Bir gün gerçekten 24 saat mi?

Kanca

Bu akşam parlak bir yıldızın tam güneye geldiği anı saatinle kaydet. Yarın akşam aynı yıldızı yine izle. Tam güneye, bir gün önceki saatten yaklaşık dört dakika erken gelecek. Bir ay sonra aynı yıldız aynı noktaya iki saat erken ulaşacak.

Yıldızlara göre bir gün 23 saat 56 dakika. Dünya kendi çevresinde bir tam turu yirmi dört saatten biraz daha kısa sürede atıyor. Peki saatlerimiz neden yirmi dört saat gösteriyor?

Merkezi soru

Yıldızlara göre ölçülen gün ile Güneş'e göre ölçülen gün neden farklıdır ve bu fark gökyüzünde neyi değiştirir?

Anlatım

İki ayrı saat

Bir günü ölçmenin iki yolu vardır. İlkinde Güneş'e bakarsın: Güneş'in gökyüzünde en yükseğe çıktığı öğle anından ertesi günün öğle anına kadar geçen süreye güneş günü denir. Saatlerimiz, bu sürenin yıl boyunca ortalamasına göre ayarlıdır ve bu ortalama tam yirmi dört saattir.

İkinci yolda uzak bir yıldıza bakarsın. Bir yıldızın tam güneye geldiği andan, ertesi gece yeniden tam güneye geldiği ana kadar geçen süreye yıldız günü (sidereal day) denir. Yıldız günü 23 saat 56 dakika ve 4 saniye sürer. Dünya'nın kendi ekseni çevresindeki gerçek dönüş süresi budur. Aradaki fark her gün yaklaşık dört dakikadır.

Fazladan bir derece

Farkın kaynağı, Ders 5.2'de gördüğümüz bir harekettir: Dünya kendi ekseni çevresinde dönerken aynı anda Güneş'in çevresindeki yörüngesinde de ilerler. Güneş çevresindeki turunu on iki ayda tamamlaması, yörüngede günde aşağı yukarı bir derecelik bir ilerleme demektir. Gökyüzünden bakınca bu ilerleme, Güneş'in yıldızların önünde doğuya doğru her gün bir derecelik bir adım atması olarak görünür.

Şimdi bugünkü öğleden yarınki öğleye kadar olanlara bak. Dünya yıldızlara göre tam bir tur attığında, yani yıldız günü dolduğunda, Güneş bir derece doğuya kaymış olur. Güneş'i yeniden tam güneyde görmek için Dünya'nın o bir dereceyi de dönmesi gerekir. Dünya yirmi dört saatte üç yüz altmış derece döndüğü için bir saatte on beş, dört dakikada bir derece döner. Güneş günü, yıldız gününden işte bu dört dakika kadar uzundur.

Bir odada, ortada yanan bir lambanın çevresinde yavaşça yürüdüğünü düşün. Yürürken bir yandan kendi çevrende de dönüyorsun. Duvardaki bir pencereye yeniden yüzünü döndüğünde tam bir tur atmış olursun. Ama bu arada lambanın çevresinde biraz ilerlediğin için, lambaya yeniden tam yüzünü dönmek için biraz daha dönmen gerekir. Pencere uzak yıldız, lamba Güneş'tir.

Bir yılda bir gün fazla

Her gün birikan dört dakika, bir yılın sonunda tam bir güne ulaşır. Bir yılda Güneş'e göre yaklaşık üç yüz altmış beş gün yaşarız. Aynı sürede Dünya, yıldızlara göre bundan bir fazla tur atar: yaklaşık üç yüz altmış altı tur.

Bu dört dakikalık fark, gökyüzünün mevsimlerini yaratır. Yıldızlar her gece bir önceki geceden dört dakika erken doğar. Bir ayda bu fark iki saate, altı ayda on iki saate ulaşır. Yazın gece yarısı tepede duran takımyıldızlar, kışın Güneş'in yakınına düşer; gökyüzüne gündüz çıkarlar ve görünmezler. Kış akşamlarının takımyıldızları sonbaharda ancak sabaha karşı görünür, ilkbaharda ise akşam batıda kaybolmaya başlar.

Gözlemevlerinin saati

Gökbilimciler yıldızları izlerken yıldız gününe göre işleyen bir saat kullanır. Buna yıldız zamanı denir ve Ders 5.5'te gördüğümüz sağ açıklıkla doğrudan bağlantılıdır: bir gökcismi, bulunduğun yerin yıldız zamanı onun sağ açıklığına eşit olduğunda tam güneye gelir ve gökyüzünde en yükseğe çıkar. Yıldız zamanını bilen bir gözlemci, hangi yıldızın o an en iyi konumda olduğunu bir bakışta söyleyebilir.

Güneş'in kendi günü de sabit değil

Güneş günü de her gün aynı uzunlukta değildir. Dünya'nın yörüngesi tam bir daire olmadığı için yörünge hızı yıl içinde değişir; ekseninin eğikliği de Güneş'in gökyüzündeki günlük ilerleyişini mevsimden mevsime farklılaştırır. Bu iki etki yüzünden güneş saatinin gösterdiği öğle ile kol saatinin gösterdiği öğle arasında yıl boyunca değişen bir fark oluşur. Kasım başında güneş saati kol saatinden yaklaşık on altı dakika ileride, şubat ortasında ise yaklaşık on dört dakika geridedir.

Saatlerimiz bu dalgalanmayı düzleştirmek için ortalama bir güneş günü kullanır. Yirmi dört saat, gerçek bir dönüşün değil, yıl boyunca değişen güneş günlerinin ortalamasıdır.

Aslında…

Bu fark küçük görünür, ama gözlemde büyük önem taşır. Bir teleskopu yirmi dört saatlik saate göre yıldızları izleyecek biçimde döndürürsen, hedef her gün biraz daha kayar ve birkaç saat içinde görüş alanından çıkar.

Büyük resim

Gökyüzünde gördüğümüz her döngü, birbirinin üzerine binmiş hareketlerden oluşur. Dünya'nın dönüşü geceyi ve gündüzü, yörüngedeki yolculuğu yıldızların mevsimden mevsime kaymasını getirir. İkisini birbirinden ayırabilmek, gökyüzünü okumanın temelidir.

Güneş günü ile yıldız günü arasındaki dört dakika, Dünya'nın Güneş'in çevresinde döndüğünün her gece yeniden görülebilen bir kanıtıdır. Güneş hareketsiz bir göğün önünde Dünya'nın çevresinde dönseydi, iki gün arasında böyle düzenli bir fark oluşmazdı.

Özet

1. Yıldız günü, Dünya'nın yıldızlara göre bir tam dönüşüdür ve 23 saat 56 dakika 4 saniye sürer; güneş günü ise ortalama yirmi dört saattir.
2. Fark, Dünya'nın yörüngesinde günde bir derece kadar yol almasından doğar; Güneş'i yeniden öğle konumunda görmek için Dünya'nın dört dakika fazladan dönmesi gerekir.
3. Bu yüzden yıldızlar her gece dört dakika erken doğar; bir ayda iki saat biriken bu fark, takımyıldızların mevsimden mevsime değişmesini sağlar.

Görev

Quiz

1. Güneş günü ile yıldız günü arasındaki fark nedir?
2. Güneş günü neden yıldız gününden yaklaşık dört dakika uzundur?
3. Bir yıldız bir ay sonra aynı yere yaklaşık kaç saat erken gelir?
4. Gökbilimciler neden yıldız zamanı kullanır?
5. Güneş saati ile kol saati neden yıl boyunca farklı öğle gösterir?

Cevaplar

1. Güneş günü Güneş'in öğle konumuna geri dönme süresidir ve ortalama yirmi dört saattir; yıldız günü Dünya'nın yıldızlara göre bir tam dönüşüdür ve 23 saat 56 dakika 4 saniye sürer.
2. Çünkü Dünya bir günde yörüngesinde yaklaşık bir derece ilerler; Güneş'i yeniden öğle konumunda görmek için bu bir dereceyi de dönmesi gerekir ve bu dört dakika sürer.
3. Yaklaşık iki saat; her gün biriken dört dakika otuz günde yüz yirmi dakikaya ulaşır.
4. Çünkü yıldızlar yıldız gününe göre döner; bir gökcismi, yıldız zamanı onun sağ açıklığına eşit olduğunda tam güneye gelir.
5. Çünkü Dünya'nın yörüngesi tam daire olmadığı ve ekseni eğik olduğu için güneş günlerinin uzunluğu yıl içinde değişir; saatler ise ortalama güneş gününü kullanır.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Artık bir yıldızın adresini ve gökyüzünün hangi saatte nasıl döndüğünü biliyoruz. Ama bu hesapları her gece kafadan yapmak zorunda değiliz. Kâğıt bir yıldız haritası ya da telefondaki bir uygulama, istediğin gece ve saatte gökyüzünün nasıl görüneceğini önüne serebilir. Peki böyle bir harita nasıl okunur, uygulamadaki çizgiler ve daireler ne anlatır?