Yerküre'nin kütlesi

Kerem388 · 03-14-2008

Newton,kısaca Principia olarak anılan kitabında bir tahmininden söz ediyordu.Bir dağ yakınına asılmış bir çekül,dağın çekimsel kütlesinin yanı sıra Yerküre’nin çekimsel kütlesinin de etkisiyle,dağa doğru hafifçe meylederdi.Sapma hatasız şekilde ölçülürse,evrensel kütleçekimi sabiti,yani kütleçekiminin G olarak bilinen temel değeri bulunabilirdi.Bu yolla Yerküre’nin kütlesi hesaplanabilirdi.Fransız hidrolog olan Pierre Bouguer ile asker-matematikçi Charles Marie de La Condamine bunu Güney Amerika’da denemişlerdi.Ancak teknik güçlükler ve kendi aralarındaki kavgalar nedeni ile bu işi başaramamışlardı.
Newton’un bu önerisi,İngiltere’de kraliyet astronomu olan Nevil Maskelyne tarafından tekrar gündeme getirildi. Maskelyne,asıl sorunun kütlesi tahmin edilebilecek kadar düzgün şekilli bir dağ bulmakta olduğuna karar verdi.Konuyu Royal Society’e bildirdi.Kurum uygun bir dağın bulunabilmesi için İngiliz Adaları’nı dolaşacak birisine görev vermeyi kabul etti.
*
Maskelyne’nin bu iş için düşündüğü en uygun kişi,astronom ve harita mühendisi olan Charles Mason’du. Maskelyne ve Mason 11 yıl önce Venüs geçişi projesi nedeniyle beraber çalışıp dost olmuşlardı.
*
Charles Mason,1761 tarihinde Jeremiah Dixon adlı genç bir araştırmacı ile beraber çalışıyordu. Royal Society, Venüs geçişini gözlemlemeleri için onların Sumatra’ya gitmesini istedi.Ama daha yolculuklarının başlangıcında gemileri bir Fransız fırkateynin saldırısı ile karşılaştı. Mason ile Dixon, Royal Society’e bir mesaj göndererek bu yolculuğun çok tehlikeli olduğunu bildirdiler.Ancak kurumun ısrar etmesi üzerine yola devam etmek zorunda kaldılar.Bu kez, daha yolun yarısında Sumatra’nın Fransızların eline geçtiğini öğrendiler.Bu nedenle Venüs geçişini Ümit Burnu’nda gözlemlemek istedilerse de bir sonuca ulaşamadılar.Ülkelerine dönerlerken Saint Helena Adası’nda Maskelyne ile karşılaştılar.İşte bu karşılaşma Mason ile Maskelyne’nin dost olmalarına neden olmuştu.Birkaç hafta boyunca gelgit akımlarının haritasını çıkardılar.Kısa bir süre sonra Maskelyne İngiltere’ye dönerken, Mason ile Dixon 4 yıl sürecek olan bir maceraya atıldılar.Yolculuklarının hedefi, bilimsel araştırma yapmak için Amerika idi.O günlerde birisi William Penn,diğeri Lord Baltimore yönetimindeki Pennsylvania ve Maryland kolonileri arasında sınır kavgası vardı. Mason ile Dixon bu sınır kavgasını çözebilmek için 393 kilometre yol katettiler.Sonuçta,daha ileriki tarihlerde köle ve özgür eyaletleri birbirinden ayıran çizgi olarak sembolik önem taşıyan Mason- Dixon hattı ortaya çıktı.İki arkadaş bundan sonra astronomik araştırmalarını sürdürdü.Bu araştırmaların birinde yüzyılın en isabetli meridyen derecesini ölçmeyi başardılar.Sonra da ülkelerine döndüler.
*
Charles Mason,1772 yılında Maskelyne’nin isteği ile kütleçekimsel sapma deneyine uygun bir dağ arama görevini kabul etti.Sonuçta,aranan dağın İskoçya’daki Orta Highlands bölgesinde bulunan Schiehallion olduğunu bildirdi.Ama bütün mevsim boyunca dağda kalıp çalışmayı kabul etmedi.Böylece kütleçekimsel sapma deneyi Maskelyne’nin üzerinde kaldı. Charles Mason daha sonra yani 1786 yılında parasız olduğu günlerinde karısı ve 8 çocuğu ile Amerika’ya gitti.Ama artık orada bulunması için bir neden kalmamıştı.Hiçbir dostu ve bilimsel çalışmalarını destekleyecek hiçbir tanıdığı yoktu.Birkaç hafta sonra öldü.
*
Kütleçekimsel sapma deneyi üzerinde kalan Nevil Maskelyne,1732 yılında Londra’da doğmuştu.1755 yılında kendisi papaz idi.Ancak 25 Temmuz 1748 yılında gerçekleşen tutulma olayından sonra astronomi ile ilgilenmeye başlamıştı.1758 yılında Royal Society’e üye olarak kabul edildi.Üç yıl sonra da Venüs geçişini izlemek üzere St.Helena Adası’na gönderildi.Yolculuğu sırasında Ay’ın konumuna göre boylam belirleme deneyleri yaptı.Geliştirdiği yöntemi 1763 yılında yazdığı ‘İngiliz Denizcisinin Kılavuzu’ adlı kitabında yayımladı.1765 yılında kraliyet astronomluğuna atandı.
