Astronomi

Astronomi, gök bilimi ya da gökbilim gök cisimlerinin kökenlerini, evrimlerini, fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklamaya çalışan doğa bilimi dalıdır. Astronominin sınırlı ve özel bir alanı olan gök mekaniği ile karıştırılmaması gerekir. Astronomi daha açık bir deyişle, yörüngesel cisimleri ve Dünya atmosferinin dışında gerçekleşen, yıldızlar, gezegenler, kuyrukluyıldızlar, kutup ışıkları, gökadalar ve kozmik mikrodalga arkaalan ışınımı gibi gözlemlenebilir tüm olay ve olguları inceleyen bilim dalıdır.

Astronomi terimi Eski Yunanca'daki astron ve nomos (άστρον ve νόμος) sözcüklerinden türetilmiş olup "yıldızların yasası" anlamına gelir. Asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların keşfindeki katkıları göz önüne alınırsa astronomi, amatörlerin de şimdi de etkin bir rol oynayabildikleri seyrek bilim dallarından biridir.

Astronomi yeryüzündeki en eski bilimlerden biri olarak kabul edilir. Arkeolojik bulgular, en eski çağlarda bile insanların gök hakkında bilgileri olduğunu ortaya koymaktadır. Cilalı Taş Devri'nde insanlar ekinoksların tekrarlayan özelliğini, mevsimlerle ilişkisini ve bazı takımyıldızları bilmekteydiler. Çağdaş gök bilimi gelişimini, özellikle Antik Çağ'daki ve onları izleyen matematikçilere ve Orta Çağ'ın sonunda keşfedilmiş gözlem aletlerine borçludur. Başlangıçta ayrılmaz bir ikili sayılan ve paralel olarak ilerleyen astroloji (günümüzde bir sözdebilim olarak kabul edilir) ve gök bilimi zamanla yollarını birbirlerinden ayırmak zorunda kalmışlardır.

Astronomi önceleri yalnızca, çıplak gözle görülen gök cisimlerinin gözlemi ve hareketleri hakkındaki öngörülerden oluşuyordu. Eski zamanlarda gözlemler çıplak gözle yapılıyorsa da o zamanlar günümüzdeki gibi sanayi ve ışık kirliliğinin bulunmayışı insanlara büyük bir avantaj sağlıyordu. Bu yüzden antik çağda yapılan gözlemlerin günümüzde yapılması neredeyse olanaksız derecesinde zordur.

Kindî (801–873), astronomi konusundaki açık düşüncelerini, içerisinde soruların ve cevapların, "Hava değişimi", "Güneş tutulması", "Yıldızların ışınları" tezlerinin bulunduğu 40 bölümden oluşan "Yıldızlardaki Kanun" adlı kitabında toplamıştır.

Dinaveri (820-896) İranlı Kürt astronom. Astronomi ve güneş tutulmaları ile ilgili pek çok eser yazdı, Dineveri ayrıca yıldızlarla ilgilenen gözlemevi sahibi biri olarak biliniyor.

Gök bilimin gelişmesinde devlet adamlarının yapmış olduğu kişisel girişimler de önemli bir yer tutmaktadır. Selçuklu Hanedanı döneminde yaşamış olan Kırşehir emiri Caca Bey burada kendi adıyla kurmuş olduğu medresede gök bilimin gelişmesine imkân sağlayacak ortamı oluşturmuştur.

Çekimi hareket yasalarıyla tanımlayan Newton oldu. Böylece gezegenlerin hareketine makul bir açıklama getiren ilk kişi de o oldu. Aynı zamanda yansıtıcı teleskobu icat etti.

Teorik gök bilimciler, analitik modeller ve hesaplamalı sayısal simülasyonlar; her birinin kendine özgü avantajları vardır. Bir sürecin analitik modelleri, neler olup bittiğine dair daha geniş bir fikir vermek için genellikle daha iyidir. Sayısal modeller, fenomenlerin varlığını ve aksi halde gözlemlenmeyen etkileri ortaya koyar.

Astronomi teorisyenleri teorik modeller yaratmaya çalışırlar ve sonuçlardan bu modellerin gözlemsel sonuçlarını tahmin ederler. Bir model tarafından öngörülen bir fenomenin gözlemlenmesi, gök bilimcilerin, fenomeni en iyi tanımlayabilen model olarak çeşitli alternatif veya çelişkili modeller arasında seçim yapmalarını sağlar.

