Ay bize ne kadar uzak?

Dr. Mustafa GÜNDOĞAN

Evet, Ay bizden ne kadar uzaktadır sizce? Ankara ile İstanbul arasının kuşuçuşu yaklaşık 350 km olduğunu düşünürsek, Ay-Dünya arasına kaç tane Ankara-İstanbul sığar? Yüz tane, bin ya da milyon? Doğru cevap ortalama 383 bin km (Ay’ın yörüngesi elips olduğu için Dünya’ya en yakın noktada 360 bin, en uzaktaysa 406 bin km), yani yaklaşık 1100 tane Ankara-İstanbul uzaklığının uç uca eklenmesi demek. Fakat bu mesafeyi bu hassasiyetle nasıl biliyoruz?

Nihayetinde ta 50 yıl önce insanların gittiği, üzerinde hoplayıp zıpladığı uydumuzun uzaklığını nasıl ölçüyoruz, bu yazıda bahsedeceğim soru bu.

Bu ölçümlerin tarihi Güneş, Dünya ve Ay’ın küre olduğunun kabul edilip, üstelik Güneş’in de Ay’dan çok daha uzakta olduğunun tahmin edildiği M.Ö. 4. yüzyıla kadar dayanıyor. Sisamlı Aristarkhos Ay’ın görünür büyüklüğünden yola çıkarak yaptığı hesaplarda Güneş’in Dünya’dan 7 kat büyük olduğunu (gerçekte 110 kat), yine Güneş’in Ay’dan 20 kat (gerçekte 400 kat) uzakta olduğunu tahmin etmişti. Ölçümlerinin pek hassas olmaması nedeni ile ulaştığı mutlak değerler yanlış olsa da kullandığı geometrik metodlar doğruydu. Yaklaşık iki asır sonra bugünkü İznik’te doğan Hipparkos ise Ay tutulmasını kullanarak yaptığı gözlemlerle Ay’ın uzaklığını bugünkü değerine gayet yakın olarak hesaplayabilmişti. Kullandığı metod ise Ay’ın tam gölgesinin Dünya üzerindeki büyüklüğünün bilinmesi halinde geometri ile Ay-Dünya uzaklığının hesaplanmasına dayanıyordu.

Geri Yansıtıcı

Takvimleri yaklaşık 2200 yıl ileri sararsak; 1969 yılında bu semavi cismin üzerine insanlar inmiş, inmekle kalmayıp geri de dönebilmişlerdi. Soğuk Savaş döneminin sembollerinden olup, Amerikan bütçesinin yüzde 4-5 gibi bir kısmına malolan bu görevler sırasında Ay yüzeyine bazı bilimsel ekipmanlar da bırakılmıştı. Bunlar arasında Güneş rüzgarı ölçen aygıtlar, sismometreler, geri yansıtıcı (İng: retroreflector) denen, üzerine gelen ışığı doğrudan doğruya geldiği yöe geri gönderen özel aynalar vardı. Bu aynalar bir çok küçük prizmadan oluşur ve üzerine düşen ışık bu prizmaların içinden yansıyıp geldiği yöne geri döner.

Bu aynaları kullanarak uzaklık ölçmek de aslında çok basit bir prensibe dayanıyor: ışığın hızını büyük bir hassasiyetle bildiğimiz için, Dünya’dan gönderdiğimiz kuvvetli lazer demetlerinin gidiş dönüş zamanını ölçerek bu mesafeyi de büyük hassasiyetle öğrenebiliriz. Sayıları seviyorsanız eğer, ışık bir saniyede 299792458 metre yol kateder (yaklaşık 300 bin km), ve böyle bir deney yaptığınızda Ay’a gönderdiğiniz ışık atımları size yaklaşık 2.5 saniye sonra geri döner. Bu ise ne kadar kısa ışık sinyalleri (ya da atımları) yaratıp, bu gidiş-dönüş zamanını ne kadar hassas ölçerseniz mesafeyi de o kadar hassas ölçebilirsiniz demektir. Aynaların ilk konulduğu yıllarda santimetre olan bu hassasiyet gelişen lazerler ve sayaçlar ile milimetre seviyesine inmiş durumda.

Ay bir zamanlar daha yakındı

Bu mesafeyi bu kadar büyük bir hassaşıyetle ölçmek bize güç hissettirmekten öte ne işe yarıyor peki? Bu hassas ölçümler sayesinde ki Ay’ın Dünya’dan çok yavaş bir şekilde (yılda yaklaşık 4 cm) bizden uzaklaştığı bulundu. Bunun sebebi ise Dünya-Ay arasındaki gel-git kuvvetlerinin Ay’ı yavaşça daha yüksek bir yörüngeye itmesi. Bu demek ki zamanı geri aldığımızda Ay aslında bir dönem bize çok yakındı. Bu sonuç da bu ölçümlerden bağımsız yapılan Ay’ın oluşma simülasyonları ile de destekleniyor. Yaygın olarak kabul edilen hipoteze göre, yaklaşık 4.5 milyar yıl önce Mars boyutlarında bir gezegen ile Dünya’nın çarpışması sonucu ortaya çıkan Ay, o sıralar Dünya’dan sadece birkaç on bin km uzakta idi ve Dünya’da bir gün sadece 4-5 saat civarı idi. Ay uzaklaştıkça Dünya da yavaşlamaya devam ediyor ve yaklaşık 1 milyar yıl sonra bir günün 24 değil, 28.2 saat olacağı hesaplanıyor. Bunların da ötesinde Ay’ın titreşmesini de bu hassas teknikle ölçen biliminsanları bu ölçümler sayesinde Ay’ın sıvı bir çekirdeğe sahip olduğunu anladılar.

Bu aynalar hâlâ Ay yüzeyinde fakat kaliteleri (geri yansıttıkları ışık miktarı) ilk zamanlarına göre yaklaşık on kat azalmış. Bu ise aynalar hakkında biliminsanlarının çözmeye çalıştığı bir problem: radyasyon ve şiddetli sıcaklık farkları yüzünden kalıcı bir bozulma mı, yoksa zaman içinde ayna yüzeyinin tozla kaplanması mı bundan sorumlu? Basitçe ayna deyip geçilen bu cihazlar gezegenimizin geleceği hakkında kehanetlerde bulunmakla kalmayıp Einstein’ın genel görelilik teorisinin yine büyük bir hassasiyetle doğrulanması için de kullanılmış. Özetle Ay’a gitmek, üstelik geri gelmek, başlı başına büyük bir adım iken bu yolculukların büyük bilimsel katkılarının basit sayılabilecek aynalar sayesinde gerçekleşmesi ve görece basit fikir ve teknikler ile geçmiş, gelecek ve Ay’ın göremediğimiz çekirdeği hakkında bilgi edinmemiz kayda değer.