında çekilen Uzay Yolu (Star Trek) dizisinin bir bölümünde uzaylı bir prenses Kaptan Kirk’e kendisiyle konuşmak yerine 10 ışık yılı odasına kapanmayı tercih edeceğini söylemesi bu kavram karmaşasına en güzel örneklerden biri.

Işık yılı ne kadar uzak?

Bir ışık yılını, bir ışık hüzmesinin bir yıl içinde boşlukta aldığı mesafe olarak tanımlayabiliriz. Burada boşluğa vurgu yapmak önemli, çünkü ışığın hızı bir maddeden geçerken yavaşlıyor. Örneğin ışığın sudaki hızı boşluktaki hızından yaklaşık dört kat daha yavaş. Evren neredeyse boşluğa yakın olduğu için gökbilimciler genellikle ışığın buradaki hızının en yüksek seviyede olduğunu varsayıyor.

Işık saniyede yaklaşık 300 milyon (tam olarak 299.792.458) metre hızla ilerliyor. Buna göre bir ışık yılı yaklaşık 9 buçuk trilyon (tam olarak 9.460.730.473.000) kilometreye denk geliyor.

Gökbilimciler neden mesafeleri ışık hızı olarak ölçüyor?

Evrenin sonsuzluğunu anlatmak için metre hatta kilometre gibi ölçüler çok küçük ve anlamsız kalıyor. Örneğin güneşe en yakın yıldız olan Proxima Centauri’nin dünyadan yaklaşık 40 trilyon kilometre uzakta olduğunu düşünürsek, trilyonun sıfırlarını doğru hesaplamak yerine kolayca 4,22 ışık yılı uzaklığında diyebiliriz.

Geceleri gördüğümüz birçok yıldız dünyadan yalnızca birkaç yüz ışık hızı uzaklığında. Dünyanın da içinde yer aldığı Samanyolu Galaksisi ise bir baştan bir başa mesafesi yaklaşık 100 bin ışık yılı. Andromeda Galaksisi’nin dünyaya olan uzaklığı ise yaklaşık 25 kentilyon kilometre, ya da bir başka deyişle 2,54 milyon ışık yılı.

Gördüğümüz her şey eski

Kavramın bir başka ilginç yönü daha var. Işık ölçülebilir bir hızda hareket ettiği için, gördüğümüz her şey eski. Yani gördüğümüz nesneler aslında o nesnelerin ışığın bize doğru hareket etmeye başladığı andaki hali.

Mesela, bir odaya baktığımızda yaşanan gecikme bir saniyeden milyarlarca kez az olduğundan algılanamaz düzeyde. Ancak aya baktığımızda, onun sadece bir buçuk saniye önceki halini görüyoruz. Gün batışını seyrederken ise güneşin 8,3 dakika önceki halini izliyoruz.

Asıl fark yıldızlar söz konusu olduğunda açığa çıkıyor. Yıldızlar ışık yılları uzaklığında olduğundan, biz onların ancak geçmişteki haline bakıyoruz.

Gökyüzünün en parlak yıldızı Sirius dünyadan 8,6 ışık yılı mesafede, bu da demek oluyor ki, biz Sirius’a baktığımızda 8,6 yıl önceki halini görüyoruz. Cynus takım Yıldızı’nın en önemli yaz yıldızı Deneb ise dünyadan 2 bin 500 ışık yılı uzakta bulunuyor. Bu duruma göre Deneb parlayan ışığını Antik Çağ filozoflarından Aristo hayattayken göndermiş.

Hubble teleskobu gibi güçlü teleskoplar çok daha uzaklarda bulunan ve ışıkları milyarlarca yıldır bize doğru ilerleyen galaksileri saptayabiliyor. Bu nedenle Hubble’ın bu galaksilerle ilgili görüntüleri de milyarlarca yıl öncesine, hatta dünyanın varoluşundan bile daha eskilere uzanıyor.

Kısacası ışık bir zaman makinası gibi evrenin çok eski halini keşfetmemize olanak tanıyor.

Işığın hızını nereden biliyoruz?

