Satürn suya atılsa yüzer mi?

Kanca

Bir leğen su dolduralım ve içine bir çivi ve bir kütük parçası atalım. Çivi hemen batar; kütük, çividen çok daha ağır olduğu hâlde yüzer. Demek ki bir şeyin batıp batmamasını ağırlığı değil, başka bir şey belirliyor.

Şimdi aynı leğene Güneş Sistemi'nin ikinci büyük gezegenini, Dünya'dan yaklaşık doksan beş kat ağır olan Satürn'ü koyduğumuzu düşünelim. Satürn'ün ortalama yoğunluğu sudan düşük. NASA'nın deyişiyle, o kadar büyük bir küvet olsaydı Satürn yüzerdi.

Merkezi soru

Yoğunluk nedir, ve Dünya'dan kat kat ağır olan Satürn nasıl oluyor da sudan daha az yoğun?

Anlatım

Ağırlık değil, sıkılık

Yoğunluk, bir cismin ne kadar sıkı paketlendiğini anlatır: belli bir hacmin içine ne kadar kütle sığdırıldığı. Kütleyi hacme bölerek bulunur. Bir kilogram demir küçük bir küp oluşturur; bir kilogram kuş tüyü ise koca bir yastığı doldurur. İkisinin kütlesi aynıdır, yoğunlukları çok farklıdır.

Bir cisim sudan daha yoğunsa batar, daha az yoğunsa yüzer. Çivinin demiri sudan yaklaşık sekiz kat yoğundur, bu yüzden batar. Kütüğün ağacı sudan hafiftir, bu yüzden ne kadar büyük olursa olsun yüzer. Batmayı belirleyen ağırlık değil, yoğunluktur.

Gezegenlerin yoğunlukları

NASA'nın veri tablosunda her gezegenin ortalama yoğunluğu yazar. Suyun yoğunluğu bir santimetreküp başına bir gramdır; gezegenleri bununla karşılaştıralım. Dünya yaklaşık beş buçuk ile Güneş Sistemi'nin en yoğun gezegenidir, çünkü içinde ağır bir demir çekirdek ve kayalardan oluşan bir kabuk vardır. Merkür neredeyse Dünya kadar, Mars ise dörde yakın bir yoğunluktadır.

Dev gezegenlerde durum değişir. Jüpiter'in yoğunluğu suyun yalnızca üçte bir fazlasıdır. Uranüs ve Neptün de bir ile iki arasında kalır. Satürn ise listenin en altındadır: suyun yaklaşık yüzde yetmişi. Güneş Sistemi'nde ortalama yoğunluğu sudan düşük olan tek gezegen odur.

Neden bu kadar hafif?

Satürn de Jüpiter gibi büyük ölçüde evrenin en hafif iki elementinden, hidrojen ile helyumdan yapılmıştır. Kayalık bir gezegen taşla ve demirle doluyken, Satürn'ün büyük kısmı bu hafif gazlardan ve derinlerde onların sıvı hâllerinden oluşur.

Peki Jüpiter de aynı malzemeden yapıldığı hâlde neden Satürn'den daha yoğun? Cevap kendi ağırlığında. Jüpiter, Satürn'den üç kattan fazla kütlelidir, ama çapı yalnızca beşte bir kadar büyüktür. Ağırlığı arttıkça iç katmanlarını daha çok sıkıştırır; aynı malzemeyi daha küçük bir hacme sıkıştırmak yoğunluğu artırır. Satürn daha hafif olduğu için daha "gevşek" kalmıştır.

Bu gevşekliğin görünen bir sonucu da var. Satürn bir gününü yalnızca 10,7 saatte tamamlar. Bu hızlı dönüş, yumuşak gövdesini ekvatordan dışarı doğru belirgin biçimde şişirir. Teleskopla bakınca Satürn'ün tam bir daire değil, hafifçe basık bir top gibi göründüğü fark edilebilir.

