Karlı bir Günde Kar Kristalleri Üzerine

Sabah kalkıp perdeyi araladığımda karşılaştığım bembeyaz görüntü, bir haftadır izlemeyi ertelediğim bir semineri  aklımda canlandırıp, sonrasında “günün anlam ve önemine” istinaden GökGünce’de paylaşmayı uyandırdı. Bahsettiğim seminer Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’ndeki kar kristalleri ve oluşumları üzerine CalTech’ten Kenneth Librecht’in harika konuşması:

 

PIRSA : Secret Life of a Snowflake – Kenneth Librecht

 

Kendisi CalTech’te fizik bölüm başkanı ve aynı zamanda tam bir “kar kristalleri tutkunu”… Librecht, kar kristalleri konusunda tarihte yapılan şaşırtıcı derecede çok az çalışmayı görüp yola çıkıyor ve böyle bir konu için ilk etapta bir labaratuar kurmayı göze alamadığından(ve kimsenin böylesi bir çalışmayı desteklemeyeceğinden), dışarı çıkıp kar kristallerini fotoğraflayarak işe başlıyor. Sonuçta ortaya aşağıdaki örneklerdekiler gibi birbirinden göz alıcı fotoğraflar çıkıyor:

 

 

 

 

Hiçbir kar kristalinin birbirine tıpa tıp benzemediğinin kanıtı niteliğinde fotoğraflar hepsi..

 

Yukarıda bağlantısını verdiğim konuşmada, öncelikle farklı sıcaklık değerlerinde farklı farklı kristal yapıların oluştuğunu gösteren bir morfoloji diyagramı üzerinde konuşup bu diyagramdaki geçişlerin hala daha, çok iyi anlaşılamadığından bahsediyor.

 

 

Bir çok farklı türde kar kristalinin gözlemler sonucu kataloglanmasına rağmen oluşum süreçlerindeki dinamikler hakkında çok az şey biliniyor olmasını ise esprili bir dille fizik çevreleri için bir “utanç kaynağı” olarak değerlendiyor konuşmasında. “Sonuçta havadan düşen birşey hakkında daha fazla şey bilmek gerekmez mi?” diye soruyor haklı olarak! Bu soruların cevaplarını bulmak adına çektiği fotoğrafları bastığı ve konuyla ilgili yazdığı kitaplardan elde ettiği gelirle labaratuar çalışmaları için bütçe oluşturup deney ortamında sıcaklık ve nem gibi değişkenleri kendisi değiştirerek kar kristallerinin oluşumunu gözlemeye başlıyor. Bu da işin altında yatan fizik prensiplerinin yavaş yavaş ortaya çıkmasına yardımcı oluyor. Detaylar konuşmanın videosunda.. Seminerin dili, lise düzeyinde fizik bilen biri için 5-10 dakika haricinde çok kolay takip edilebilecek düzeyde. Seminerin sonundaki soru-cevap kısmını da atlamamanızı öneririm, güzel tartışmalar dönüyor.

 

Konuşmacının kar kristalleri konusunda muhteşem fotoğrafların ve çalışmalarının tüm detaylarını anlattığı yazıların bulunduğu sitesini ziyaret etmenizi kesinlikle öneririm: Snow Flakes and Snow Crystals.

İTÜ Fizik Kış Okulu ve Astrofizik Sunumum

Bu hafta, İTÜ'de düzenlenen Fizik Kış Okulu'ndaydım ve bugün itibariyle tamamlanmasıyla sıcağı sıcağına birkaç şey paylaşayım istedim.. İTÜ Fizik bölümü araştırma görevlileri tarafından tamamen gönüllü olarak gerçekleştirilen bu okul artık gelenekselleşmiş durumda; bu sene beşincisi düzenleniyor ve ben de üçüncü kez katılıyorum.. Sabahtan akşama kadar yoğun bir program dahilinde "çılgınlar" gibi fizik yapılıyor özetle.. Bu yılki program teorik fizik ağırlıklıydı; klasik mekanikte Hamilton-Jacobi denklemleri kullanarak Eylem-Açı koordinat dönüşümlerinden, kuantum dolaşıklığa, elektromanyetik teorideki ayar dönüşümlerinden Berry fazlarına kadar birbirinden ilginç ve ufuk açıcı konular dersleri verenlerin inanılmaz özverisiyle aktarılmaya çalışıldı, her zamanki gibi sonuna kadar da başarıya ulaşıldı.. Böylesine bir okulun katılım şartı aranmamasına ve ücret talep edilmemesine rağmen ortalama 10 kişi tarafından takip edilmesi ise ayrı bir mesele tabii; onu çok fazla sorgulamak istemiyorum..

