Astronomi

Dünya ve Tüm Gezegenler Neden Yuvarlaktır?

Güneş Sistemimizde tüm gezegenler, birçok ay ve daha küçük nesneler ve Güneş yuvarlaktır. Ama dünyanın neden başka bir şekil değil de yuvarlak biçiminde olduğunu hiç merak ettiniz mi? Eğer ettiyseniz fizik size bunun nedenini açıklayabilir.

Dünya ve Tüm Gezegenler Neden Yuvarlaktır?
Düz dünyacıları dinlemeyin, yanılıyorlar; Dünya yuvarlaktır. Aslında 1519’da Portekizli kaşif Ferdinand Magellan’ın dünyanın etrafından dolaşmayı başardığı zamandan beri Dünya’nın yuvarlak olduğunu biliyoruz. Günümüzde de bir çok kişi kendi gözleriyle yuvarlak, mavi gezegenimize bakma şansına sahip oldu.

İnsanlık 2000 yılı aşkın bir süredir gezegenimiz Dünya’nın yuvarlak olduğunu biliyor. Sadece Dünya değil, Güneş Sistemimizdeki tüm gezegenler de yuvarlak görünmektedir. Gezegen olmayanlar bile “yuvarlak” olma eylemine katılacaktır. Jüpiter’in en büyük dört uydusu, Satürn’ün en büyük beş uydusundan dördü, Uranüs’ün en büyük beş uydusu ve Neptün’ün en büyük uydusunun yanı sıra asteroit Ceres ve çok sayıda Kuiper kuşağı ve Oort bulut nesneleri de yuvarlaktır. Ancak aşağıda gördüğünüz gibi kuralı bozanlar da vardır.

Dünya Ve Diğer Gezegenler Neden Her Zaman Yuvarlak Bir Form Alıyor?

Kısa cevap istiyorsanız da verelim. Bir gök cisminin şeklini belirleyen en önemli etken kütle çekimidir. Bilgisayarınız, arabanız ve hatta bir bina gibi küçük nesneler için bu kuvvet çok küçüktür. Ancak milyonlarca ve hatta trilyonlarca ton kütleye sahip olduğunuzda, kütle çekiminin etkisi artar. Yeterince tek tip maddeyi tek bir yerde bir araya getirirseniz – sahip olduğunuz maddenin türü, fazı, kökeni veya doğası ne olursa olsun – kütleçekimsel etki sonucunda madde küresel bir form alacaktır.

Dünya ve Tüm Gezegenler Neden Yuvarlaktır?
Dünya ve diğer gezegenler oluşurken, kütle çekimi tüm gazı ve tozu kümeler halinde topladı. Çarpışmalar malzemeyi sıcak ve erimiş hale getirdi. Sonrasında kütle çekimi bir küre yapmak için hepsini mümkün olduğunca içe doğru çekti. Daha sonra tüm erimiş malzeme bu küresel formda soğudu ve sertleşti.

Güneş Sistemi’mizde yaklaşık 400 kilometre yarıçapın üzerindeki tüm kayalık nesneler yuvarlaktır. Ayrıca yarıçapı 200 kilometrenin üzerinde olan çoğu buzlu gökcismi de yuvarlaktır. Ancak küçük gökcisimleri, örneğin asteroitlerin şekilleri düzensizdir.  

Sonucunda bu nesneler için, nesneyi küre biçimine zorlayan kütle çekimi kuvveti zayıftır. Böyle küçük nesnelerde atomların ve moleküllerin birbirine uyguladığı kuvvet, kütle çekimi kuvvetinden daha güçlüdür. Kütleçekimi maddenin her parçacığını, parçası oldukları nesnelerin kütle merkezine doğru çeker. Ancak atomlar ve moleküller arasında onların şeklini ve konfigürasyonunu belirleyen kuvvetler de vardır.

Fıstık şeklindeki garip asteroit Itokawa’nın şematik görünümü. Yalnızca 150 metre uzunluğunda ve iki farklı yoğunluktaki parçanın birleşiminden oluşuyor. Ancak Itokawa yuvarlak değil. Peki neden? Çünkü böyle küçük nesnelerde atomların ve moleküllerin birbirine uyguladığı kuvvet, kütle çekimi kuvvetinden daha güçlüdür.

Bu nedenle çapı yaklaşık 950 kilometre olan Ceres cüce gezegeni küresel bir şekle sahipken, uzunluğu yaklaşık 34 kilometre olan Eros asteroidinin şekli yer fıstığına benzer. Aslında, Uluslararası Astronomi Birliği 2006’da bu özelliğin bir nesnenin gezegen olarak kabul edilmesi için şartlardan biri olduğuna karar vermiştir.

Bir Cismin Şeklini Üç Faktör Belirler

Bir nesnenin şeklini belirlemede pek çok faktör rol oynamasına rağmen, gerçekte cisimlerin içine girdiği yalnızca üç ana kategori vardır.

