Paralaks Nedir? Gökyüzündeki Gezegen, Yıldız, Galaksi Gibi Cisimlerin Uzaklığı Nasıl Ölçülür?

Gökbilimciler, uzayda bize yakın bulunan cisimlerin uzaklığını hesaplamak için "yıldız paralaksı" ya da "trigonometrik paralaks" olarak adlandırılan yöntemi kullanır. Basitçe söylemek gerekirse bu yöntem, Dünya Güneş etrafında dönerken, bir yıldızın, uzakta bulunan ve daha arkada kalan yıldızlara göre ters yönde olan hareketini ölçer.

Harvard Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde astronom olan Mark Reid, paralaks yönteminin astronomide uzaklık hesabı için en iyi yöntem olduğunu söylüyor. Paralaks yöntemi fiziğe değil, yalnızca geometriye dayandığı için, bu yöntemi yıldız uzaklıklarını ölçmede en ideal değerlendirme aracı olarak betimliyor.

Los Angeles'taki Kaliforniya Üniversitesi'nde profesör olan Edward L. Wright'a göre bu metot, Dünya'nın yıldızın yörüngesinde altı ay aralıkla bulunduğu konumların oluşturduğu iki açının ve bu iki konumla beraber yıldızın oluşturduğu üçgenin ölçülmesine dayanıyor.

Paralaks Yöntemi Nasıl Çalışır?

Yöntem şöyle çalışıyor: Elinizi uzatın, sağ gözünüzü kapatın ve başparmağınızı uzaktaki bir cismin üzerine yerleştirin. Şimdi, sağ gözünüzü açıp sol gözünüzü kapatın. Başparmağınız hafifçe yer değiştirmiş gibi görünecektir. Bu küçük yer değiştirme miktarını ölçer ve gözleriniz arasındaki mesafeyi bilirseniz, başparmağınıza olan uzaklığı hesaplayabilirsiniz.

Bir yıldızın uzaklığını hesaplayabilmek için astronomlar, Dünya ve Güneş arasındaki ortalama uzaklık olan ve yaklaşık 150 milyon kilometreye eşit olan 1 astronomik birimi (AU) baz alırlar. Ayrıca alacakaranlıkta oluşan küçük açıları, derecenin çok küçük bir katı olan ark saniye ile ölçerler.

Eğer bir astronomik birimi bir ark saniyenin tanjantına bölersek, 30.9 trilyon kilometre ya da yaklaşık 3.26 ışık yılı sonucuna ulaşırız. Elde ettiğimiz bu uzaklık birimine paralaks saniyesi ya da parsec (pc) denir. Gelgelelim, en yakın yıldız bile Güneş'imizden 1 parsec uzaktadır. Dolayısıyla, bir yıldıza olan uzaklığı saptamak için gökbilimcilerin yıldızlardaki bu yer değiştirmeleri 1 ark saniyeden daha küçük bir birim kullanarak ölçmesi gerekir ve bu, modern teknolojiden önce imkansızdı.

Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Erken Ölçümler

Reid, şöyle anlatıyor:

Paralaks yöntemi kullanıldığı bilinen ilk ölçümün M.Ö. 189'da, Hipparchus adlı Yunan gökbilimcinin Ay'a olan uzaklığı hesaplamak için iki farklı konumdan edindiği Güneş tutulması gözlemlerini kullanmasıyla gerçekleştiği düşünülüyor.

Hipparchus'un kaydına göre o senenin Mart'ının 14'ünde, Çanakkale Boğazı'nda tam Güneş tutulması yaşanırken, aynı anda Mısır'da İskenderiye'nin güneyinde Ay, Güneş'in yalnızca beşte dördünü kaplıyordu. Çanakkale Boğazı ve İskenderiye arası temel mesafe olan 9 derecelik enlemi ya da yaklaşık 965 kilometreyi ve Ay'ın Güneş'e zıt yöndeki açısal yer değiştirmesini (derecenin yaklaşık onda biri kadar) göz önünde bulundurarak, Ay'a olan uzaklığın yaklaşık 563,300 kilometre olduğunu hesapladı. Fakat gerçek sonucun neredeyse yüzde elli fazlasını bulmuştu. Hatası, Ay'ın Dünya'nın hemen yukarısında bulunduğunu farz ederek, Çanakkale Boğazı ve İskenderiye arasındaki açı farkını yanlış hesaplamasıydı.

