Güneş Sistemi’ni Keşfetmek Üzerine!

Bizim neslin çocukluğuna rastlayan en talihli olay, o sıralar gazetelerin büyük bir hırsla dağıttıkları ansiklopediler olsa gerek.. Görselliği ve içerdiği konular nedeniyle senelerce elimden düşmeyen Junior Larousse’un ‘Büyük Patlama’dan başlayıp evrenin tarihini baştan sona anlatışı hala zihnimde canlı.. Bir de o seriyle birlikte Milliyet’in verdiği Thema Larousse vardı ki, bana kalırsa yayınlanmış en kaliteli ve en özgün ansiklopediydi. Her sayısı çeşitli bilim-kültür-sanat temalarına ayrılmıştı ve 2. sayısında ‘Astronomi’ teması yer alıyordu.. Hala elimin altında bulunan bu cildin astronomi bölümü işte bütün herşeyin sorumlusu..

 

 

Ansiklopedide, baştan sona tüm astronomi konularının o zamanlar anlamamın mümkün olmadığı, oldukça  ileri seviye bir dille anlatıldığı yazılar muhteşem görsellikte fotoğraflar eşliğinde sunuluyordu. Ansiklopedideki o bölümde, zamanında beni en çok etkileyen üç fotoğraftan yola çıkıp bugüne yönelik bir ‘projeksiyon’ yapmak istedim..

 

Bunlardan birincisi Mars’a gönderilen ilk yüzeye iniş görevlerden biri olan Viking 2’nin elde ettiği, Mars yüzeyinin ilk renkli fotoğrafı.. Kıpkızıl rengi ve etrafta irili ufaklı kayalar ile ufka uzanan arazi, benim için tam anlamıyla ‘Dünya-dışı’ bir görüntüydü ve bu fotoğrafı sayısız kere not defterlerime kopya etmeye çalıştığımı hatırlıyorum. Bildiğim Dünya’ya ait olmayan bu fotoğraf karesi bana ‘keşfetmenin’ en muhteşem ifadesi gibi geliyordu.

 

Viking 2 görevinin  elde ettiği Mars’ın ilk renkli yüzey görüntüsü (Telif hakkı: NASA / JPL)

 

İkinci fotoğraf Venüs yüzeyine inen Venera sondasının hayatta kalabildiği yaklaşık iki saatlik sürede Dünya’ya göndermeyi başarabildiği yüzey fotoğrafı. Aşağıdaki haliyle gördüğüm fotoğraf benim için senelerce keşfedilmeyi bekleyen bir sır gibiydi, çünkü fotoğrafın alt kısmındaki tırtıklı metalik yüzeyden tutun, fotoğrafın neden eğrisel olduğuna kadar anlayamadığım bir sürü şeyle doluydu.. Fotoğrafta görülen yüzeyin yapısı da ayrıca garipti.. Yüzlerce derece sıcaklıktaki havanın etkisiyle kavrulan yüzeyin böylesine çorak olmasına belki de şaşırmamak gerekti..

 

Venera 13 tarafından elde edilmiş, Venüs yüzeyinin ilk renkli görüntüsü (Kaynak: NASA)

Üçüncü görüntü ise zamanında daha oraya gidilmediğinden, bir çizimiyle yetinmem gereken fakat bu haliyle bile tüm hayal gücümün sınırlarını zorlayan nitelikte bir dünya: Satürn ‘ün hidrokarbon okyanuslarıyla kaplı uydusu Titan! Gökyüzünde, halkalarıyla dev Satürn’ün salındığı, yüzeyinde okyanusların ve onların altında kimbilir hangi garip ‘canlıların’ olduğunu hayal ettiğim bu egzotik dünyanın oralarda bir yerde olduğunu bilmek bile garip bir ‘heyecan’ hissi  yaratıyordu.

 

Titan uydusunun yüzeyinin hayali çizimi

 

Geçmişteki bu anıların canlanıp, bu yazıyı yazmama vesile olan ise  bu dönemin başından beri Coursera’dan takip ettiğim CalTech’in ‘Science of the Solar System’ dersi..