Kâğıttan ince halkalar

Satürn'ün en ünlü özelliği halkalarıdır. NASA'ya göre bu halkalar milyarlarca küçük buz ve kaya parçasından oluşur; parçaların boyu toz tanesinden bir ev büyüklüğüne kadar değişir. Halka sistemi gezegenden 282.000 kilometre uzağa kadar uzanır.

Buna karşın ana halkaların kalınlığı genellikle yalnızca on metre kadardır. Bu oranı hayal etmek için bir kâğıt yaprağı düşün. Satürn'ün halkaları kadar ince olması için, o yaprağın iki kilometreyi aşkın bir genişliğe yayılması gerekirdi. Halkalar yandan bakıldığında neredeyse görünmez olur.

Aslında…

Tabii bu bir düşünce deneyi. Satürn'ü sığdıracak bir küvet yok; olsa bile Satürn'ün çekimi suyu kendine çekip bir kabuk gibi saracaktı ve gezegenin gaz dış katmanları suyla karışacaktı. Deneyin asıl söylediği şu: ortalama olarak Satürn'ün her santimetreküpü, suyun aynı hacminden daha hafiftir.

Büyük resim

Yoğunluk, gökbilimcilerin göremedikleri bir şeyin içini tahmin etmelerini sağlayan en basit araçlardan biridir. Bir gezegenin kütlesini ve büyüklüğünü ölçtüklerinde yoğunluğunu hesaplayabilirler. Yüksek yoğunluk kayalık ve metal bir iç yapıya, düşük yoğunluk ise gaz ve buzla dolu bir yapıya işaret eder.

Bu yöntem, başka yıldızların çevresinde dolanan gezegenleri anlamak için de kullanılır. O gezegenlerin çoğunu hiç göremeyiz; ama kütlesini ve boyutunu ölçebildiğimizde, bir kaya dünyası mı yoksa bir gaz devi mi olduğunu yoğunluğundan anlayabiliriz.

Özet

1. Yoğunluk, bir cismin kütlesinin hacmine bölümüdür; bir şeyin suda batıp batmayacağını ağırlığı değil yoğunluğu belirler.
2. Dünya Güneş Sistemi'nin en yoğun gezegenidir; Satürn ise ortalama yoğunluğu sudan düşük tek gezegendir, çünkü hafif hidrojen ve helyumdan oluşur ve kendi ağırlığıyla Jüpiter kadar sıkışmamıştır.
3. Satürn'ün halkaları buz ve kaya parçalarından oluşur; yüz binlerce kilometre genişliğinde olmalarına karşın yalnızca on metre kadar kalındırlar.

Görev

Quiz

1. Yoğunluk nedir?
2. Bir cismin suda batıp batmayacağını ne belirler?
3. Güneş Sistemi'nin en yoğun gezegeni hangisidir ve neden?
4. Aynı malzemeden yapılmış olsalar da Jüpiter neden Satürn'den daha yoğundur?
5. Satürn'ün halkaları neyden oluşur ve ne kadar kalındır?

Cevaplar

1. Bir cismin kütlesinin hacmine bölümü; belli bir hacme ne kadar kütle sığdırıldığı.
2. Ağırlığı değil yoğunluğu; sudan yoğun olan batar, daha az yoğun olan yüzer.
3. Dünya; içinde ağır bir demir çekirdek ve kayalık bir kabuk vardır.
4. Jüpiter çok daha kütlelidir ve kendi ağırlığıyla iç katmanlarını daha çok sıkıştırır; aynı malzeme daha küçük bir hacme sığar.
5. Milyarlarca küçük buz ve kaya parçasından oluşur; ana halkalar yalnızca on metre kadar kalındır.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Satürn'ün ötesinde, Güneş Sistemi'nin soğuk dış bölgesinde iki gezegen daha var: Uranüs ve Neptün. Bunlar gaz devlerinden farklı, içlerinde bol miktarda buz barındıran bir türdür. Uranüs'ün ise çok garip bir alışkanlığı var: ekseni neredeyse yatay durur ve Güneş'in çevresinde bir fıçı gibi yuvarlanarak döner. Bir gezegeni böyle yan yatıran ne olabilir?