Derslerin yanında, aralarda lisans öğrencilerinin yaptıkları çalışmaları veya ilgilendikleri konuları bir saatlik bir sunum zarfında sunma fırsatı da veriyorlardı; ben de bu fırsatı kullanarak astrofizikte en temel kavramlardan yıldız yapısı denklemleri ve özellikle hidrostatik denge denklemi ile yıldız evriminin ilişkisine dair bir sunum yaptım. Sunumun bir kısmı diferansiyel denklem seviyesinde matematik gerektirse de amacım astrofizikte temel düşünme ve hesaplama yöntemleri hakkında fikir vermek olduğundan birçok görsel ve kavramsal materyalden yararlandım. Sunumu merak edenler aşağıdan göz atabilirler.

Hidrostatik denge ve bir yıldızın yaşamı

Sunum görsel ağırlıklı olduğundan konu hakkında temel birkaç şeyden burada da bahsedeyim. Hidrostatik denge bir yıldızın büyüklüğü ve parlaklığı gözle görünür şekilde değişmeden, özellikle ömrünün büyük bir kısmını geçirdiği ana-kol evresindeki denge halini tanımlayan bir denklem(denklem aslında yıldızın tüm denge durumları için geçerli).

Bir yıldıza baktığımızda, yıldızın devasa kütlesi ve bunun sonucu oluşan kütleçekim kuvvetiyle merkeze doğru yani kendi üstüne çökmesini bekleriz. Fakat, örneğin Güneş'in 4 milyar yıldır bu şekilde çökmeden dengede kaldığını bildiğimize göre, buradan yıldızın içinde bu kütle çekim kuvvetini dengeleyen karşı bir kuvvet olmalı sonucu çıkarıyoruz. Bu kuvvet de temel olarak, yıldızın merkezinde gerçekleşen füzyon reaksiyonları sonucu açığa çıkan enerjinin sürekli var olmasını sağladığı basınç kuvveti.. Yani yıldızın içinde basınç ve kütle çekim kuvvettinin bir dengesi söz konusu.Denklemin ifadesi şu şekilde:$$\frac{dP(r)}{dr} = - \frac {G.m(r).\rho(r)}{r^2}$$İfadenin sol tarafında basıncın yarıçap doğrultusundaki değişimi yani gradyenti var, sağda ise $G$ evrensel kütleç çekim sabiti, $m(r)$ merkezi içine alan ve merkezden r kadar uzaklıktaki küresel hacmin kütlesi, $\rho(r)$ ise merkezden $r$ uzaklıktaki madde yoğunluğunu veriyor. Kısaca şöyle diyebiliriz ki bir yıldız içine çökmeden dengede kalabilmesi için merkezde daha yüksek olmak koşuluyla içerinden bir basınç ile dengelenmesi gerekiyor. Denklemin sağındaki eksi işareti ise basıncın, yarıçap yani $r$ parametresi azaldıkça artmasından dolayı geliyor. Yani denklemin solundaki basınç gradyenti sıfırdan küçük ($\frac{dP(r)}{dr}<0$) Denklem, yıldızın içindeki kütle ve yoğunluk dağılımı bilindiği takdirde sınır koşulları koyularak kolaylıkla çözülebiliyor.

Bunun yanında, bu denge yıldızın evriminin çeşitli aşamalarında iki kuvvetten birinin yönüne kayabiliyor ve doğal olarak denge bozulup yıldızın genişleyerek devasa bir kırmızı-dev bir yıldıza ya da 10km çapında bir nötron yıldızına dönüşmesine neden olabiliyor. Yani özetle, hidrostatik denge denklemi bir yıldızın oluşumundan son evrelerine kadar nasıl davranacağını belirleyen oldukça önemli bir denklem..

Sunum benim için önemli bir deneyimdi.. Hocaların ve fizik öğrencilerinin karşısında, tahtada denklemler karalayarak verdiğim ilk "akademik" sunumdu aslında.. Yıllardır çeşitli etkinliklerde astronomi sunumları yapsam da ilk başta heyecanlanmadan edemiyor insan.. Sunum sonunda gelen güzel tepkiler de iyi hissettirmeye yetiyor...

Hubble’dan Einstein Haçı

Dün Hubble uzay teleskobu ekibinin yayınladığı bir fotoğraf benim gökyüzü fotoğrafları arasında her seferinde ağzım açık izlediğim ve açıklaması hayal gücümü dahi zorlayan bir olay hakkında : Einstein Haçı..