 

 

Okuduğum fizik bölümünde çeşitli astronomi ve astrofizik dersleri almama rağmen, dersleri veren kişilerin alanları dolayısıyla giriş derslerinde dahi gezegenlerden tek kelime edilmemesi, bu iginç konuya senelerdir hep mesafeli olmama neden olmuştu. Ama bu dönem, Coursera’daki bu fırsattan istifade düzenli olarak takip ettiğim dersin her bir  videosunda ve ödevinde tıpkı çocukluğumda o ansiklopediyi karıştırırken her sayfasında hissettiğim merak, keşif ve öğrenme hislerini yaşamaktan kendimi alamıyorum.. Dersi müthiş bir şekilde anlatan ve gezegen bilim konusunda önde gelen uzmanlardan Mike Brown, yaptığı her açıklamada ve verdiği her örnekte sizi konunun içine daha da fazla çekiyor ve kısa bir dersin sonunda dahi kendinizde konuyu senelerdir çalışıyormuşçasına hakimiyet hissi yaratıyor.

 

Ders Coursera ile paralel olarak aynı zamanda CalTech’de de veriliyor ve dersin öğrencileri her hafta sınıfta yapılanları bir blog aracılılığıyla dersi takip edenlerle paylaşıyor.. Dersin içeriğinde ise sırasıyla Mars, Jupiter, Asteroidler ve Güneş Sisteminde Yaşam konuları yer alıyor.. Dersi takip etmek için temel matematik ve fizik bilgisinin dışında pek birşey gerekmiyor.. Yukarıda anlattığım keşif duygusunu hissetmek için Coursera’ya ücretsiz kayıt olup derse katılmanız yeterli! Dersin şu anda son haftası fakat şimdi de katılarak dersin arşiv video ve kaynaklarından yararlanabilirsiniz. Derse ulaşmak için tıklayınız.

CMB Keşif Duyurusunda Çatlaklar

Son iki yazıma (I ve II) konu olan ve geçen aylarda büyük bir sansasyon ile duyurulan, evrenin ilk anlarına dair izler taşıyan kozmik mikroldaga fon ışınımı (Cosmic Microwave Background – CMB) üzerinde tespit edilen sinyallerin, yanlış analiz sonucu olabileceği tartışılmaya başlandı. Geçen haftalarda konunun uzmanı birçok fizikçinin blogunda yükselen isyan bayraklarının ardından bu hafta Science dergisinde ‘Haber’ kısmında verilen detaylı analiz ile, keşfin sahibi BiCEP2 ekibinin analizi ciddi anlamda sallanmaya başlıyor gibi..

 

Yapılan itirazlarda, asrofiziksel verilerin analizinde en büyük baş ağrılarından biri olan arka plan sinyalinin yanlış yorumlanması nedeniyle, öne sürülen sonuçların iddia edildiği gibi evrenin ilk anlarındaki kütleçekim dalgalarından kaynaklı olmadığı belirtiliyor. Her hangi bir dalga boyunda, gökyüzüne yayılmış bir sinyali ölçmeye çalışırken, peşinde olduğunuz kaynağın yanında daha birok farklı farklı kaynakların sinyalleri de verinize karışır. Bunu elinizdeki veriden çıkarmak için de çeşitli modeller kullanmak durumunda kalırsınız. Sözü geçen araştırmada, mikrodalga boyunda alınan kozmik fon ışınımında gözlenen sinyale, galaksideki toz parçacıklarının da aynı dalga boyunda ışıma yapması nedeniyle bir sinyal daha ekleniyor. İddia sahipleri, BiCEP2 ekibinin bu galaktik toz sinyalini verilerinden hatalı bir şekilde çıkardıklarını savunuyorlar. Böylece bu sinyalin çıkarılmasıyla geriye kalan verinin, aslında içinde hala ‘arka plan’ sinyali içerdiği, dolayısıyla iddia edilen ‘polarizasyon’ sinyalinin evrenin başlangıcı ile ilişikili olmayabileceği söyleniyor…

 

BiCEP2 ekibinin kullandığı model(solda) ve Princeton Advanced Studies'’den Raphael Flauger’in tekrar analiz ederek ‘düzelttiği’ yeni model (sağda) (Telif Hakkı: Raphael Flauger)

 

