GÖKKUŞAĞI FİZİĞİ

AstroNotlar’dan, merhaba! Bu haftaki konumuz gökyüzünün nadide güzelliklerinden biri olan gökkuşakları! Nasıl oluştukları, ne zaman göründükleri, işin fiziği ve çoğumuzun bilmediği detaylar. 

Öncelikle temel bir soruyla başlayalım. Gökkuşağı nedir ve nasıl oluşur?

Konuya ışığın kırılması ile başlamakta fayda var. Işık bir ortamdan diğerine geçtiğinde, örneğin havadan suya geçtiği zaman, ortamların yoğunlukları farklı olduğu için ışık kırılmaya uğrar, yani doğrultusu değişir. Hatta havadan suya geçen ışığın hızında da bir yavaşlama olur. Biliyoruz ki Güneş’ten çıkan ışık ışınlarının Dünya’ya varması yaklaşık 8 dakika sürer. Eğer Güneş ile aramızdaki ortamı suyla doldurabilseydik bu süre 11 dakika olurdu! 

Işık vakum ortamda, yani uzayda, tüm dalga boylarında aynı hızda ilerler ancak su gibi bir ortamda yayılma hızı dalga boyuna bağlıdır. Yani mor ışık suda kırmızıdan daha yavaş ilerler ve daha fazla kırılır. Böylelikle güneş ışığı bir su damlasıyla karşılaştığı zaman kendisini oluşturan renklere ayrılır. Buna ışığın yayılması bir başka deyişle “dispersiyon” diyoruz. Güneş ışığı bildiğiniz gibi 7 ana rengi ve çıplak gözle göremediğimiz daha bir çok farklı dalga boyundaki ışığı barındırır.

Peki kırılan ışık gökyüzünde nasıl böyle bir görüntü oluşturur? Bunun cevabına 42 desek inanmazsınız ama, aslında gökkuşakları ışık kaynağı ile 42 derecelik açı yapacak şekilde oluşur. Gökkuşağının oluşabilmesi için belirli koşullar vardır. Örneğin, Güneş’in ufka yakın olması. Güneş ışığı yağmur damlalarının bir çoğundan geçip kırılarak bu gökkuşağını oluştursada, ancak sadece bir tanesi bizim görebileceğimiz açıda bir gökkuşağı oluşturur, o nedenle büyük bir yağmur bulutundan yağan yağmurda bile sadece bir tane gökkuşağı görürüz. 

Peki tek bir damla yeterli mi bir gökkuşağı oluşturmak için? Yoksa kaç damla lazım? Çok! Çok damla lazım. Çünkü ne dedik az önce, gökkuşağına gelen ışığın 42 derecelik bir açı yapması gerekli. Damlaya beyaz ışık olarak toplu bir renk paketi halinde giren renklerin her biri, damladan farklı bir açı ile çıkar. Örneğin gökkuşağının kırmızı rengini oluşturan ışık ışınları belirli bir açıyla damladan çıkarken, mor kısmı oluşturanlar farklı bir açıyla çıkmaktadır. Bu nedenle bir çok damla gerekir ki, kiminden çıkan kırmızıyı kiminden çıkan maviyi kiminden çıkan moru görebilelim. Aradaki tüm renkler için de bu geçerli olduğundan, bir gökkuşağı görebilmemiz için illa ki bolca su damlası, yani yağmur gerekir. 

Yani gökkuşağını gökyüzünde su damlalarının olduğu, Güneş’in gözlemcinin arkasında olduğu ve ufka yakın olduğu zamanlarda görebiliriz. Bu nedenle genellikle Güneş doğarken batı ufkunda veya akşamüstü doğu ufkunda görülür gökkuşakları. Benzer şekilde şelalelerde ve hatta bahçeyi sularken hortumdan çıkan suda veya fıskiyelerdeki suda kırılan ışıkta da minik gökkuşağı benzeri illüzyonlar görebiliriz.. 

Aslında gördüğümüz tüm gökkuşaklarının merkezinde hep biz varız. Yani aslında herkesin gökkuşağı kendine özgü. Ama bu aynı zamanda gökkuşağının alt kısmını göremeyeceğiniz anlamına da geliyor. Yani Dünya yüzeyindeyken tam bir daire görmemiz mümkün değildir. Fakat örneğin bir pilot, skydiver ya da dağcıysanız, yerden yeterince yükselmiş olabilirsiniz ve koşullar da tamı tamına uygunsa, o zaman bir tam daire şeklinde gökkuşağı görmek mümkün olabilir.  Yani aslında tam daire şeklinde gökkuşağı görme ihtimali de mevcuttur.  

Gökkuşakları gözlemcinin belirli bir mesafesinde oluşmaz. Aslında bu bakımdan görsel bir ilüzyon olduğunu söylemek yanlış olmaz. Yani gökkuşağı erişilebilecek bir cisim değildir. Onu yakalamaya gidersek, aslında orada olmadığını görürüz. Baktığınız zaman karşınızdaki arkadaşınız size göre gökkuşağının altında veya ucunda duruyor gibi görünse de o arkadaşın bakışına göre bu böyle olmuyor, çünkü demin de dediğimiz gibi, herkesin gökkuşağı kendinedir.

