METEOROLOJİ VE ASTRONOMİ

AstroNotlar’dan merhaba! Bu hafta hem Mars’a konması beklenen Perseverance uzay aracından hem de meteoroloji istasyonlarının yer tabanlı astronomi gözlemleri için öneminden bahsedeceğiz. 

Öncelikle meteoroloji nedir, onunla başlayalım.

Meteoroloji, atmosfer biliminin dallarından biridir. Biraz açacak olursak temelinde gökyüzünde meydana gelen bulutlanma, rüzgar, yağış gibi atmosferik olayların gözlemlerini yapıp aralarındaki ilişkiyi inceleyen bilim dalı diyebiliriz. Tıpkı astronomide olduğu gibi insanlık tarihinden beri doğa olaylarını gözlemlemiş, günlük hatta mevsimlik planlarını doğanın hareketleri ile şekillendirmiş ve bu sayede hayatta kalmıştır. Tarım, ulaşım, yerleşim, göç gibi aklınıza gelebilecek her konunun bir ucu mutlaka meteoroloji biliminin ölçümlerini yaptığı bir ya da daha fazla parametreye bağlıdır.

Astronomi gözlemleri her zaman belli limitler dahilinde gerçekleşir. Elektromanyetik spektrumda bulunan farklı dalgaboylarına sahip bölgelerin hepsi farklı tekniklerle gözlenir. Biz bu yayında çoğunlukla görsel ve kırmızı öte bölge için konuşacağız. İlk limit olarak gözlem yapılacak enerji aralığına karar verildikten sonra gözlem cihazlarının özelliklerine karar verilmesi gerekiyor; teleskobun çapı, odak uzunluğu, dedektör özellikleri gibi. Böylelikle astronomi açısından, parlaklık, görüş alanı, çözünürlük gibi gözlem düzeneğimize ait sabit limitler belirliyoruz. Tabi bunların hepsi bütçeye, gözlem yerinin şartlarına ve gözlemek istediğimiz cismin özelliklerine göre belirleniyor. Bütün bu limit belirlemelerin yanı sıra yer seçimi de başlıyor. Uzayda bulunan bir teleskop hedefliyorsak atmosfer etkilerinden kurtulmuş oluyoruz fakat bu durum da kendi içerisinde başka kısıtlamalar doğuruyor, yörüngenin türü, hareket kabiliyeti, bakım olmadığından kısa ömür vb. Yer tabanlı gözlemlerde ise atmosferin etkisi, nemlilik, açık gece sayısı, yağış miktarı ve tipi, rüzgar yönü ve şiddeti, havadaki su buharı miktarı gibi sabit olmayan parametrelerin farklı atmosfer katmanlarındaki durumlarının incelenmesi gerekiyor. İşte burada meteoroloji biliminin evrensel ölçüm teknikleri devreye giriyor.

Farklı dalgaboylarında kullanılan farklı gözlem araçları (Kaynak: NASA)

Meteoroloji teknikleri teknolojiyle birlikte her geçen gün daha da ilerliyor. Günümüzdeki tekniklere gelmeden  önce, biraz geçmişine bakalım.

İnsanlık, “ilkel” dediğimiz zamanlarda bile bazı meteorolojik değerleri sayısallaştırmaya çalışmıştır. Meteorolojik kayıtlara atf edebileceğimiz ilk kayıtlar milattan önce 15. yüzyıldan kalmış Babil tabletlerindedir. Yağmur ile yıldırım arasındaki ilişki anlatılmıştır bu tabletlerde. Farklı kültürlerden de geçen yıllar boyunca benzer kayıtlar var olsa da, meteorolojinin asıl başlangıcı Aristo ile MÖ 350 yılında olmuştur. Meteoroloji adında bir kitap yazmış ve bu kitapta anlattığı en ilgi çekici bilgi de doğadaki su çevrimini açıklaması olmuştur. Çoğu terim gene o zamanlarda ismini almıştır. Yıldırım, şimşek, meteor, gibi isimlendirmeler o zamanlardan kalmadır. Aristo’nun öğrencilerinden Theophrastus ne bulduysa toplayıp “İşaretler” adında bir kitap yazarak ilk meteorolojik tahmin etme yöntemlerinin temelini atmıştır. Bu bilgiler 2000 yıldır kullanılmaktadır.