17inci yüzyılda Danimarkalı gökbilimci Ole Romer kavramla ilgili ilk önemli keşfi yaptı. 1660’larda Jüpiter’in uydularından Io’yu incelerken garip bir şey fark etti: Jüpiter ve dünya birbirinden en uzak mesafede bulunurken, Io gökbilimcinin tahmininde birkaç saniye daha sonra Jüpiter’in gölgesine girdi. İki gezegen birbirine en yakınken ise olayın birkaç dakika daha önce meydana geldiğini gördü.

Romer bu gecikmenin Io’dan kaynaklanmadığını anladı. Dünya ve Jüpiter güneşin iki ayrı ucunda iken oluşan fazla mesafe dolayısıyla ışığın katettiği süre bir illüzyona neden oluyordu. Gökbilimcinin hesaplamaları ışığın saniyede yaklaşık 210 kilometre hızla ilerlediğini gösterdi. Teleskobun icadından 0 yıl önce yapıldığı düşünüldüğünde, bu hesaplama gerçeğe çok yakın bir tahmin olduğunu söylenebilir.

Işık hızı terimini kim buldu?

Paris Gözlemevi’nde gökbilimci ve bilim tarihçisi olarak çalışan Frederic Arenou’ya göre ışık hızı kavramı uzaklık ölçüsü olarak, Romer’in ışığın hızının ölçülebilir olduğunu keşfetmesini takiben 17’inci yüzyılın sonu itibariyle kullanılmaya başlanmıştı. Fikir çabucak benimsendiğinden kesin olarak bir kişiye bunu atfetmek pek mümkün değil. Ancak Arenou, 1694’te “Işığın yıldızlardan bize ulaşma süresi, bizim Batı Hindistan’a seyahatimizden çok daha uzun” şeklinde düşünen İngiliz biliminsanı Francis Roberts’ı en önemli aday olarak gösteriyor.

İlk başlarda bu fikirler yıldızların ne kadar uzak olduğuna dair bilginin kesin bilinmemesi sebebiyle oldukça muğlaktı. Büyük buluş anı 1838’de Alman gökbilimci Friedrich Bessel’in 61 Cygni yıldızına olan mesafeyi tam olarak ölçmesi ile geldi. Bessel bulduğu devasa sayıyı tanımlarken “ışık bu mesafeyi katetmek için 10,3 yıl kullanır.” şeklinde yazdı. Bu, ışık yılı kavramının ilk kez doğduğunu gösteren en önemli kanıt olarak biliniyor.

Birkaç on yıl içinde ışık yılı popüler bilim yazımında sıklıkla kullanılan bir klişe haline geldi. Ancak Arenou profesyonel gökbilimcilerin, çok şaşırtıcı bir nedenle uzun süre bu kavramı kullanmaktan uzak durduklarını söylüyor. Çünkü gökbilimcilere göre ışık yılı doğrudan ölçülemediğinden bilimsellikten uzak bir kavramdı.

Gökbilimciler uzaklığı nasıl ışık hızı ile ölçüyor?

Besel 61 Cygni’nin uzaklığını dünyanın güneşin etrafındaki hareketinden dolayı gökyüzünde oluşan belirgin ileri-geri hareketi yani ıraklık açısını gözlemleyerek hesapladı. Iraklık açısı, ya da bir başka deyişle paralaks, gökbilimcilerin mesafe ölçerken halen sıklıkla kullandığı bir araç. Avrupa Uzay Ajansı, galaksimizdeki milyarlarca yıldız arasındaki mesafeyi ölçmek için ıraklık açısını kullanan Gaia teleskopu için 650 milyon euro harcadı.

Samanyolu’nun ötesinde, ıraklık mesafesinin Gaia’nın bile tespit edemeyeceği kadar küçük olduğu yerlerde gökbilimciler belirli değişken yıldızları ya da parlak süpernova patlamalarını gözlemleyerek uzaklığı hesaplıyor. Ancak yine de ölçüm için ıraklık mesafesini referans alıyor.

Çalışmaları ıraklık açısı ile derinden bağlı olduğundan, gökbilimciler sıklıkla ikinci bir ölçüm birimi olarak “parsek” terimini kullanmaya başladı. Bir parsek 3,26 ışık yılına eşit. Bazen parsek bilimsel olarak daha ilgili görünse de, araştırmacılar parseğin yanı sıra ışık hızı terimini de kullanır oldu.(Euronews)