En etkileyici gökkuşakları aslında gökyüzünün bir kısmı hala koyu yağmur bulutlarıyla kaplıyken görülür. Bu durumda gözlemcinin bulutsuz ve güneşli tarafta olması gerekiyor tabii. Böyle durumlarda gökkuşağının o canlı renklerle harika bir görüntü oluşturduğunu görürüz. Dahası, yaklaşık bir 10 derece yukarısında da, renkler ters sıralanmış şekilde, biraz daha sönük, ikinci bir gökkuşağı daha görebiliriz. Aslında teoride, tüm gökkuşakları çifttir ancak ikinci kuşak genellikle daha sönük olduğu için onu her zaman görebilmemiz mümkün olmayabilir. Işığın, su damlasının içinde iki kez kırılmasıyla, yani double reflection dediğimiz durum sayesinde gökkuşakları ikili yapıda olur.

Peki ama neden ikili yapıda? Bir su damlasını ortadan ikiye böldüğünüzü düşünün. Işık damlaya üst yarıdan girip, damla içinde iki kez kırılıp damlanın altından çıkıyor ve renklerine ayrılıyor. Fakat aynı şekilde damlanın alt yarısından giren ve iki kez kırılmasının ardından damlanın üst yarısından da çıkan bir demet olacaktır illa ki. Bu durumda da gökkuşakları birbirlerinin ayna görüntüsünü oluşturuyor gibi, renkleri ters sırada dizilir. Işığın damlaya giriş, çıkış ve kırılma açılarının daha iyi anlaşılabilmesi için alttaki görseli inceleyebilirsiniz.

Bu iki gökkuşağı arasında kalan bölge neden dışarıya göre daha koyudur? Bu durumu ilk defa MS 200 yılında Alexander Aphrodisias keşfetmiş olduğu için, bu karanlık bölgeye, ona ithafen Alexander Kuşağı adı veriliyor. Birincil ve ikincil gökkuşağının oluşmasını sağlayacak açıda kırılan ışık ışınları çift gökkuşaklarını oluştururken bu ikisinin arasında kalan açılarda kırılan ışığın tamamı gözümüze erişemiyor, bu aralıktaki ışığın bir kısmı kayıp gibi düşünebiliriz. Bu nedenle de o bölge görece daha karanlık kalıyor. 

Bilim tarihinde çok daha gerilere gittiğimizde, gökkuşağını ciddi bir araştırma altına alan ilk kimseler arasında Yunan bilgin Aristo’ya rastlıyoruz. Bu da bizi milattan önce 300’lü yıllara kadar götürüyor. Arap, Çin ve Pers bilginleri de incelemiş bu güzel doğa olayını. Avrupa’ya baktığımızda Bacon’dan Descartes’a kadar çok çok araştırmacının gündemine girmiş. Özellikle Descartes’ın bu birincil ve ikincil gökkuşaklarının oluşumuna dair çizimleri gerçekten de görülmeye değer.

Dünya’da belirli şartlar altında gökkuşağı oluştuğunu öğrendik. Başka gezegenlerde de gökkuşağı görmek mümkün mü? Satürn’ün iyi bilinen ve pek de sevilen uydularından biri olan Titan’da da kendine has gökkuşakları olabileceği görüşleri mevcut. Titan’daki gökkuşağının kırılma açısı 42 derece yerine 49 derece olacak ve Titan’daki sürekli puslu hava nedeniyle gökkuşağını görebilmek büyük bir şans işi olacak olsa da belki kızılötesi gözlükleri olan bir gözlemci kızılötesi bölgede bir gökkuşağı görebilir. Gitmeden bilemeyiz diyerek bu konuda hayal dünyanızın genişliğine imkan tanımak isteriz.

2 kg’lık bir Ay örneğini dünyaya getirebilmek için Chang-e5 adlı bir görev ile 384.000 km ötedeki uydumuza 8 tonluk bir uzay aracı gönderdiler. 1976’daki Luna 24 görevinden beri ilk defa böyle bir şey yapılıyor. Tabii ki bu uzay aracı 1970’lerdekine kıyasla çok daha gelişmiş. 8 tonluk bu aracı Ay yörüngesine gönderebilmek için Çin’in en büyük roketi olan Long March 5 kullanıldı. Aracın üzerinde görsel bölgede ve kızılötesinde çalışabilen tayfçekerler var. Bu sayede Ay yüzeyindeki madde daha Dünya’ya gelmeden analiz edilebilecek. Ay yüzeyinin altına inebilen radarı da var, böylelikle Dünya’ya getirilmek istenen yapıda maddenin aranıp bulunması mümkün olacak ve tabii ki bulunduktan sonra o bölgede bir delme çalışması ile madde elde edilecek. Önceki görevlere kıyaslanırsa tüm bu özellikler çok daha gelişmiş durumda. 

astronotlar.space@gmail.com e-posta adresimize konuştuğumuz içeriklere dair düşüncelerinizi ve değinmemizi istediğiniz konuları yazabilir, bir kitap, link veya bilgi paylaşımında bulunabilirsiniz. Sosyal medya hesaplarımızı Instagram ve Twitter’dan “astro_notlar” olarak takibe almayı unutmayın! Facebook’tan vazgeçmem diyenler ise bizi AstroNotlar sayfasında bulabilirler. Gelecek hafta görüşünceye dek, gökyüzüne iyi bakın, hoşçakalın!

E-posta: astronotlar.space@gmail.com
Facebook: facebook.com/astronotlar.space
Instagram: instagram.com/astro_notlar
Twitter: twitter.com/astro_notlar
Anchor: anchor.fm/astronotlar

Kaynaklar:

https://www.youtube.com/watch?v=xkDhQGXqwCM

https://opencurve.info/rainbows-alexanders-band/

http://www.atoptics.co.uk/rainbows/adband.htmLynch, David K.; Livingston, William (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77504-5

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.