Peki bu gözlemsel bilgilerin gözlem araçlarına dönüştürülmesi ne zaman başlamıştır?

Bilinen ilk cihaz olarak 1441 yılında Kore Prensi Munjong’un (문종) yağmur sayacını söyleyebiliriz. Bu cihazı çiftlik sahiplerine vererek tarım vergisinin adil şekilde alınması sağlanmıştır. 1450 yılında İtalyan Leone Battista Alberti, ilk anemometreyi yani rüzgar şiddeti ve yönü ölçen cihazı geliştiriyor. 

İlk anemometre 1450 yılında geliştiriliyor ama günümüzde de kullanılan versiyonu olan cup anemometre, yani küçük kepçelerden oluşan anemometrenin keşfi aslında 1845 yılında Armagh Gözlemevi’nde Thomas Romney Robinson tarafından geliştiriliyor. Böylesi bir aracın pratikleşme sürecinin 400 yıl olması gerçekten hayret verici!

Cup Anemometre (Kaynak: Buzzle)

1800’lü yıllara gelmeden önce, 1607 yılında tanıdık bir isim Galileo Galilei “hava termoskop”u denilen termometre benzeri bir cihaz geliştiriyor. 1611’de bir diğer tanıdık isim Johannes Kepler buz kristallerinin şekilleri üzerine bir çalışma yapıyor. 1643 yılında Evangelista Torricelli isimli bir İtalyan, basınç ölçer olarak da bildiğimiz barometreyi geliştiriyor. 1662’de İngiliz Sir Christopher Wren mekanik, kendi kendine boşalabilen yağmur sayacı geliştiriyor. 1714’de Alman Gabriel Fahrenheit termometreyi, 1742 yılında İsveçli Anders Celcius santigrat skalalı termometreyi geliştiriyor. 1783 yılına geldiğimizde en önemli cihazlardan biri olan nem ölçer yani higrometre Horace-Benedict de Sassure tarafından geliştiriliyor. 1802’de İngiliz Luke Howard bulutları tiplerine göre sınıflandırarak latince isimlendiriyor. Takvimler Nisan 1960’ı gösterdiğinde ise NASA tarafından gönderilen TIROS-1 ilk başarılı meteoroloji uydusu olarak yörüngemizde görev aldı.  

Şaşırılacak bir durum da olsa, tüm bu araçlar teknik olarak hala aynı mantık ile çalışmaktadır. O dönemlerde bütün cihazlar mekanik iken günümüzde bu sistemler bir lira büyüklüğünden daha küçük bile olabilecek sensörler ile “elektronik” olarak ölçümler yapmaktalar. Son 10 yılda da arduino, raspberry gibi elektronik kitler sayesinde bu gibi araçların yapımı oldukça ucuz ve ulaşılır halde geldi. Hatta sıcaklık, nem, basınç, yağmur sayımı gibi sensörler tek bir devre elemanında kullanılabiliyor. Uydulara bakarsak kızılötesi görüntüleme yöntemleriyle bu ölçümleri yapmak gayet kolay. Ülkemizin kendine ait bir meteoroloji uydusu olmamasına rağmen ECMWF yani European Centre for Medium-Range Weather Forecasts üyeliği sayesinde bu konsorsiyuma ait uyduların verilerini kullanmaktadır.

Peki astronomi gözlemleri esnasında bu bilgiler nasıl kullanılır?