Geçen hafta bloglarda bu iddiaları gördüğümde bu tip büyük çalışmaların doğası gereği, sağdan soldan laf atıldığını düşünürken, dün yayınlanan Science’taki yazıyla işin epey ciddi olduğunu düşünmeye başladım.. Bu konunun açıklığa kavuşması için Planck uydusunun yapacağı detaylı ‘arka plan’ haritası analizi bekleniyor fakat Planck ekibi de BiCEP2 ile aynı sinyalin peşinde olduğu için bu veriyi ön çalışmalarında kimseyle paylaşmıyor. Örneğin geçen hafta yayınladıkları ön raporda çeşitli sistematik hataları göz önünde tutarak BiCEP2’nin görüntü aldığı bölgeyi haritalarında paylaşmadılar! Büyük grupların, büyük araştırma projelerin peşinde koşarken gösterdikleri rekabetçi tutumu örneklemek adına epey güzel bir vaka-çalışması örneği oluşturuyor bana kalırsa.. ‘Evrenin gizemlerini çözmek’ adına kol kola karanlıkları aydınlatan bilim insanı imajına epey ters :) Planck ekibi, analizin tamamlanacağı Ekim ayına kadar herkesin sabretmesini salık veriyor..

 

Plank ön raparunda verilen ‘polarizasyon haritasında BiCEP2’nin gözlediği bölge (en altta ortada) ne hikmetse bulunmuyor… (Telif Hakkı: Planck Collaboration)

 

Konuyla ilgili referans niteliğinde birkaç yazıyı aşağıda bulabilirsiniz:

- Blockbuster claim could collapse in a cloud of dust – Science Mag. 23 May 2014 (Erişim ücretli)

- Blockbuster Big Bang Result May Fizzle, Rumor Suggests – Science News

- BiCEP2 News – Not Even Wrong (Söylentilerle ilgili tüm tartışmaları ve bağlantıları içeriyor)

Köpükten Evren Modelleri

Boğaziçi Üniversitesi’nin ev sahipliğinde uzun zamandır büyük Türk fizikçi Asım Barut anısına geleneksel olarak sürdürülen seminer serisinin bu yılki konuğu kozmoloji çevrelerinde epey tanınan Amerika Tufts Üniversitesi’nden Alexander Vilenkin. İlk kez katıldığım Barut semineri olduğundan serideki tüm seminerlerin genel katılımcı seviyesine hitap ettiğini tahmin ediyorum, dolayısıyla salonun yarısından çoğu ağır top fizikçilerle dolu olsa da seminerin içeriği bir Scientific American yazısından çok da ileri değildi..

 

Alexander Vilenkin – Tufts Institute of Cosmology

 

Geçtiğimiz aylarda büyük olay yaratan, kozmik mikro dalga fon ışınımındaki(CMB) polarizasyon ölçüm sonuçları etkisini alttan alta hissettirmeye başlıyor. Hatırlanırsa, BiCEP2 ekibinin bulguları kozmolojide ‘Şişme Teorisi’(Inflation) olarak bilinen ve evrenin ilk anlarına dair süper-hızlı genişlemeyi ortaya atan teoriyi destekler nitelikteydi. Teorinin mimarları, MIT’den Alan Guth ve Standford’dan Andrei Linde, CMB’de gözlenen homojenliği açıklamak üzere böyle bir açıklama ortaya atmışlardı ve nihayetinde bu anlara dair ön gördükleri kütleçekim dalgalarının CMB üzerinde bıraktığı etki gözlenmişti. Şişme Teorisi, genel olarak tüm bilimsel teoriler gibi, sadece CMB’yi açıklamakla yetinmiyor daha birçok başka tahmin ve öngörüde bulunuyor.. İşte problem de burada başlıyor..

 

 

Söz konusu ‘problem’, Büyük Patlama’nın patladığı ana ve daha öncesine dair birşeyler söyleme durumu aslında... Vilenkin konuşmasında ‘Şişme’ durumunun ilk başlangıç koşulunu, yani ‘evreni oluşturan’ şeyin fiziksel boşluk yani ‘false-vacuum’ olduğunu ve bunun bozunarak hızla genişlemeye yol açtığını açıkladı. Buraya kadar olanlar klasik kozmolojide ‘şişme alanını’ tanımlamak için gereken alan kuramların hemen hepsinde ortak. Fakat devrimsel olan bu şişmenin lokal olarak bizim bulunduğumuz evreni oluşturduğu, ilk baştaki vakumun başka bölgelerinde bizden tamamen bağlantısız, tıpkı ‘sabun köpüğü’ gibi kendi kendine ‘şişen’ başka evrenlerin oluşturduğu.. Yani şişme ne bizim evrenimize özgün ne de sadece birkez olan birşey.. ‘Çoklu Evrenler’(Multiverse) denen ve birçok astrofizikçi ve gözlemsel kozmoloji uzmanı tarafından şüpheyle yaklaşılan kuramların da kaynağı burası..