 

Telif hakkı : ESA/Hubble & NASA

 

GökGünce’de çeşitli vesilelerle bahsettiğim bir olay yatıyor aslında yukarıdaki görüntünün arkasında.. Öncelikle fotoğrafı anlamlandırmak adına birkaç şeyden bahsedelim.. Görüntü bizim galaksimizin dışından, yaklaşık 1 milyar ışık yılı öteden geliyor.. İlk başta ortadaki beşli sistem, ortasında daha sönük olan ve etrafında da dört tane olmak üzere birden fazla çekirdeğe sahip bir galaksiyi andırıyor. Bu gibi galaksilere sıkçı rastlanıyor aslında, özellikle kütleçekimiyle birbiriyle etkileşen galaksiler etkileşmenin bir aşamasında birden fazla çekirdeğe sahip büyük bir galaksiyi andırabiliyorlar.. Fakat buradaki tamamen farklı bir durum! Ortadaki bir galaksi, etrafındaki dört parlak nokta ise arka plandaki bir kuazarın(bir galaksi türü) aynı dört görüntüsü.. Görüntünün altında yatan mekanizma ise Einstein’ın genel görelilik teorisinin en muhteşem sonuçlarından biri olan “kütle çekimsel mercekleme”..

 

 

Kısaca, Einstein uzay-zamanın mutlak ve değişmez bir yapıdan ziyade içindeki kütle(ve enerji) nedeniyle büküldüğünü ve ışığın da bu eğri uzaydaki “bozulmuş” yolu takip ettiğini söylüyor.. En baştaki fotoğrafta, ön plandaki galaksi devasa kütlesiyle(yaklaşık 100 milyar güneş kütlesi) etrafındaki uzayı büküyor ve çok çok uzaklarda, 10 milyar ışık yılı öteden bir galaksiden gelen ışık bu eğri uzaydan geçerek galaksinin etrafında birden fazla görüntü oluşturuyor. Öndeki galaksi bir nevi mercek görevi görüyor yani. Görüntü artı işaretini andırdığından da “Einstein Haçı” olarak adlandırılıyor.. Bu yöntemle arka planda görülmesi çok güç, parlaklığı çok az olan galaksiler kolaylıkla gözlenebiliyor ve gene bu yöntemden yararlanarak öndeki galaksinin kütlesi kolaylıkla bulunabiliyor..

 

Bu etkinin çok daha dramatik bir sonucu olan şu görüntü ise benim favorim:

 

Abel 2218 galaksi kümesi ( Kaynak : Hubblesite )

 

Fotoğraf sanki bozuk bir lensle çekilmişçesine, bozuk şekiller, bulanık görüntülerle sürreal bir havaya sahip ama aslında görebileceğiniz en “gerçek” görüntülerden biri.. Olan şey ise devasa bir galaksi kümesinin arka plandaki galaksilerden gelen ışınları mercek etkisiyle dağıtarak bozuk görüntülerini oluşturması.. Çizgi ve eğriler şeklinde yayılmış görüntüler aslında birer galaksi.. Dediğim gibi bu fotoğraflar, üzerinde herhangi bir şekilde oynanarak elde edilmiş görüntüler değil, teleksobunuzu buraya yönlendiriyorsunuz ve böyle birşey görüyorsunuz.. İnanılmaz bir şey.. Konuyla ilgili geçen yıl bir yazı daha yazmıştım buna benzer, ilginizi çektiyse oraya da göz atabilirsiniz.

Güneş’te Patlama Dünya’da Görsel Şölen

Altı aydır yazmadığım göz önüne alındığında ancak böyle “sansasyonel” bir başlıkla ilgi çekebilirim herhalde! Ama bahsedeceğim olay başlığı fazlasıyla haklı çıkarabilecek nitelikte.. Şu sıralar Güneş’te ciddi bir hareketlenme var; hareketlenmeden kastım yüzeyinden uzaya fırlatılan milyonlarca parçacık ve görsel şöleni oluşturan, bunların bizim atmosferimizle etkileşmesi..

 

Güneş’in yüzeyindeki aktif bölgelerde manyetik alan çizgilerinin birbiriyle etkileşerek ortaya devasa enerjilerin çıkmasıyla çok büyük kütlelerde madde, Koronal Kütle Atımı (kısaca CME – Coronal Mass Ejection) şeklinde uzaya fırlatılıyor. Yoğun olarak plazma halde proton ve elektronlardan oluşan bu kütle atımları bir kerede 10 milyar tona yakın madde içerebiliyorlar. Saniyede binlerce kilometreye ulaşan hızlarda yol alan bu parçacıklar Dünya’ya ulaştıklarında Dünya’nın çevresindeki manyetik alanla etkileşip kutuplara doğru yönlendiriliyor ve atmosferdeki atomlarla çarpışarak Kuzey Işıkları ya da auroralar olarak bilinen muhteşem görüntüleri oluşturuyorlar (“Kuzey ışınları” talihsiz bir adlandırma, çünkü bunlar benzer şekilde güney yarım kürenin kutba yakın enlemlerinde de gözlenebiliyorlar).