En başta da bahsettiğimiz gibi, astronomi gözlemlerinde her şey belli limitler dahilinde gerçekleşir. Bu limitlerin en belirleyicisi atmosfer koşulları yani meteorolojik parametrelerdir. Örneğin gökyüzü bulutlarla kapalıysa gözlem yapılması mümkün olmaz. Yağmur, kar gibi durumlarda ekstradan önlemler alınması gerekebilir. Açık havalarda ise, cihazların çalışma sıcaklığı limitleyicidir. Teleskop aynası, mekanik yüzeyleri ve elektronik aksamlarında yoğuşma sonucunda ıslanma olmaması için çiy noktası, dolayısıyla nem oranı sınırlayıcıdır. Rüzgar şiddetinin cihazlara, kubbeye zarar vermemesi gerekir. Tasarımlar da buna bağlı olarak yerleşkenin maksimum rüzgar değerlerine göre yapılır. Saydığımız bütün bu değerler mevsimsel olarak ortalama bir karakter gösterse de gece içerisinde, birkaç dakikada bile değişebilir. Kubbeyi uçuran fırtınanın hızını tam bilemiyorum ama 2014 yılındaki başka bir fırtınada TUG RTT150 binasındaki kapı 270km/saat’e varan şiddetli rüzgar sebebiyle uçmuştu. Bu yüzden bütün bu değerlerin sürekli ölçümü gereklidir. Hem sürekli, hem saniyelik, hem de doğru ölçümler yapılmalıdır. Ölçümlerin hata payları, hassasiyetleri ve çözünürlüklerinin doğru sonuçlar vermesi çok önemlidir. Bu nedenle her meteoroloji istasyonu yetkili bir kurum tarafından 6 ayda bir kalibrasyon işleminden geçmelidir. Ülkemizde bu kurum Meteoroloji Genel Müdürlüğü’dür. 

Her an veri almak elimizde büyük bir veritabanı oluşturur. Astronomik açıdan, bu veriyi mevsimsel benzerliklerini ayıkladıktan sonra uygun gözlem aralıklarının belirlenmesinde kullanıyoruz. Atmosferdeki hareket doğrudan gözlemsel kaliteyi etkiler. Buna atmosferik görüş, yani “seeing” denir. Atmosferik görüş, en basit şekilde dünya atmosferinin yıldız ışığına olan etkisini ve sonuç olarak kalitesini gösterir. Bu değer ne kadar 0’a yakın olursa yüksek çözünürlüklü gözlem yapılabilir. Gözlem cihazlarımızın kendi kusurları sabit bir hata payı oluşturur. Bu hata payında yapılan gözlemlere kırınım limitli (diffraction limited) gözlemler denir. En kaliteli, yüksek çözünürlüklü gözlemler bu halde yapılır; atmosferik görüş değerinin olabildiğince düşük olması istenir. Atmosferin değişken ve hareketli yapısı bu sabit hatalar üzerine sürekli değişen hatalar meydana getirir. Bu durumda yapılan gözlemlere atmosferik görüş limitli (seeing limited) gözlemler denir. Böylelikle atmosferik görüş değeri yükselir, ama görüş kalitesi ve buna bağlı olarak da gözlem çözünürlüğü düşer. Eğer atmosferin bu hareketini hızlı bir şekilde çözebilirsek, adaptif optik gibi sistemler kullanarak atmosfer etkisini en aza indirebiliriz. 

Büyük teleskoplar günümüz skalasında 4 metre ve üzeri çaplara sahip teleskoplar olarak sınıflandırılır. Atmosferdeki optik değişimi yaratan şeyleri küçük kutucuklar gibi düşünebiliriz. Bu kutucuklar 5 cm’den 50 cm’ye kadar uzunluğa sahip olabilir ve tipik olarak 20 cm civarındadırlar. 20 cm’lik bir teleskop ile yıldız ışığı önünden 1 saniyede bir bu kutucuklardan geçsin. 4 metrelik bir teleskoptan bu durumda 1 saniyede 20 adet kutucuk geçecek ve yıldız ışığı deformasyona uğrayacak ve atmosferik görüş değeri yükselecektir. Bu kutucukları yaratan ise tamamen atmosferdeki sıcaklık farklılıkları, rüzgar hızı, basınç farklılıklarıdır. Bu parametreleri doğru şekilde ölçtüğümüz sürece atmosferik görüşü ön görebiliriz. Tıpkı hava tahminleri gibi. 

Sisteme karar verildikten sonra ona uygun yeri seçebilmek için en az bir yıllık örneklem oluşturabilecek kadar bütün parametreler ölçülmelidir. Tabi her dağ başına gidip, ekipman taşıyıp, kurup en az bir yıllık gözlem yapmak pek kolay olmadığından bu konudaki gelecek, uydu gözlemlerinde yatmaktadır. Uydu gözlemleri ve atmosferik görüşün uydulardan ölçülebilmesi ile amaca en uygun yerler kolaylıkla tespit edilebilecektir. 

