Astrometri

Gök ölçümü (astrometri), yıldızların ve diğer gökyüzü cisimlerinin konumlarının ve hareketlerinin yüksek hassasiyetle hesaplanmasını içine alan bir gök bilimi dalıdır. Astrometrik ölçümlerden elde edilen bilgiler kinematik, Güneş Sistemi’nin fiziksel kökeni ve galaksimiz Samanyolu ile ilgili bilgiler sunar.

Tarihçe

Astrometrinin tarihi yıldız kataloglarının tarihine dayanır. Yıldız katalogları, gökyüzündeki nesneler için referans noktaları verir, böylece astronomlar cisimlerin konumlarındaki değişimi takip edebilirler. Bu, M.Ö. 190 yıllarında yaşamış olan Hipparkos’un zamanına kadar geriye gider. Hipparkos, öncülerinden Timocharis ve Dünya’nın devinmesini keşfeden Aristillus’un yıldız kataloglarını kullandı. Aynı zamanda bugün kullandığımız kadir ölçeğini de geliştirmiş oldu. Hipparkos, konumlarıyla birlikte en az 850 yıldızı bir katalogda topladı. Hipparkos'un varisi Batlamyus, Almagest adlı eserinde 1.022 yıldızın yerini, koordinatını ve kadrini vererek kataloglamıştı.
10. yüzyılda Abdurrahman es-Sufî, yıldızlar üzerinde gözlemler yaparak konumlarını kadirlerini ve renklerini belirtti. Ayrıca Sabit Yıldızlar Kitabı adlı kitabında bütün takımyıldızlar için de çizimler yaptı. İbn-i Yunus, yaklaşık 1,4 metre çapında büyük bir usturlab kullanarak Güneş’in konumu için yıllar boyunca 10.000’den fazla kayıt yaptı. Onun tutulmalardaki gözlemleri, Simon Newcomb'un Ay’ın hareketleri hakkında araştırmalar yaptığı zamana kadar yüzyıllarca kullanıldı. Araştırmaları Ekliptik Eğimi ve Jüpiter Satürn Eşitsizlikleri’nde Pierre-Simon Laplace’a ilham kaynağı oldu. 15. yüzyılda Timur'un astronomu Uluğ Bey, Zij-i Sultan-i adlı eserini derleyip burada 1.019 yıldızı katalogladı. Hipparkos ve Batlamyus’un önceki katalogları gibi Uluğ Bey'in kataloğu da yaklaşık olarak 20 açısal dakika doğrulukla tahmin edilerek hazırlanmıştır.
16. yüzyılda Tycho Brahe mural aleti (İng.: mural instrument) gibi gelişmiş aletler kullanarak yıldızların konumlarını eskiye göre çok daha yüksek hassasiyetle, 15-35 açısal dakika doğrulukla tespit etti. Takiyüddin, İstanbul’daki Takiyüddin’in Rasathanesi’nde yıldızların sağ açıklığını kendi icadı olan “gözlem saati”ni kullanarak ölçtü. Teleskoplar yaygınlaştıkça gök cisimlerinin gökyüzündeki konumlarını bulmaya yarayan ayarlama daireleri kullanılarak ölçümler hızlandı.
James Bradley, 1729 yılında ilk defa yıldızlar arası ölçekteki ıraklık açısını hesaplamayı deneyen kişidir. Gökyüzündeki yıldız gibi cisimlerin hareketi teleskobu için çok belirsizdi. O da Dünya’nın ekseninin nutasyonunu ve sapmayı keşfetti (İng.: aberration of light). 3.222 yıldızın kataloglandığı çalışması, modern astronominin babası sayılan Friedrich Bessel tarafından 1807 yılında tekrar hassaslaştırıldı. Yıldızlar arası ölçekteki ıraklık açısını ilk defa, bir çift yıldız olan 61 Cygni için 0,3 açısal dakika doğrulukla ölçtü.
Ölçmesi çok zor olduğu için 19. yüzyılın sonuna kadar sadece 60 tane yıldızlar arası ölçekteki cismin ıraklık açısı ölçülebildi. Ölçümler genellikle teleskoplarda kullanılan ve gök ölçümü için özelleştirilmiş filar mikrometre ile yapılmıştır. 20. yüzylın başlarında, astronomik fotografik levhalarda astrograf kullanılması, süreci hızlandırdı. 1960’lı yıllardaki otomatik levha ve makine ölçümleri gibi üstün ve karmaşık teknoloji yıldız kataloglarının çok daha etkili ve hızlı bir şekilde tamamlanmasına izin vermiştir. 1980’lerde CCD kameraların fotografik levhaların yerine geçmesiyle optik belirsizlik açısal saniyenin milyarda birine kadar azaltılabildi. Bu teknoloji, gök ölçümünü pahalı olmaktan çıkardı ve böylece bu alan, amatör dünyaya da kapılarını açmış oldu.
1989 yılında Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Hipparkos uydusu sayesinde gök ölçümü Dünya yörüngesine taşındı. Böylece atmosferin optik saptırmalarından ve Dünya’nın mekanik kuvvetlerinden daha az etkilenen bir platform meydana geldi. 1989 ve 1993 yılları arasında çalışan Hipparkos, yeryüzündeki diğer optik teleskoplara göre çok daha yüksek hassasiyetle gökyüzünde büyük ve küçük açılarda ölçümler yaptı. Dört yıl boyunca 118.218 yıldızın konumlarını, ıraklık açılarını, konumlarındaki açısal değişimleri (İng.: proper motion) eşi görülmemiş hassasiyetle belirledi. Yeni "Tycho kataloğu", 1.058.332 yıldızı 20-30 açısal dakika doğrulukla yenilenmiş oldu. Aynı zamanda 23.882 çift yıldız ve 11.597 değişen yıldız Hipparkos görevi boyunca analiz edilip kataloglandı.
Bugün en sık kullanılan katalog USNO-B1.0’dir. Bütün gökyüzünde 1.000.000.000'dan fazla gökyüzü cisminin konumu, konumlarındaki açısal değişimleri, kadirleri ve diğer karakteristik özelliklerini içerir. Geçtiğimiz 50 yıl boyunca 7.435 Schmidt kamera levhası, çeşitli gökyüzü incelemesini tamamlamak ve USNO-B1.0 için 0,2 açısal dakika doğrulukla veri oluşturmak için kullanıldı.