 

Seminerin seviyesi, denklemler ve fiziksel açıklamaları kaldırmadığından bu konudaki tartışma ve özellikle soru cevap kısmı eski yunan akademisi diyalog usulü devam etti diyebiliriz. Belki de Vilenkin’in sunumunun sonunda St. Agustine’den yaptığı alıntıyla gözü dönen  fizikçilerin ‘saldırılarını’ dingin bir şekilde savurmasına rağmen, senelerdir duyup okuduğum şu çoklu evrenler ve köpük modeller konusunda kafamdaki soruları aydınlattığını söyleyemeyeceğim..

 

Konuyla ilgili geçmişte birşeyler karalamıştım, merak edenler için:

-Büyük Patlama’dan Önce Ne Vardı?

Büyük Patlamadan Gelen Dalgalar

Tarihe tanıklık ettiğimiz günlerden biri aslında bugün! Evren anlayışımızın geldiği son noktayı en iyi şekilde ifade eden, günümüzün en hassas bilimsel alanlarından kozmoloji konusunda bugün yapılan basın duyurusu kesinlikle devrimsel! Evrenin ilk anlarına dair görüp görebileceğimiz en uzak (ve zamanda en geri) görüntü olan Kozmik Mikrodalga Fon Işınımında (Cosic Microwave Background - CMB) uzun zamandır aranan, evrenin ilk saniyesinde yayımlanan kütle çekim dalgalarının oluşturduğu etkiler, BICEP2 deneyi ekibi tarafından gözlenerek doğrulandı! Evrenin ilk anları için önerilen hızla genişleme (teknik ifadesiyle "inflation") teorisi böylece ciddi anlamda desteklenmiş ve tahminleri doğrulanmış oldu.. Bir başka deyişle şu anda elimizdeki bilgilerle "büyük patlamanın" ardından saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda biri(yazım hatası değil!) kadar sonrasını açıklayabiliyoruz. Bu da epey yol kat ettiğimizi gösteriyor sanırım!

BICEP2 ekbi tarafından yayınlanan veride, kozmik mikrodalga fon ışınımı üzerinde, evrenin ilk başlarındaki kütleçekim dalgalarının oluşturduğu polarizasyon örüntüsü görülüyor (Kaynak: Nature)

Harvard Smithsonian Astrofizik Enstitüsü'nün başını çektiği ve Güney Kutup Bilimsel Araştırma Üssündeki mikrodalga dalga boyunda gözlem yapan radyo teleskoplarla gerçekleştirilen gözlemlerde, CMB'yi oluşturan sinyaller üzerinde, kütle çekim dalgası adı verilen evrenin ilk zamanlarındaki kütle çekim alanından kaynaklanan dalgalarının oluşturduğu bir etki aranıyordu. Bu etki, söz konusu sinyaldeki ışık parçacıklarının(foton) belirli bir yöne doğru yönelmesine, polarize olmasına neden oluyor. BICEP2 ile ölçülen, bu tip polarizasyonun iki farklı modundan biri olan B-Modu polarizasyonu. Bu polarizasyon yukarıdaki görüntüde görüldüğü üzere büyük çaplı yapılarda net bir rotasyona sahip bir etki olarak kendini gösteriyor.

Konu, içerdiği kavramlar ve altında yatan fizik nedeniyle epey karmaşık fakat tamamıyla anlaşılmaz değil.. Evrenin ilk anlarını, hızlı genişleme ve Kozmik Mikrodalga Işınımı konularında biraz "altyapı" olması için ufak bir özet geçmeye çalışacağım:

Büyük Patlama teorisine göre kabaca, evrenin ilk zamanında tekillik (singularity) olarak adlandırılan yüksek enerjili "noktanın" ters bir bozunma etkisiyle (false vacuum decay) oluşturduğu kuantum dalgalanmaları (quantum fluctuations), oluşumdan hemen sonra sonra başlayan devasa bir hızlı genişleme (infation) ile evrenin tümüne yayılmıştır. Zamanla bu dalgalanmalardan oluşan madde, kütle çekim etkisiyle bir araya gelerek günümüzde gözlediğimiz yapıları, yıldızları, galaksileri ve galaksi kümelerini oluşturmuştur.