Meteorolojik bilgilerin profesyonel tarafından bahsettik. Bu bilgiler amatör astronomlar ve astrofotoğrafçılar tarafından nasıl kullanılıyor?

Astronomi tutkunu ve meraklısı olan herkes için geçerli aslında tüm bahsedilenler. Gökyüzünü daha iyi görebilmek için şehir ışıklarından uzak dağlara, kamplara gidiyoruz. Ayrıntılı planlar yapıp, ekipmanlarımızı hazırlayıp yola çıktığımızda bir sürprizle karşılaşmak istemeyiz elbette. Hem kendi sağlığımız hem de ekipmanların sağlığı için meteorolojiyi sürekli takip etmekte fayda vardır. Bunun için Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nün web sitesi veya telefon uygulaması kullanılabilir. Hava tahmin modelleri sayesinde oluşturulan öngörülerin en güvenilir aralığı ilk 3 gündür diyebiliriz. Hava durumu tahminlerine bu uygulamalar ile erişilebilir. Bir çok farklı uygulama bulunsa da hepsinin kaynağı az önce de bahsettiğimiz ECMWF verileridir. Gözlemcilerin mutlaka soğuktan, rüzgardan kendilerini koruyacak giysileri yanlarında bulundurmaları gerekir. Ne demişler: “Sen önünü kış tut, yaz çıkarsa bahtına”. 

Biraz da gündeme bakalım. Önümüzdeki günlerde Mars’la ilgili heyecan verici gelişmeler bekliyor bizi.

Bir başka Mars’a robot inişi heyecanı daha bizleri bekliyor. Geçtiğimiz sene 30 Temmuz’da fırlatılan “Perseverance” yüzey aracı 18 Şubat Perşembe günü Mars yüzeyine iniş yapacak. Jezero Krateri’nde belirlenen alana nokta iniş yapılması hedefleniyor. Planlanan çalışma süresi 1 Mars yılı, yani yaklaşık 2 Dünya yılı olarak hedefleniyor. Önceki Mars görevleri tecrübelerine göre bu süre daha da uzun olabilir. Bilimsel hedefleri arasında bölgenin jeolojik yapısının incelenmesinin yanı sıra geçmişte olmuş olabilecek bir yaşam kanıtı da aranacak. Bunun için, kayaçlardan mineral yapı örnekleri toplayıp, kendi haznesinde analizini yapacak. Bu örnekleri muhafaza ederek gelecekteki başka görevlerle Dünya’ya getirilmesi de hedefler arasında. Perseverance’ın, üzerinde bulunan helikopter benzeri bir araç ile ilk defa Mars’ta uçuş yapması hedefleniyor. Ayrıca bir gelenek haline gelen, uzay araçlarıyla isim gönderme kampanyası ile bu görevde 11 milyona yakın isim gönderildi. Bunlardan 2.5 milyonu ülkemize ait.

Yayınımızı bitirmeden önce bir de AstroNotların 2021 gelişmelerini yeniden hatırlatmak istiyorum. Şubat ayı takvimimiz ile telefon veya masaüstü arka planlarınızı şenlendirmek isterseniz sitemizi ziyaret edebilirsiniz. Ayrıca her ay takvimimizde Emre Erkunt tarafından çekilmiş farklı bir astrofotoğraf da yer alıyor! Poster şeklinde tasarladığımız bu takvimleri çıktı da alabilirsiniz. Yayınlarımızı kaydederken kayıt sırasında kırpılan ve eğlendiğimiz anlarımızı da dinleyicilerimizle buluşturduğumuz Kayıt Dışı seslerimizi dinlemek için sosyal medyadan bizi takip etmeyi unutmayın! 

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 VE GÖRSELLER

https://imagine.gsfc.nasa.gov/Images/science/observatories_across_spectrum_full.jpg

https://media.buzzle.com/media/images-en/photos/conceptual/technology/1200-37955422-hemispherical-cup.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Meteorology

https://www.environmentalscience.org/meteorology

https://mars.nasa.gov/mars2020/

http://adsabs.harvard.edu/full/1914PPCAS…3…92Bhttps://mars.nasa.gov/mars2020/

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.