Teorisyenler ayrıca yeni verileri hesaba katmak için modeller oluşturmaya veya değiştirmeye çalışırlar. Veriler ve model sonuçları arasında bir tutarsızlık olması durumunda, genel eğilim, verilere uyan sonuçlar üretmesi için modelde minimum değişiklikler yapmaya çalışmaktır. Bazı durumlarda, zaman içinde büyük miktarda tutarsız veri bir modelin tamamen terk edilmesine yol açabilir.

Teleskopların geliştirilmiş olmasının yanı sıra, diğer bilim dallarındaki ilerlemelerin de gök bilimine yardımcı olmaları sayesinde, evrenin gizleri bir bir açığa çıkmaktadır.

Astronomideki en önemli gelişmelerden biri, tayf ölçümü de denilen spektroskopinin (maddelerin ışıkla olan etkileşimlerini anlamaya çalışma, maddelerin soğurduğu ve yaydığı ışığı, yani elektromanyetik dalgaları saptayarak maddenin yapısı hakkında sonuçlara varma tekniği) yani yıldız ışığının elektromanyetik spektral analizine başlanmış olmasıdır.

Diğer yıldızların ışıklarının analizi, bu yıldızların ışığının temelde Güneş’in ışığından farksız olduğunu, fakat yıldızlar arasında sıcaklık, kütle ve boyut bakımından son derece büyük farklılıklar bulunduğunu göstermiştir.

Kozmolojik termik ışıma (fosil ışıması) ve kimyasal elementler ve izotoplarının maddeden ayrılmasını açıklayan farklı nükleosentez teorileriyle büyük ölçüde astronomi ve fiziğe dayalı olan Büyük Patlama kuramı yoluyla kozmoloji özellikle 20. yüzyılda büyük gelişmeler göstermiştir.

20. yüzyılın bu alandaki son gelişmeleri olarak, radyoteleskopların, radyoastronominin, modern bildirişim araçlarının ortaya çıkması sayılabilir. Bunlar sayesinde, elektromanyetik dalgalarla uzayı aşan parçacıkların tayfsal incelemesi yapılabilmiş ve böylece uzak gök cisimleri üzerinde yeni deney türleri olanaklı hale gelmiştir.

Antikçağdaki başlangıç döneminde gök bilimi yalnızca astrometriden, yani yıldız ve gezegenlerin gökyüzündeki konumlarının ölçümünden ibaretti. Daha sonra Kepler ve Newton’un çalışmaları gök cisimlerinin kütleçekimi etkisi altındaki hareketlerinin matematik yoluyla öngörülmesini sağlayan gök mekaniğini doğurdu. Bu iki alandaki (astrometri ve gök mekaniği) çalışmaların çoğu, önceleri, elle yapılan işlemlerden oluşuyordu. Günümüzde ise bu çalışmalar bilgisayarlar ve fotoğraf aygıtları ile yapılabilmektedir ki; bu da gök cisimlerinin konum ve hareketlerinin çok büyük bir hızla saptanabilmesini sağlamaktadır. Bu yüzden modern astronomi daha ziyade gök cisimlerinin fiziksel doğasını gözlemlemeye ve anlamaya yönelmiştir.

20. yüzyıldan itibaren profesyonel gök bilimi iki alana ayrılma eğilimi göstermiştir: gözlemsel astronomi ve teorik astrofizik. Gök bilimcilerin çoğunun her iki alanda da çalışıyor olmasıyla birlikte, profesyonel astronomlar giderek bu iki alandan birinde uzmanlaşma eğilimi göstermektedirler. Gözlem gök bilimi esas olarak verilerin elde edilmesiyle ilgilenir. Teorik astrofizik ise esas olarak gözlemlenen fenomenleri anlamaya ve öngörülerde bulunmaya çalışır. Teorik astrofizik gözlem astronomisine bir tamamlayıcı etken olarak astronomik oluşumları açıklamaya çalışır da denilebilir.

Gök biliminin bir dalı olan astrofizik, yıldızların gözlemiyle sınıflandırılan fiziksel fenomenleri tanımlar, belirler. Günümüzde gök bilimcilerin hepsi de belirli bir astrofizik bilgisine sahiptirler ve gözlemleri de hemen hemen her zaman, yine astrofizik bağlamında incelenir. Bununla birlikte, kendilerini yalnızca astrofiziği incelemeye vermiş araştırmacılar da yok değildir. Astrofizikçilerin çalışması astronomik gözlem verilerini analiz etmek ve onları fiziksel olgulara indirgemektir.