1672'de Paris'te bulunan İtalyan astronom Giovanni Cassini ve aynı anda Fransız Guyanası'nda bulunan bir meslektaşı, Jean Richer, Mars üzerinde eşzamanlı gözlemler yaptı. Sonunda Cassini paralaksı hesapladı ve Mars'ın Dünya'ya olan uzaklığını bulmayı başardı. Bu sonuç, Güneş Sistemi'nin boyutlarını tahmin etmede ilk girişimlerdendi.

Bir yıldıza olan uzaklığı paralaks yöntemini kullanarak ölçmeyi başaran ilk kişi olan F. W. Bessel, 1838'de 61 Cygni yıldız sisteminin paralaks açısını 0.28 ark saniye, yani uzaklığı 3.57 pc olarak buldu. Bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri, 0.77 ark saniyelik bir paralaks açısına sahip ve bize 1.30 pc uzaklıkta bulunuyor.

Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF

Kozmik Mesafe

Paralaks, kozmik mesafe merdiveninde önemli bir basamak. Yakınlardaki çok sayıda yıldızın bize olan uzaklığını ölçebilmemiz sayesinde gökbilimciler, yıldızların renkleri ve esas parlaklıkları -diğer bir deyişle standart bir uzaklıktan bakıldığında görünebilecek parlaklıkları- arasında ilişki kurmayı başardı. Bu yıldızlar daha sonra "standart mumlar" haline geldi.

Reid'in söylediğine göre eğer bir yıldız, paralaksının ölçülebilmesi için fazla uzaktaysa, gökbilimciler yıldızın rengini ve spektrumunu bir standart mumunkiyle eşleştirip esas parlaklığı tayin edebiliyor. Burdan elde edilen sonuç da görünen parlaklığıyla kıyaslanırsa, $1/r^2$ kuralı uygulanarak, uzaklık ölçümünde iyi bir sonuca varılabiliyor.

$1/r^2$ kuralı, bir ışık kaynağının görünen parlaklığının, uzaklığının karesiyle orantılı olduğunu ifade eder. Örneğin, eğer duvara bir metrekarelik bir görüntü yansıtırsanız ve sonra projektörü bulunduğunuz mesafenin iki katı kadar uzağa koyarsanız, yeni görüntünüzün kenarları ikişer metre ve alanı dört metrekare olacaktır. Bu durumda ışık eskisinden dört kat büyük bir alana dağılacaktır ve dolayısıyla parlaklığı da eskisinin dörtte biri kadar olacaktır. Eğer projektörü üç kat uzağa götürürseniz de, ışık dokuz metrekarelik bir alanı kaplayacak ve parlaklık da dokuzda biri kadar olacaktır.

Çalışılan yıldızın bir yıldız kümesine ait olması durumundaysa, kümedeki tüm yıldızların aynı uzaklıkta olduğunu varsayabilir ve bu yıldızları standart mum arşivine ekleyebiliriz.

Kesin Sonuca Ulaşmak İçin Fırlatılan Uydu!

1989'da European Space Agency (ESA), uzaya Hipparchus'tan isim alan Hipparcos adlı ve Dünya'nın yörüngesinde dolaşacak olan bir teleskop fırlattı. Öncelikli amacı, paralaks yöntemini kullanarak 2-4 miliarksaniyelik (mas) veya ark saniyenin binde biri kadar bir hata payıyla yıldızların mesafelerini ölçmekti. İnternet sitelerinde şöyle yazıyorlar:

ESA'nın Hipparcos uydusu 100,000'den fazla yıldızın yerini, bugüne kadar ölçülenlerden 200 kat daha kesin ve hatasız olarak belirledi.

Sonuçlara çevrimiçi olarak aranabilen bir katalogdan erişilebiliyor.