Uygulamalar

Astronomlara gözlemlerini kaydetmek için çalıştıkları gözlemci çerçevesinde temel bir işlevi olmasının dışında gök mekaniği, bir astrofizik dalı olan yıldız dinamiği (İng.: stellar dynamics) ve galaktik astronomi alanlarının da temelidir. Gözlemsel astronomide gök ölçümü teknikleri, kendilerine özgü hareketleriyle gök cisimlerini belirlemeye yarar. Aynı zamanda zaman belirleyici bir alettirler. UTC, temelde kesin gözlemlere dayanarak Dünya’nın dönüşüyle senkronize edilen bir atom saatidir. Gök ölçümü, kozmik merdiven mesafesinde önemli bir adımdır, çünkü Samanyolu içerisindeki yıldızların ıraklık açılarını saptamamızı sağlar.
Gök ölçümü, aynı zamanda ötegezegen algılama iddialarını desteklemek için kullanılır. Sistemin kütle merkezi etrafındaki etkileşimli yörüngeye bağlı olarak gezegenin sebep olduğu ve yıldızın gökyüzündeki görünen konum değişimini ölçer. 2009 yılına kadar yer tabanlı gök ölçümü ile ötegezegenlerden hiçbiri tespit edilememişken daha sonraki çalışmalarla ötegezegenler doğrulanmıştır. Dünya’nın atmosferi gibi bozucu etkilerden etkilenmeyecek olması dolayısıyla gök ölçümü çalışmalarının uzaya taşınmasıyla daha kesin sonuçların elde edilmesi umuluyor. NASA'nın planlanmış, ancak sonradan iptal edilmiş olan Uzay İnterferometri Misyonu (İng.: Space Interferometry Mission) gök ölçümü tekniklerini kullanarak 200 veya daha fazla yer benzeri gezegeni ortaya çıkarmayı amaçlıyordu. Avrupa Uzay Ajansı’nın 2013’te gönderdiği Gaia adlı uzay aracı, gök ölçümü tekniklerini yıldızlar arası ortamda uyguluyor.
Astrometrik ölçümler, astrofizikçiler tarafından gök mekaniğini belirli modellerde sınırlamak için kullanılıyor. Pulsarların hızlarını ölçerek süpernova patlamalarının asimetrisine bir limit koymak mümkündür. Aynı zamanda gök ölçümü sonuçları, galaksideki karanlık maddenin dağılımını belirlemede kullanılıyor.
Astronomlar, gök ölçümü tekniklerini Dünya’ya yakın cisimleri izlemek için kullanıyorlar. Gök ölçümü, birçok Güneş Sistemi cisminin tespitinde rekor kırılmasının nedenidir. Astronomlar, bu cisimleri astrometri kullanarak bulmak için bütün gökyüzünü tarayan teleskoplar ve çeşitli aralıklarda fotoğraf çekmesi için büyük alan kameraları kullanıyor. Astronomlar, bu fotoğrafları işleyerek arka plandaki sabit görünen yıldızlara göre Güneş Sistemi cisimlerinin hareketlerini belirleyebiliyorlar. İlk olarak seçilen birim zamana göre gözlem yapılıyor. Astronomlar, bu süre boyunca Dünya’nın hareketinden kaynaklanan ıraklık açısını ve cismin hesaplanan Güneş merkezine olan mesafesini karşılaştırıyor. Bu mesafe ve diğer fotoğraflar kullanılarak cismin yörünge ögeleri de dahil birçok bilgi elde edilebilir.
50000 Quaoar ve 90377 Sedna, Michael E. Brown tarafından bu yöntemlerle keşfedilen iki Güneş Sistemi cismidir. Diğerleri, Palomar Gözlemevi'nin 48 inç (1.200 mm) Samuel Oschin teleskobu ve yine Palomar'ın büyük alan CCD kamerası kullanılarak Caltech’te keşfedilmiştir. Astronomların gökyüzündeki cisimlerin konumlarını ve hareketlerini takip etme yeteneği, kendi Güneş Sistemi’mizin Evren’imizdeki diğer bütün cisimlerle birlikte geçmişini, şimdiki hâlini ve geleceğini anlamak için çok önemlidir.

İstatistik

Gök ölçümünün temel taşı hata düzeltmedir. Atmosfer koşulları, kullanılan aletlerin kusursuz olmaması, gözlemciden kaynaklanan hatalar gibi birçok faktör, gök cisimlerinin konumlarını belirlerken çok sayıda hata üretir. Bu hatalar, gözlem aletlerinin geliştirilmesi ve alınan verilerin düzenlenmesi gibi çok sayıda teknikle azaltılabilir. Sonuçlar, daha sonra istatistiksel yöntemler kullanılarak analiz edilebilir.