Astrofiziğin bir dalı olan kozmoloji, evreni fiziksel bir sistem olarak inceler; yani evrenin doğuşu ve büyümesi, evrimi, gökcisimlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri ve konumlarının hesaplanması ile ilişkilidir. Astronomi gözlemleri salt astronomi ile ilişkili değildir; aynı zamanda genel görelilik kuramı gibi fizikte çok önemli yeri olan kuramların sınanması için de gözlemsel veri sağlar.

Konuya göre astronomi. Genellikle uzayın bölgelerine göre (örneğin galaktik gök bilimi) ve ilgili meselenin tiplerine göre dallara ayrılır (yıldızların oluşumu, kozmoloji).

Gözlem tarzına göre astronomi. Saptanan partiküllerin tipine (ışık, nötrino) veya dalga genişliğine (radyo dalgaları, gözle görünen ışık, kızılötesi ışınlar) göre dallara ayrılır.

Arkeoastronomi: İnsanların geçmişte gökyüzü ile ilgili olayları nasıl inceleyip yorumladıklarını araştıran alt alandır. Arkeoastronomi; arkeoloji, antropoloji, etnografya bilimleri ile ortak çalışır.

Astromatematik: Gök cisimlerinin yörüngeleri ile ilgili hesaplamaları yapar. Ayrıca gözlemlerden elde edilen sayısal verilerin yorumlanması da bu alt alanın konusudur. Gök mekaniği olarak da adlandı­rılır.

Astrofizik: Gök fiziği olarak da adlandırılan bu alt alan, gök cisimlerinden yayılan elektromanyetik dalgalardan elde edilen verileri yorumlar. Ayrıca gök cisimleri ve yıldızlar arası ortamdaki Madde-ışınım etkileşimi de bu alt alanın konusudur.

Yıldız oluşumu, dev moleküler bulutlar olarak bilinen yoğun toz ve gaz bölgelerinde meydana gelir. Kararsız hale getirildiğinde, bulut parçaları yerçekiminin etkisi altında çökerek bir protostar oluşturabilir. Yeterince yoğun ve sıcak bir çekirdek bölge nükleer füzyon'u tetikleyecek ve böylece bir anakol yıldızı yaratacaktır.

Ortaya çıkan yıldızın özellikleri öncelikle başlangıç kütlesine bağlıdır. Yıldız ne kadar büyük olursa, parlaklığı o kadar büyük olur ve hidrojen yakıtını çekirdeğindeki helyuma o kadar hızlı eritir. Zamanla, bu hidrojen yakıtı tamamen helyuma dönüştürülür ve yıldız evrimi başlar. Helyum füzyonu daha yüksek bir çekirdek sıcaklığı gerektirir. Yeterince yüksek çekirdek sıcaklığına sahip bir yıldız, çekirdek yoğunluğunu arttırırken dış katmanlarını dışarı doğru itecektir. Genişleyen dış katmanların oluşturduğu kırmızı dev, çekirdekteki helyum yakıtı sırayla tüketilmeden önce kısa bir ömre sahiptir. Çok büyük yıldızlar, giderek daha ağır elementleri kaynaştırdıkları için bir dizi evrimsel aşamalardan da geçebilirler.

Yıldızın nihai kaderi, kütlesine bağlıdır, Güneş'in yaklaşık sekiz katından daha büyük kütleli yıldızlar çekirdek süpernova’ya çöker; daha küçük yıldızlar ise dış katmanlarını havaya uçurur ve hareketsiz çekirdeği beyaz cüce şeklinde geride bırakır. Dış katmanların fırlatılması bir gezegenimsi bulutsu oluşturur. Bir süpernova kalıntısı yoğun bir nötron yıldızı veya yıldız kütlesi Güneş'inkinin en az üç katıysa bir karadelik'tir. Yakın yörüngede dönen ikili yıldızlar, potansiyel olarak bir süpernovaya neden olabilecek bir beyaz cüce yoldaşına kütle aktarımı gibi daha karmaşık evrimsel yollar izleyebilir. Gezegenimsi bulutsular ve süpernovalar, yıldızda füzyon yoluyla üretilen "metaller"i yıldızlararası ortama dağıtır; onlar olmadan, tüm yeni yıldızlar (ve onların gezegen sistemleri) yalnızca hidrojen ve helyumdan oluşacaktı.