  

Biraz detaylandırırsak; evrenin daha ilk saniyelerinde başta belirttiğim kuantum dalgalanmalarından temel parçacıklar olan quarklar oluşmaya başlamış ve quarklar da proton ve nötronları oluşturmuştu. Bu oluşum sırasında hem protonlar hem de bunların karşı madde çifti olan anti protonlar oluşmuş ve ilk saniyelerde oluşan bu proton-anti proton ve elektron-anti elektron çiftlerinin karşılıklı yok olması sonucu (şanslıyız ki proton ve elektronlar bu savaşı kazanmıştır) evren ışıma ile dolmuştur. Evrenin o yoğun döneminde bu ışınlar hareket ederken her cm'de bir elektrona çarpıyorlardı ve yol alamıyorlardı. Bu yüzden ilk 380 000 yıl boyunca evren ışığın dışarıya çıkamadığı opak bir görünümdeydi. Ancak evren yavaşlayarak da olsa genişlemeye devam ediyordu, bu da evrenin gittikçe soğumasına neden oluyordu. Patlamadan 380 000 yıl sonra erişilen sıcaklık, elektronların atom çekirdeklerine tutunabilmelerine artık müsaitti ve ışınların önündeki "perde" böylece kalkmış oldu. Bunun sonucunda evrenin geçmişine dair bir çok bilgi edinebildiğimiz Kozmik Mikrodalga Fon Işınımı (CMB) evrenin her yönüne yayılmaya başladı. Bu ışınım şu anda bile gökyüzünde her noktadan ve sürekli olarak üzerimize yağıyor (hatta televizyon ve radyolarımızda yayınların arka planındaki gürültünün bir kısmını oluşturuyor).

 

Planck uydusu tarafından elde edilen kozmik mikrodalga fon ışınımı görüntüsü, diğer bir deyişle evrenin elde edebildiğimiz "ilk görüntüsü".. Farklı renkler yübinde bir mertebesindeki yoğunluk farklarını gösteriyor. Bu yoğunluk farkları lerleyen zamanlarda, evrendeki yapıları, galaksii kümelern oluşturacak. (Kaynak: ESA)

90'lı yılların sonunda NASA tarafından gönderilen WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ve yakın zamanda da Planck uydusu, evrenin ilk zamanlarından gelen bu ışınların haritasını çıkardı ve 70'lerden beri teorisi geliştirilen Büyük Patlama'ya dair bir çok ipucu elde edildi. İşin en güzel tarafı teorilerde önerilen çoğu şey, verilerle oluşturulan grafiklere tek tek oturuyordu. Bu çok büyük bir başarıydı.

İnsanlığın tarih boyunca evreni anlama yolcuğunda geldiği böylesine detaylı ve hassas kavrayış, kesinlikle nefes kesici.. Çok yakın bir zamanda, son zamanlarda geliştirdiğimiz ve kozmoloji ile ilgili harika bir projeyi de buradan paylaşıyor olacağım. Bu arada, kozmolojinin bu gelişmelerini daha yakından incelemek ve öğrenmek adına meraklısına birkaç kitap önermeden de edemeyeceğim:

Alfa ve Omega - Charles Seife (Metis Bilim)

Evrenin Kısa Tarihi - Joseph Silk (Tübitak Yay.)

İlk Üç Dakika - Steven Weinberg (Tübitak Yay.)