 

19 Ocak’ta gerçekleşen CME’nin dün Dünya’ya ulaşmasıyla kutba yakın kuzey enlemlerdeki gözlemciler kuzey ışıklarını fotoğraflamaya başladılar ve sonuç olarak bugün birçok kaynaktan birbirinden büyüleyici rengarenk fotoğraf internette paylaşılmaya başlandı. Spaceweather ve Facebook’ta Aurora Borealis grubundaki fotoğrafların her biri bastırılıp duvara asmalık.. Favorilerim ise şu ikisi:

 

Telif Hakkı : Øystein Lunde Ingvaldsen – Kuzey Norveç (Fotoğraf Spaceweather’dan alınmıştır)

 

Telif Hakkı : Kristín Jónsdóttir (Fotoğraf Aurora Borealis grubundan alınmıştır)

 

Tabii bununla bitmiyor.. Dünkü şölenin üzerine bugün de Güneş’in yüzeyinde çok büyük bir patlama ve ona eşlik eden bir CME gözlendi. Bu seferki hem de enerji skalasında X-ışınlarına denk gelen oldukça yüksek enerjili olanlarından; kısacası yarın Dünya’ya ulaşması beklenen CME dünkü görüntülerden çok çok daha renkli kareler vaad ediyor…

 

NASA’nın Güneş’i sürekli gözleyen uydularıyla alınan yukarıdaki görüntüde bugünkü kütle atımının ne kadar şiddetli olduğunu görebilirsiniz. (Ortadaki koyu daire Güneş, fakat çok parlak olduğu için bu fotoğraflarda özel bir teknik ile kapatılıp etrafındaki bölgeler görünür kılınıyor) Kaynak : Spaceweather

 

 23 Ocak’ta Güneş’te meydana gelen patlamanın detaylı görüntüsü ( Kaynak : NASA )

 

Yeni Aurora fotoğrafları için Spaceweather’daki Aurora galerisini ve Facebook’taki Aurora Borealis grubunu takipte olun! Bu yazıyı beğendiyseniz de aşağıdaki butonlarla sosyal ağınızda paylaşmayı ihmal etmeyin ;)

Herkes için Astrofizik Makaleleri - Hem de Görüntülü!

"Herkes" için belki de tam uygun ifade değil ama başlığın az biraz ilgi çekmesi için kullanmamı mazur görün. Bu duyuru biraz daha "akademik" olacak. Bir yıla yakın süredir yayında olan, fakat yakın zamanda keşfettiğim Astrobites'tan biraz bahsetmek istiyorum. Amerika'nın çeşitli bölgelerinden oldukça iyi üniversitelerde yüksek lisans, doktora eğitimlerini sürdüren astrofizik öğrencilerinin düzenli olarak güncel astrofizik makalelerini, konuya ilgi duyan bir lisans öğrencisinin anlayabileceği bir dille açıklayıp özetledikleri bir web sitesi Astrobites. Yazılar blog formatında yayınlanıyor; yazarlar aynı zamanda makalelerden önemli detayları ve figürleri konuyla ilgili gereken ön bilgi eşliğinde açıkılıyorlar. Yazıları yazanların ilgi alanları yıldız evriminden, Güneş sistemi dışı gezegen araştırmaları ve galaksi oluşumlarına kadar çeşitlilik gösterdiğinden sitede hemen hemen her alandan makaleler inceleniyor. Üstelik dediğim gibi, oldukça sık bir şekilde, ortalama günde bir makale incelemesi siteye ekleniyor. Güncel araştırmaları takip edebilmek ve araştırma metodlarını keşfetmek adına bir lisans öğrencisi için muhteşem bir kaynak..

Böylesine bir kaynak için bu kadar övgü dolu sözlerin ardından bugün rastladığım, olayın belki de en uç noktası denebilecek bir videoyu da paylaşmak istiyorum. Bu sefer, makaleyi yazan araştırmacılar(Ohio State Ünv.'den Jennifer van Saders ve Mark Pinsonneault) beraberinde makalelerini açıklayan bir de video hazırlayıp Youtube'a koymuşlar. "The Sensitivity of Convection Zone Depth to Stellar Abundances: An Absolute Stellar Abundance Scale from Asteroseismology" gibi korkutucu bir adı olan makalelerini interaktif fügürler ve anlatım ile açıklıyorlar.

Hedef kitle tabii ki en azından başlığın ne ile ilgili olduğunu anlayabilecek kadar bilgi sahibi olanlar: muhtemelen ileri lisans ya da yüksek lisans seviyesi. Şimdilik Youtube kanallarında sadece bir video var, ilerleyen zamanlarda eminim bu sayı artacaktır; hatta öyle tahmin ediyorum ki başkaları da bu sunum yöntemini yakın zamanda kullanmaya başlayacaktır. Web 2.0 dedikleri, internetin bu çoklumedya arayüzü böylesi yaratıcı ve faydalı girişimleri parmağımızın ucuna kadar getiriyor; bize de yararlanıp keyfini çıkarmak kalıyor!