Paylaşım Yap
Tüm Reklamları Kapat

Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor?

Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor? NASA
Merkür'ün bu renkli görüntüsü, MESSENGER'ın birincil görevi sırasında renkli temel harita görüntüleme görevinden alınan görüntüler kullanılarak oluşturuldu.
8 dakika
11,458
Tüm Reklamları Kapat

Güneş sistemimizdeki en küçük gezegeni ve Güneş'e en yakın gezegen olan Merkür, Dünya'nın Ay'ından sadece birazcık daha büyüktür. Merkür yüzeyinden Güneş, Dünya'dan bakıldığında göründüğünün üç katından daha büyük görünür ve Güneş ışığı Merkür'de yedi kat daha parlaktır. Güneş'e olan yakınlığına rağmen, Merkür güneş sistemimizdeki en sıcak gezegen değildir - yoğun atmosferi nedeniyle bu unvan, komşusu ve 2. sıradaki gezegen olan Venüs'e aittir.

Peki bir gezegenin yörüngede dönmesi ne demek? Bu dönüş neden oluyor ve "yörüngede dönmek" derken neyi kast ediyoruz? Öncelikle işe, yörüngenin ne olduğu tanımıyla başlayalım:

Yörünge, gezegenlerin üzerinde bir turluk devinimlerini yaptıkları "yol" veya "rota" olarak tanımlanabilir. Kepler'in birinci yasasına göre, Güneş Sistemi'ndeki bütün gezegenlerin, eliptik olarak yörüngelerinin odaklarından birinde Güneş yer alır. Gezegenlerin bu elips yörünge üzerinde Güneş'e en yakın olduğu noktaya "günberi", Güneş'e en uzak olduğu noktaya ise "günöte" denir. Bu iki noktayı birleştirdiğinizde, eliptik bir yörüngenin en büyük yarıçapını, yani "Büyük Eksen"i elde edersiniz.

Tüm Reklamları Kapat

Feynman'ın notlarından yapılan uyarlama şekil. Bu notlarda yörüngenin neden eliptik olduğu Öklid geometrisi sayesinde kanıtlanmıştır. Aynı doğru parçalarındaki zıt yönlü iki açı birbirine eşit olacağıdan, elips odağına yakın olan açının baktığı vektörü daha yüksek bir açısal hıza sahip olacaktır.
Feynman'ın notlarından yapılan uyarlama şekil. Bu notlarda yörüngenin neden eliptik olduğu Öklid geometrisi sayesinde kanıtlanmıştır. Aynı doğru parçalarındaki zıt yönlü iki açı birbirine eşit olacağıdan, elips odağına yakın olan açının baktığı vektörü daha yüksek bir açısal hıza sahip olacaktır.
Feynman's Lost Lecture

Gezegenlerin bu yörüngeleri sabit değildir; "pertürbasyon" olarak da bilinen kaymalar meydana gelir. Bunlara presesyon hareketi adını veririz. Bu kaymalar, yörüngelerin belirli bir örüntü çerçevesinde sürekli hareket halinde olmasına sebep olur- ki buna da devinim denir. Peki yörüngelerdeki bu "kaymalar" nasıl, ne zaman keşfedildi ve neden kaynaklanıyor?

Kaymaların incelenmesi, gökyüzündeki gezegen hareketlerini tahmin etmeye yönelik ilk girişimlerle başladı. Eski zamanlarda bunun nedenleri bir muammaydı. Newton, hareket ve kütleçekim yasalarını formüle ettiği sırada, hesaplamalarının karmaşık zorluklarının farkına vararak, bunları ilk pertürbasyon analizine uyguladı. O zamandan beri büyük matematikçilerin çoğu ilgili çeşitli problemlere dikkat ettiler; 18. ve 19. yüzyıllar boyunca, Ay'ın ve gezegenlerin konumlarını doğru gösteren tablolara ihtiyaç, denizcilik faaliyetleri nedeniyle çoktu.

Genel pertürbasyon yöntemlerinde, yörünge elemanlarındaki hareket veya değişimin genel diferansiyel denklemleri analitik olarak, genellikle seri genişletme yöntemleriyle çözülür. Sonuç, genellikle söz konusu cismin yörünge elemanlarının ve pertürbe cisimlerin cebirsel ve trigonometrik fonksiyonları ile ifade edilir. Bu, genellikle birçok farklı koşul kümesine uygulanabilir ve belirli herhangi bir yer çekimi nesnesi kümesine özgü değildir.

Tarihsel olarak, önce genel pertürbasyonlar araştırıldı. Klasik yöntemler; elemanların varyasyonu, parametrelerin varyasyonu veya entegrasyon sabitlerinin varyasyonu olarak bilinir. Bu yöntemlerde cismin sürekli olarak konik bir kesitte hareket ettiği, ancak konik kesitin pertürbasyonlar nedeniyle sürekli değiştiği düşünülmektedir. Tüm kaymalar herhangi bir anda duracak olsaydı, hareket bu (şimdi değişmeyen) konik kısımda sonsuza kadar devam ederdi; bu, konik salınımlı yörünge olarak bilinir ve herhangi bir belirli zamandaki yörünge elemanları, genel pertürbasyon yöntemleriyle hesaplananlardır.

Tüm Reklamları Kapat

Genel pertürbasyonlar, gök mekaniğinin birçok probleminde, iki cismin yörüngesinin pertürbasyonlar nedeniyle oldukça yavaş değiştiği gerçeğinden yararlanır; iki parçalı yörünge (yıldız ve etrafında dönen bir gezegen) iyi bir ilk yaklaşımdır. Genel pertürbasyonlar, yalnızca pertürbe edici kuvvetler, birincil gövdenin kütleçekimi kuvvetinden yaklaşık bir derece daha küçük veya daha az ise uygulanabilir. Güneş Sistemi'nde bu genellikle böyledir; ikinci en büyük cisim olan Jüpiter, Güneş'inkinin yaklaşık binde biri kadar bir kütleye sahiptir.

Venüs, Jüpiter ve Güneş Sistemi'nin tüm gezegenleri tarafından 2,5 günlük aralıklarla bozulan Merkür'ün yörünge boylamı ve enlemi. Herhangi bir pertürbasyon olmasaydı, Merkür kesişim merkezinde kalacaktı.
Venüs, Jüpiter ve Güneş Sistemi'nin tüm gezegenleri tarafından 2,5 günlük aralıklarla bozulan Merkür'ün yörünge boylamı ve enlemi. Herhangi bir pertürbasyon olmasaydı, Merkür kesişim merkezinde kalacaktı.
Wikipedia

Pertürbasyonların, yani yörüngelerde meydana gelen kaymaların sebebinin bileşik kütle çekim kuvvetleri olduğunu anladık. Bu her gezegen, uydu için geçerli bir durumdur; Güneş'in uygulamış olduğu kütle çekime karşın gezegen ve uyduların birbirine uyguladığı kuvvetler önemli bir etki oluşturarak yörünge düzenleniminde değişikliklere sebep oluyor.

Ama bir sorun var: Merkür'ün yörüngesindeki kayma miktarı, bu kütle çekim etkilerinin hesaplandığı durumdan daha yüksektir!

Merkür'ün yörüngesinin nasıl "döndüğünü" modelleyen bir şema.
Merkür'ün yörüngesinin nasıl "döndüğünü" modelleyen bir şema.
Writescience

Öncelikle Merkür'ün yörüngesinde meydana gelen "kayma" miktarını, ya da diğer bir değişle sapma açısının kaç olduğuna ve nasıl hesaplandığına göz atalım:

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Merkür'ün yörüngesindeki gözlemlenen sapma açısı miktarı ve çeşitli pertürbasyon etkileri ile hesaplanmış olan sapma açısı miktarı arasındaki fark.
Merkür'ün yörüngesindeki gözlemlenen sapma açısı miktarı ve çeşitli pertürbasyon etkileri ile hesaplanmış olan sapma açısı miktarı arasındaki fark.
SCIRP

Görüldüğü üzere gözlemlenen sapma olan yaklaşık 5600 arksaniye/yıl (arcsec/yıl) sayısı, hesaplamış olduğumuz yaklaşık 5560 arcsec/yıl değerinden farklı. Bu farklılık, başlangıçta bütün astronomi dünyasını çok heyecanlandırdı; herkes hesaplanmaya katılmamış bir kütle-çekim kuvveti olduğunu düşünüp, bir anda Güneş Sistemi'nde kayıp bir gezegen aramaya başladı. Bu gezegen arama çabaları sonuç vermeyince, fizikçilerin ve astronomların yapacak bir şeyi kalmamıştı; Merkür'ün yörüngesindeki yaklaşık 40 yay saniyelik sapma, çözülememiş bir fenomen olarak tarihe geçmek üzereydi. Ta ki Einstein, "Genel Görelilik" teorisini ortaya atana kadar!

Genel görelilik teorisi nedir peki? Muhtemelen şimdiye kadar birçok kez duyduğunuz bu teorem ne ifade ediyor?

Genel Görelilik Nedir?

Newton'un klasik kütleçekimi açıklamasında Dünya, düz bir çizgide, tekdüze olarak, içsel olarak hareket etmek ister. Güneş'ten gelen bir kütleçekim kuvveti onu saptırır ve güneşin etrafındaki eliptik bir yörüngede hareket etmesine neden olur.

Öte yandan Einstein'ın teorisine göre Güneş'in varlığı, uzay ve zamanın dokusunu bozuyor; yani adeta "içe doğru çöktürüyor". Kütlesi bulunan bütün cisimler, uzay-zaman dokusunda içsel bir çökmeye sebep olur ve etrafındaki uzay-zaman dokusunu da eğimlendirir. Uzay-zaman dokusu çöktüğü zaman, artık cisimler düz bir çizgi üzerinde değil eğimli bir yüzey üzerinde, cismin sebep olduğu çökme merkezine doğru yol alırlar (biz buna "kütleçekim kuvveti" deriz). Yani gezegenin adeta gideceği yol bükülmüştür; dolayısıyla aslında dümdüz gidecek olan cisim, bu bükümlü uzay-zaman içerisinde eliptik bir yörüngeye zorlanmış olur.

O zaman Dünya, bu yeni bozulmuş uzay-zamanda net bir kuvvetten bağımsız olarak hareket eder. Eylemsiz bir yörünge izler; ancak bu yörünge, Güneş'in etrafındaki boşlukta bir elips olarak son bulacak şekilde bozulmuştur.

Genel görelilik teorisine göre büyük kütleli cisimler etrafındaki uzay-zaman dokusunda eğimli bir bozunuma sebep olur ve etrafındaki cisimlerin bu eğimli "yüzeyde" dönmesini sağlar.
Genel görelilik teorisine göre büyük kütleli cisimler etrafındaki uzay-zaman dokusunda eğimli bir bozunuma sebep olur ve etrafındaki cisimlerin bu eğimli "yüzeyde" dönmesini sağlar.
Atlearner

Merkür'ün de Güneş'e en yakın gezegen olduğunu biliyoruz. Yani aslında Merkür, bu "gravitasyonel vorteksten" (kütleçekimsel anafordan) en çok etkilenen gezegen olacaktır. Bu uzay-zamandaki içeri çöküklüğe en yakın gezegen olduğundan, bu "eğimden" en çok etkilenen gezegen olduğunu söylemek yanlış olmaz.

Tüm Reklamları Kapat

İşte yaklaşık 40 yay saniyelik sapma, tam olarak bu eğiklik derecesinden kaynaklanıyor! Bunu şöyle düşünebilirsiniz: Kumaşın ortasına ağır bir cisim koyarak çökerttiniz, iki bilyeyi de bu kumaşta döndürüyorsunuz. Daha içtekinin hızlı gideceği ve hızından dolayı "sapmanın" daha fazla olacağı aşikardır.

Heliocentrism: Galileo ve Newton'un öngördüğü, yalnızca kütle-çekim kuvveti kuvvet bildiğimiz kuvvetler gibi etki etse olabilecek durum. Geocentrism ise Einstein'ın Genel Göreliliği ile öngörülen yörüngelerdir.
Heliocentrism: Galileo ve Newton'un öngördüğü, yalnızca kütle-çekim kuvveti kuvvet bildiğimiz kuvvetler gibi etki etse olabilecek durum. Geocentrism ise Einstein'ın Genel Göreliliği ile öngörülen yörüngelerdir.
Malinc

Genel göreliliğin yaratmış olduğu "eğim" meselesi, zaman kavramında da gözlemci ve gözlenenin durumlarına göre farklılık oluşmasına sebep olur; yani gözlenen ve gözlemci, birbirini bulundukları uzay-zaman durumundaki etkiye bağlı olarak farklı hızlarda ve farklı açısal momentumlarda görür. Merkür'ün yakınlığı sebebiyle uzay-zamandaki değişimin etkisi çok daha kuvvetlidir; Merkür'ün açısal momentumu dolayısıyla dönüş hızı da çok yüksektir (daha önce belirttiğimiz gibi, elipsin odağına yakınken, yani Güneş'e yakınken vektörel hız sabittir ancak açısal hız artar). Bu yüksek açısal momentum da yörüngenin beklenenden bir miktar daha fazla sapmasına sebep olur.

(Unutmayınız bu yörünge her zaman bir konik kesitte serbest dönen bir şekildedir, sadece konik kesitte biraz daha fazla saptığını ve daha hızlı saptığını düşününüz; uzay-zamandaki bozulma bu konik kesit üzerindeki "elipsin" içe doğru daha dik açılı ve hızlı eğilmesini sağlar, yani Güneş'e yaklaştıkça bu konik düzenlenim daha dar bir hale gelmektedir.)

Tüm Reklamları Kapat

Büyük kütleli bir nesneye yaklaştıkça uzay-zaman daha çok içe "göçecek", yörüngenin yer almış olduğu koni daha dar ve uzun bir hal alacaktır. Bu da yörüngenin daha eğimli olması ve daha çok sapacağı anlamına gelir.
Büyük kütleli bir nesneye yaklaştıkça uzay-zaman daha çok içe "göçecek", yörüngenin yer almış olduğu koni daha dar ve uzun bir hal alacaktır. Bu da yörüngenin daha eğimli olması ve daha çok sapacağı anlamına gelir.
Wikipedia

Yörünge Formülleri ile Merkür'ü Anlamak

Son olarak yörünge formüllerine ve genel göreliliğin yörünge formülleri üzerindeki etkilerine bakalım. Parçacıkların (foton) ve gezegenlerin esas yörünge formülleri aşağıdaki gibidir:

1. Gezegen İçin Esas Yörünge Formülü

(du/dθ)2=−(1−ϵ02)l02+2(rgl02)u−u2+2rgu3\LARGE{(du/d\theta)^2=-\frac{(1-\epsilon_0^2)}{l_0^2}+2(\frac{r_g}{l_0^2})u-u^2+2r_gu^3}

2. Parçacık/Foton (Işık Demeti) İçin Esas Yörünge Formülü

(du/dθ)2=−ϵ02l02+2u2+2rgu3\LARGE{(du/d\theta)^2=-\frac{\epsilon_0^2}{l_0^2}+2u^2+2r_gu^3}

Bu formüllerle Einstein, daha sonrasında Genel Görelilik Teorisi'ni entegre etti ve daha sonrasında Moller tarafından düzenlenen formülde üç tane μ\mu (dış merkez) kökü çıkar:

Tüm Reklamları Kapat

θ=∫u1ˉu2ˉdu[(e2−1)/p2+(2/p)u−rgu3]−1/2\LARGE{\theta=\int_{\bar{u_1}}^{{\bar{u_2}}}du[(e^2-1)/p^2+(2/p)u-r_gu^3]^{-1/2}}

Bu da şu anlama gelir: Cisimler yörüngede en yüksek ve en düşük potansiyel enerjiye sahip noktalar arasında asimetrik periyodik hareketler yapar; yani cisimler, bir noktasal parçacığın, aynı zamanda yörünge hareketlerinde ve parabolik bir kuyuda radyal harmonik salınım durumunda olduğu fikrini yanlış çıkarır. Radyal harmonik salınım yoksa, bu salınım ekseni (yörünge) yer değiştiriyor olmalıdır.

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
31
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 6
  • Merak Uyandırıcı! 5
  • Tebrikler! 4
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 4
  • İnanılmaz 3
  • Korkutucu! 2
  • Bilim Budur! 1
  • Güldürdü 0
  • Umut Verici! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 13/06/2024 14:49:37 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9634

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Uterus
Göç
Evrenin Genişlemesi
Sağlık Personeli
Fizyoloji
Ara Tür
Deri
Kimyasal Bağ
Allah
Şeker
Lazer
Kalp
İletişim
Tekillik
Doku
Özel Görelilik
Plastik
Primatlar
Diş Hekimliği
Hastalık Yayılımı
Tohum
Karbonhidrat
Yörünge
Doğal
Kamuflaj
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Gündem
Kafana takılan neler var?
Bağlantı
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Bu platformda cevap veya yorum sistemi bulunmamaktadır. Dolayısıyla aklınızdan geçenlerin, tespit edilebilir kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Ekle
Soru Sor
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
G. K. Polat, et al. Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor?. (5 Aralık 2020). Alındığı Tarih: 13 Haziran 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/9634
Polat, G. K., Bakırcı, Ç. M. (2020, December 05). Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor?. Evrim Ağacı. Retrieved June 13, 2024. from https://evrimagaci.org/s/9634
G. K. Polat, et al. “Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor?.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Evrim Ağacı, 05 Dec. 2020, https://evrimagaci.org/s/9634.
Polat, Gencay Kaan. Bakırcı, Çağrı Mert. “Merkür'ün Yörüngesindeki "Kayma" Neden Newton Mekaniğine Uymuyor?.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Evrim Ağacı, December 05, 2020. https://evrimagaci.org/s/9634.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close