The Inflationary Universe - Alan Guth





Daha detaylı bilgi edinmek  isteyenler için birkaç bağlantı:

Gravitational Waves in the Cosmic Microwave Background - Sean Carrol
Some B-Mode Background
Nature Special - Waves from the Big Bang

Evreni Anlayalım Programı ve Dünya Küresi

Bir süredir, uluslararası anlamda Dünya Astronomi Birliği'nin, Türkiye'de de Türk Astronomi Derneği ve Bilim Akademisi'nin desteklediği Evreni Anlayalım (Universe Awareness - UNAWE) programını uygulamak üzere çalışıyoruz Gökyüzü Gönüllüleri ekibi olarak. Özellikle 4-10 yaş arası çocuklara yönelik olan programla, birbirinden renkli mataryel ve etkinliklerle çocuklara astronomi yoluyla "evren farkındalığı" kazandırmayı hedefliyoruz. Geçen yıl Heidelberg'deki UNAWE toplantısının ardından, hızlı bir şekilde materyallerin yerelleştirilip Türkçeleştirilmesi, ülkemizde çeşitli yerlerde pilot uygulamalar yapılması ve gerçekleştirilecek öğretmen eğitimleri için planlar yapmaya başladık ve yola koyulduk. Dün de, bu planlar dahilinde Çekmeköy'de Çekmeköy Gönüllüleri Derneği evsahipliğinde, bir grup beşinci sınıf öğrencisiyle Evreni Anlayalım'ın en etkili materyallerinden "Dünya Küresi"ni kullanarak çok güzel bir etkinlik gerçekleştirdik.

 

 

Etkinliğin temasını, "Dünya'yı dışarıdan görmek" olarak belirledik ve öncelikle Dünya'nın Samanyolu galaksimizdeki ve Güneş Sistemi'ndeki yerini etkinlik kitapçığımız üzerinde işaretledik. Ardından küçük bir video ile Dünya'ya uzaydan bir bakış attık.

 

 

Sonrasında, Dünya'nın şekli ve insanlığın tarih boyunca bunu nasıl algıladığı üzerine konuştuk. Dünya eğer düz olsaydı ne gibi sonuçlarının olacağını, Dünya'nın küresel olduğunu nasıl anlayabileceğimizi Dünya Küresi'nin üzerinde kağıttan gemiler yüzdürerek inceledik.

 

 

Etkinliğin sonunda da geçen haftalarda internette karşılaştığım, İngiltere'den bir lisenin hazırladığı, bir öğrencilerini "uzaya gönderdikleri" videoyu izledik hep beraber. Dünya'nın yüzeyinden uzaklaşarak, atmosferin dışından Dünya'nın nasıl göründüğünü hepberaber izledik. Sonunda da bu videodaki çocuğun gerçekten uzaya çıkıp çıkmadığını tartıştık. Doğru cevabı söylemedik ki evlerine döndüklerinde, yanlarında cevaplamaları gereken bir soruları olsun..

 

 

Kısacası, doğal "merak içgüdüleri", okulları, ortamları ve dış dünya tarafından daha tahrip edilmemiş, gözlerinin içi parlayan, birşey öğrendiğinde gözlerini kocaman açıp şaşkınlığını gizleyemeyen pırıl pırıl çocuklarla birlikteydim ve buna uzun zamandır "proje-planlama-fon bulma" gibi işler yüzünden zaman ayıramadığım için kendime kızıp durdum. Elbette diğer "sıkıcı ve uğraştırıcı" işler olmadan bu projeler hayata geçmiyor fakat doğrudan sahaya inip çocukların zihinlerine dokunabilmek kısmını kesinlikle atlamamam gerektiğini gördüm.

 

Evreni Anlayalım çalışmalarımız yıl içinde birçok yerde pilot uygulamalar şeklinde devam ediyor olacak. Bu süreçte beraber çalıştığımız öğretmenler ve öğrenciler kadar bizler de çok şey öğreniyoruz. Bu deneyimlerimizi Mayıs ayında Sabancı Üniversitesi'nde geçekleştirilecek olan Eğitimde İyi Örnekler Konferansı'nda iki saatlik uygulamalı atölye şeklinde öğretmenlerle paylaşacağız. Eylül ayında da İTÜ Bilim Merkezi'nde düzenleyeceğimiz öğretmen eğitim programıyla birçok öğretmenin materyallerle ve eğitim programımızla tanışmasını hedefliyoruz.. Uzun bir yıl bizi bekliyor..

 

NOT: Dünya Küresi materyalinin yanında, bu küre ile yapılabilecek etkinliklerin yer aldığı harika bir Aktivite Kitapçığı bulunuyor. Çok yakın zamanda Türkçe’ye de kazandırılacak bu dökümanın İngilizce haline erişmek için tıklayınız.