  • Kütleniz çok düşükse oluşturma sırasında şans eseri sahip olduğunuz şekli sürdürürsünüz. Yarıçapı yaklaşık 200 kilometrenin altında olan neredeyse tüm nesneler bu özelliğe sahiptir.
  • Eğer daha büyükseniz, bu ilk şekil giderek yuvarlak bir hal almaya başlar. Bileşenine bağlı olarak yarıçapı ~200 ile 800 km arasında olan nesneler için bu geçerlidir.
  •  ~800 kilometre yarıçapın üzerindeki nesneler için de hidrostatik denge söz konusudur. (Hidrostatik denge, bir gök cisminin kendi kütleçekimi etkisi altında, kendisine özgü bir şekle sahip olduğu bir denge durumunu ifade eder.) Kütle çekimi ve dönüş öncelikle şeklinizi belirleyecektir. Ancak sonrasında da bu şekilde kusurlar oluşacaktır.
Hidrostatik dengede olduğu doğrulanan en küçük cisim, yaklaşık 470 kilometre yarıçaplı cüce gezegen Ceres’.’tir. Vesta ve Pallas için bu geçerli değildir. Hygeia içinse bilinmemektedir.

Gezegenler mükemmel bir küre midir?

Güneş sistemimizdeki tüm gezegenler yuvarlak olsa da, bazıları diğerlerinden daha yuvarlaktır. Merkür ve Venüs bu konuda başı çekmektedir. Bu ikili, mermer gibi neredeyse mükemmel kürelerdir. Ancak bazı gezegenler o kadar da mükemmel değildir.

Yoğunluğu her noktada aynı olan küre şeklindeki bir yapının merkezinden eşit uzaklıktaki noktalara etki eden kütleçekim kuvveti eşittir. Ancak şekli tam küresel olmadığı için Dünya’nın kütleçekim alanı her yerde aynı değildir. Dünya’nın kendi etrafındaki dönüşü, şeklinde bazı düzensizliklere sebep olur. Dünya’nın ekvator hizasındaki çapı kutuplardakinden yaklaşık 40 kilometre daha uzundur. İki cisim arasındaki kütleçekim kuvveti aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğundan, kutuplardaki bir cisme etki eden kütleçekim kuvveti ekvatordakinden %0,66 daha fazladır.

Cisimlerin kendi etrafında dönüş hızı arttıkça merkez kaç etkisi ekvatorda kendini daha çok hissettirir. Dolayısıyla ekvatorda yerçekimi daha az, kutuplarda ise daha fazladır. Kutuplar daha çok çekildiği için Dünya sanki kutuplardan basık, ekvator kısmından şişik gibi gözükür. Bu nedenle, Dünya bir küre olmaya yakındır, ama tam olarak değildir. Aslına bakarsanız Dünya Geoit biçimindedir. Geoit, küre olarak adlandırılan geometrik şeklin iki tarafından basık olan halidir.

Peki ya diğer gezegenler?

Satürn, güneş sistemimizdeki tüm gezegenler arasında, % 10,7 ile, kutuplarda en şişkin olanıdır. Diğer bir deyişle, Satürn gezegeni çok basıktır – küresel değildir – çünkü çok hızlı döner. Devamında % 6,9 ile Jüpiter gelir. Jüpiter, Dünya’nın yaklaşık 320 katı kütleye sahip devasa bir gezegendir. Yaklaşık on saat içinde kendi ekseni üzerinde bir kez döner.

Dünya ve Mars bu devasa kütleye göre çok daha küçüktür ve bu gaz devleri kadar hızlı dönmezler. Dünya ekvatorda % 0,3 ve Mars da % 0,6 daha şişkindir. Ayrıca gezegenlerdeki dağlar ve vadiler, gezegeni mükemmel bir küre olmaktan uzaklaştır. Dünyanın en yüksek dağları ortalama 8000 metre yüksekliğindedir ve yerçekimi onların çok daha yükseğe çıkmasını engeller. Bu sayede de küresel formumuzu kısmen de olsa korumaya devam edebiliriz.

Evrende Bilinen En Yuvarlak Cisim: Kepler 11145123

Geçtiğimiz yıllarda Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü’nden Laurent Gizon ve Almanya’daki Gottingen Üniversitesi’nden araştırmacılar, Kepler 11145123 yıldızının basıklığını eşi görülmemiş bir hassasiyetle ölçmeyi başardılar. Araştırmacılar 4 yıl boyunca yıldızın salınımını, ışımasındaki dalgalanmaları ve manyetik alanındaki değişiklikleri gözlemleyerek bu sonucu elde ettiler.

Kepler 11145123 yıldızı, evrende şimdiye kadar ölçülen en yuvarlak doğal nesnedir. Yıldız salınımları, ekvator ile kutuplar arasında yalnızca 3 kilometrelik (2 mil) bir yarıçap farkı anlamına gelir. Bu yıldız, Güneş’ten önemli ölçüde daha yuvarlaktır.

Yarıçapı 1,5 milyon kilometre olan yıldızın ekvatordaki yarıçapı kutuplarından sadece 3 kilometre daha fazla. Yani bu yıldız neredeyse mükemmel bir küre şekline sahip. Bunun nedeni ise yıldızın, kendi etrafında bizim Güneş’imizden 3 kat daha yavaş dönüyor. Bu da onun şeklinin bozulmasını azaltıyor. Ayrıca bu yazımıza da göz atmak isteyebilirsiniz: Kepler’in Birinci Yasası: Gezegen Yörüngeleri Neden Elips Biçimindedir?


Kaynaklar ve ileri okumalar:

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu