Gözümüz evrenin ne kadarını görüyor?

Kanca

1800 yılında İngiliz gökbilimci William Herschel, Güneş ışığını bir camdan üçgen prizmadan geçirip duvara bir gökkuşağı düşürdü. Her rengin ne kadar ısı taşıdığını ölçmek için renklerin üzerine termometreler yerleştirdi. Bir termometreyi de kırmızının hemen ötesine, hiçbir ışığın görünmediği karanlık bölgeye koydu. En yüksek sıcaklığı o termometre gösterdi.

Orada gözle görülmeyen bir ışık vardı. Gözümüz ışığın çok küçük bir kısmını görebiliyor. Evrenin bize gönderdiği ışığın büyük bölümü, o karanlık bölgede ve ötesinde saklı.

Merkezi soru

Görünür ışığın ötesinde hangi ışık türleri var ve gökbilimciler bu görünmez ışıklarla evren hakkında neler öğreniyor?

Anlatım

Tek bir ailenin üyeleri

Ders 6.1'de ışığın bir dalga gibi yayıldığını gördük. Bir dalganın iki tepesi arasındaki uzaklığa dalga boyu denir. Görünür ışıkta dalga boyu rengi belirler: kırmızının dalga boyu en uzun, morunki en kısadır. İnsan gözü yaklaşık 380 nanometreden 700 nanometreye kadar olan dalga boylarını görür. Bir nanometre, milimetrenin milyonda biridir.

Herschel'in termometresinin yakaladığı ışığın dalga boyu kırmızıdan daha uzundu. Bu ışığa kızılötesi (infrared) denir. Bir yıl sonra Alman fizikçi Johann Ritter, tayfın öbür ucunda, morun ötesinde de ışık buldu: morötesi (ultraviolet). On dokuzuncu yüzyılın sonunda Heinrich Hertz radyo dalgalarını üretip algıladı, Wilhelm Röntgen X ışınlarını keşfetti. 1900'de Paul Villard radyumdan yayılan gama ışınlarını gözlemledi.

Bu ışıkların hepsi aynı ailenin üyeleridir. Maxwell'in öngördüğü türden elektromanyetik dalgalardır ve boşlukta aynı hızla ilerler. Aralarındaki tek fark dalga boylarıdır. Bu aileye elektromanyetik tayf (electromagnetic spectrum) denir.

Tayfın haritası

Tayfı en uzun dalga boyundan en kısaya doğru dizelim. En başta radyo dalgaları gelir; dalga boyları metrelerden kilometrelere uzanabilir. Onları mikrodalgalar, sonra kızılötesi izler. Ardından dar bir aralıkta görünür ışık yer alır. Morötesinden sonra X ışınları ve en sonda, dalga boyu atom çekirdeğinden bile küçük olabilen gama ışınları gelir.

Ders 6.1'de mavi ışığın fotonlarının kırmızınınkilerden daha enerjili olduğunu görmüştük. Bu kural bütün tayf boyunca geçerlidir. Dalga boyu kısaldıkça fotonların enerjisi artar. Radyo fotonları en zayıf, gama fotonları en enerjili olanlardır.

Gözümüzün gördüğü aralığı müzikle karşılaştırabiliriz. Bir piyanoda bir notadan bir üst oktavdaki aynı notaya gittiğinde ses dalgasının boyu yarıya iner. Görünür ışığın en uzun dalga boyu en kısasının iki katına bile ulaşmaz; yani gözümüz ışığın tek bir oktavını bile tam göremez. Yalnızca metre boyundaki radyo dalgalarından atom çekirdeği boyundaki gama ışınlarına kadar uzanan aralık ise kırk oktavı aşar. Gözümüz, bu dev klavyenin ortasındaki birkaç tuşu duyar.

Gökyüzünün kapalı pencereleri

Gökbilimcilerin görünmez ışıkları incelemesinin önünde büyük bir engel var: Dünya'nın atmosferi. Atmosfer morötesi ışınların, X ışınlarının ve gama ışınlarının büyük bölümünü yeryüzüne ulaşmadan tutar. Bu, canlılar için bir korumadır. Gökbilimciler için ise gökyüzünün bu renklerinin yerden görülememesi demektir.

Atmosfer yalnızca iki pencereyi ardına kadar açık bırakır: görünür ışığı ve radyo dalgalarının bir bölümünü. Kızılötesinin bir kısmı da yüksek ve kuru dağların tepesinden izlenebilir. Bu yüzden radyo teleskopları yeryüzünde kurulabilir. X ışınlarını ve gama ışınlarını görmek içinse teleskopları atmosferin üstüne, uzaya göndermek gerekir.

Her ışık başka bir hikâye

Görünmez ışıklar, evrenin görünür ışıkta gizli kalan yüzlerini gösterir. Radyo dalgalarıyla yıldızların arasındaki soğuk gaz bulutları ve hızla dönen yıldız kalıntıları incelenir. Kızılötesi ışık, görünür ışığı perdeleyen toz bulutlarının içinden geçebilir; yeni doğmakta olan yıldızlar ve çok uzak galaksiler bu ışıkta görülür.

Morötesi ışıkta genç ve çok sıcak yıldızlar parlar. X ışınları, milyonlarca derece sıcaklıktaki gazı ve kara deliklerin çevresinde dönen maddeyi gösterir. Gama ışınları ise evrenin en şiddetli patlamalarının ve en enerjili olaylarının habercisidir.

Aynı gökcismine farklı ışıklarla bakmak, bir hastayı farklı cihazlarla muayene etmek gibidir. Bir fotoğraf dış görünüşü gösterir, bir röntgen kemikleri, bir ısı kamerası vücudun sıcak bölgelerini. Gökbilimciler de bir galaksinin radyo, kızılötesi, görünür ve X ışını görüntülerini üst üste koyarak onun tam resmini kurar.

Gözümüz neden bu aralığı görüyor?

Gözümüzün tam bu dar aralığa duyarlı olması tesadüf sayılmaz. Güneş ışığının büyük bölümü bu dalga boylarında gelir ve atmosfer de bu aralığı rahatça geçirir. Yeryüzündeki canlıların gözleri, çevrelerinde en bol bulunan ışığı kullanacak biçimde gelişmiştir. Bazı böcekler morötesini, bazı yılanlar kızılötesini algılayabilir; ama hiçbir canlı gözü tayfın tamamını göremez.

Aslında…

Bir başka yanılgı da görünmez ışıkların hepsinin tehlikeli olduğunu sanmaktır. Radyo dalgaları ve kızılötesi, fotonları çok zayıf olduğu için gündelik miktarlarda zararsızdır. Asıl dikkat edilmesi gereken, fotonları enerjili olan morötesi, X ve gama ışınlarıdır.

Büyük resim

Yirminci yüzyılın ortasına kadar gökbilim neredeyse yalnızca görünür ışığa dayanıyordu. Radyo teleskoplarının ve uzaya gönderilen teleskopların gelişiyle, evrene bakan yeni pencereler açıldı. Her yeni pencere, önceden hiç bilinmeyen gökcisimlerini ve olayları ortaya çıkardı.

Bugün gökbilimciler bir gökcismini çoğu zaman aynı anda birçok dalga boyunda inceler. Görünür ışıkta sakin görünen bir galaksinin merkezi, X ışınlarında kaynayan bir kazana dönüşebilir. Evreni tanımak, gözümüzün sınırlarını aşan aletlerle bakmayı öğrenmek demektir.

Özet

1. Işık, radyo dalgalarından mikrodalgalara, kızılötesinden görünür ışığa, morötesinden X ve gama ışınlarına uzanan tek bir elektromanyetik tayftır; aralarındaki fark dalga boyudur.
2. İnsan gözü yalnızca yaklaşık 380 ile 700 nanometre arasını görür; dalga boyu kısaldıkça fotonların enerjisi artar.
3. Atmosfer morötesi, X ve gama ışınlarının çoğunu durdurduğu için bu ışıklar uzay teleskoplarıyla incelenir; her ışık türü evrenin başka bir yüzünü gösterir.

Görev

Quiz

1. Herschel 1800'de hangi deneyle kızılötesi ışığı keşfetti?
2. Elektromanyetik tayftaki ışık türlerini birbirinden ayıran nedir?
3. İnsan gözü hangi dalga boyu aralığını görür?
4. X ve gama ışınlarını incelemek için teleskoplar neden uzaya gönderilir?
5. Kızılötesi ışık gökbilimcilere neyi görme imkânı verir?

Cevaplar

1. Güneş ışığını prizmadan geçirip renklerin sıcaklığını termometrelerle ölçtü; kırmızının ötesindeki karanlık bölgedeki termometre en yüksek sıcaklığı gösterdi.
2. Dalga boyları; hepsi aynı elektromanyetik dalgalardır ve boşlukta aynı hızla ilerler.
3. Yaklaşık 380 ile 700 nanometre arasını.
4. Çünkü Dünya'nın atmosferi bu ışınların büyük bölümünü yeryüzüne ulaşmadan tutar.
5. Görünür ışığı perdeleyen toz bulutlarının içini; yeni doğan yıldızları ve çok uzak galaksileri.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Kırmızı ışığın dalga boyunun uzun, mavininkinin kısa olduğunu gördük. Gökyüzünde de yıldızlar farklı renklerde parlar: Betelgeuse turuncu-kırmızı, Rigel mavimsi beyazdır. Bu renkler yalnızca bir süs mü, yoksa yıldızlar hakkında ölçülebilir bir şey mi söylüyor? Ocakta ısınan bir demir çubuğun rengi bu soruya bir ipucu veriyor.