ESA'nın Hipparcos'u takip eden misyonu, 2013'te Dünya'nın yörüngesine fırlatılan Gaia oldu. ESA bu projeyi şöyle anlatıyor:

Samanyolu Galaksimizin üç boyutlu bir haritasını çıkarmayı hedeflediğimiz, oldukça hırslı ve istekli olduğumuz bir görev. Süreç boyunca galaksimizin bileşimi, formasyonu ve evrimi hakkındaki bilinmezliklerin açığa çıkacağını umuyoruz.

Uydu, şimdiden 1 milyar yıldızın uzaklığını elde etti; bu, neredeyse Samanyolu Galaksisi'ndeki tüm yıldızların yüzde biri kadar. Uydu, aynı zamanda olağanüstü üç boyutlu haritalar hazırladı.

3 Boyutlu Görüntüleme

Paralaksın bir başka uygulamasıysa, üç boyutlu görüntüler üretmek ve görüntülemek. Bunu oluşturmanın yolu, öznenin iki boyutlu görüntülerini hafif farklı iki açıdan yakalamak ve iki gözün bu görüntüyü tekmişçesine görmelerini sağlayacak bir düzeneğe oturtmaktır; tıpkı insan gözünün yaptığı gibi.

prophoto14/Shutterstock

Örneğin 19. yüzyılda popüler bir cihaz olan stereoskop, fotoğrafları üç boyutlu görüntüleyebilmek için paralaks yöntemini kullanır. Bu cihazda yan yana monte edilmiş iki fotoğrafa bir çift lens aracılılığıyla bakılır. Fotoğraflar, gözler arasındaki aralık dikkate alınarak hizalanır; sağdaki resim sağ gözün göreceği aralıkta, soldaki resimse sol gözün göreceği aralıkta konumlandırılır. Özel bir görüntüleyici kanalıyla iki boyutlu fotoğraf çifti birleşerek üç boyutlu bir fotoğraf oluşturur. Günümüzde View-Master olarak adlandırılan üç boyutlu görüntü sağlayan oyuncak gözlük de aynı prensiple çalışır.

Üç boyutlu fotoğraflar üretebilmek ve görüntüleyebilmek için bir başka yöntem olan Anaglyph 3D ise fotoğrafları renkli filtrelerle çeker ve buna göre gruplar. Daha sonra bu görüntülere, genelde bir lensi kırmızı ve diğeri cyan (camgöbeği, mavi-yeşil) olan renkli gözlükler ardından bakılır. Bu efekt, filmler ve basılı resimler için işe yarar, ancak renklerin gerçek değerleri neredeyse tamamen kaybolur.

Bazı filmler 3D efektine, polarize ışık kullanarak ulaşır. İki görüntü dikey eksende veya birbirlerine karşı uygun açılarla konumlandırılarak (genelde X'e benzeyen bir geometride) polarize edilir ve ekrana yansıtılır. İzleyicilerin kullanacağı özel gözlükler, her bir gözün üst üste bindirilmiş görüntülerden doğru olanı seçmesini sağlar ve üç boyutlu görüntüye ulaşılır.

Günümüzde çoğu 3D televizyon aktif deklanşör denilen teknikle, 240 Hz frekans civarlarında değişen görüntüler sağlar. Televizyonla senkronize olan özel gözlükler, sağ ve sol göz için fazladan kareleri anlık bloklayarak 3D görüntü sağlamış olur.

Oculus Rift ve HTC Vive gibi sanal gerçeklik gözlükleri de farklı açılardan görüntüler yansıtarak paralaks efektinden yararlanır ve kullanıcının üç boyutlu atmosferi tecrübe etmesini sağlar.

Üç boyutlu görüntüleme tıpta ve bilimde de oldukça yaygın bir kullanıma sahip. Örneğin, vücuttaki bölgeleri doğrudan üç boyutlu olarak analizleyen CT taramalarından elde edilen sonuçlar, paralaks efekti kullanılarak görüntülenebiliyor. Böylece sonuçları eğip döndürerek incelemek mümkün oluyor. Ayrıca bilim insanları; molekül, virüs, kristal, ince film tabakaları, nano yapılar gibi mikroskopta görüntülemek için fazla küçük veya optik yüzeye gömülü objeleri incelemek için üç boyutlu şekilleri kullanıyor.