*
İşte şimdi,yani 1774 yılının yaz ayında,Schiehallion dağındaydı.Burada 4 ay kaldı.Mümkün olan her konumdan yüzlerce ölçüm alan bir araştırmacı ekibi yönetti.Elde edilen verileri değerlendirerek dağın kütlesini bulmak,birçok hesabı gerektiriyordu.Bu iş Charles Hutton adlı bir matematikçiye verildi. Araştırmacılar dağın haritasına ölçüm sonuçlarını yazmışlardı.Öyle ki her bir ölçüm,dağın üstündeki veya civarındaki bir noktanın yüksekliğini belirliyordu. Bu durum ilk bakışta karmakarışık bir rakam kalabalığı gibi görülüyordu. Charles Hutton,eşit yükseklikteki noktaları kalemle birleştirdiği takdirde bu rakamların daha düzenli görüneceğini fark etti.Artık haritaya bakınca dağın genel biçimi ve eğimi çok kolay anlaşılacaktı.Böylece Charles Hutton,eşyükselti eğrilerini icat etmiş oldu.
*
Charles Hutton, Schiehallion dağındaki ölçümlere dayanarak Yerküre’nin 5.000 milyon milyon ton ağırlığında olduğunu hesapladı.Artık Güneş dahil, sistemdeki tüm gezegenlerin kütleleri, Yerküre’nin kütlesinden hareketle hesaplanabilirdi.Ancak Schiehallion dağı deneyinin bir eksikliği vardı.Dağın gerçek yoğunluğu bilinmiyordu.Nitekim Charles Hutton,dağın sıradan bir taşla aynı yoğunlukta olduğunu varsaymıştı.Bu nedenle deney pekçok kişiyi tatmin etmedi.
*
Kütleçekimsel sapma deneyi konusuna ilgi duyan bir başka kişi,John Michell adlı bir kır papazı idi.
1724 yılında doğmuştu.1750 yılında yapay mıknatıslar üzerinde çalışmalar yaptı.
1755 yılında gerçekleşen Lizbon depremi üzerine araştırmalarda bulundu.Depremin odak noktasının Atlas Okyanusu’nun altında olduğunu saptamıştı. Depremlere,yer altı sularının derinlerdeki yüksek sıcaklıklarla ilişkiye geçmesi sonucunda oluşan yüksek basınçlı buharların yol açtığını ileri sürdü.
Astronomi alanında Yer ile yıldızlar arasındaki uzaklığın ölçülmesine ilişkin teknikler geliştirdi.Çiftyıldız çiftlerinin fiziksel olarak gerçekten birbirlerine yakın olduğunu ve birbirleri çevresindeki yörüngelerde dolandıklarını savundu.1760 yılında Royal Society’e üye olarak kabul edildi.1762 yılında Cambridge Üniversitesi’nde,1767 yılında da Thornhill Üniversitesi’nde profesörlük yaptı.Burulma terazisi ilkesini geliştirdi.Bu aygıt vasıtası ile Yer’in yoğunluğunun belirleneceğini öne sürdü.Nitekim,Henry Cavendish,bu aletten yararlanarak sonraki yıllarda yerçekimi sabiti olan G değerini belirlemişti.
Manyetizma ve kütleçekimine ilişkin araştırmalar yapan John Michell,uzayda karadelikler olabileceğini de ileri sürmüştü.
Ancak tasarı ve deneylerini tamamlayamadan öldü.
*
Henry Cavendish, John Mitchell’in tasarladığı düzeneği kendi malikanesinde kurdu.Bu düzenekte ağırlıklar,karşı ağırlıklar,pandüller,şaftlar ve burulma teller gibi pek çok aygıt vardı.Bu düzeneğin ortasında 160 kilo gelen iki adet çelik top bulunuyordu.Bunlar da daha küçük olan iki kürenin yanına asılıydı.H. Cavendish’in amacı,küçük kürelerde büyük küreler sebebi ile oluşan kütleçekimsel sapmayı ölçmekti.Böylece kütleçekimi sabiti olarak bilinen ve saptanması zor olan kuvvetin ilk ölçümünü mümkün hale getirecekti.Elde edeceği verileri değerlendirerek Yerküre’nin kütlesini bulacaktı.Kütleçekimi komple bir düzeyde güçlüdür,örneğin Güneş gibi büyük kütleli bir cismin gene Yerküre gibi büyük kütleli başka bir cismi çekmesinde olduğu gibi.
Basit düzeylerde kütleçekimi çok zayıftır.Yerden bir taş parçası aldığımızda bütün bir gezegenin birleşik kütleçekimsel etkisini kolayca yenmiş oluruz.İşte H. Cavendish’in amaçladığı olay,çok hafif düzeydeki bu kütleçekimini ölçmekti.
*
Deney,küreler arasındaki kütleçekimi kuvvetinin ölçülmesi yoluyla evrensel kütleçekimi sabiti olan G değerinin hesaplanmasını olanaklı kılacaktı.G değeri,iki cismin birbirlerine uyguladıkları çekim kuvveti ile bu cisimlerin kütlelerin çarpımının,aralarındaki uzaklığın karesine bölümüyle elde edilen değer arasındaki oranı ifade eder.
*
H. Cavendish çok titiz olarak çalıştı.Düzeneğin yerleştirildiği odaya en ufak fısıltı bile girmeyecek şekilde tedbir almıştı.Bu sebeple bitişik odalardan birisine yerleşti.Gözlemlerini teleskopla bir gözetleme deliğinden yapıyordu.Elde edilecek sonuç birbirine bağlantılı 17 tane ince ölçüme bağlıydı.Bütün bunların tamamlanması bir yıl sürdü. H. Cavendish bütün hesapları bitirdiğinde Yerküre’nin 6 milyar trilyon tondan biraz daha ağır olduğunu açıkladı.Bu sayı kendi ülkesinin ölçüm birimi ile 13’ün yanında yirmibir sıfır olan libreydi.Bugün için Yerküre’nin 5,9725 milyar trilyon ton olduğu tahmin ediliyor.Aradaki fark göz önünde tutulmayacak derecede azdır.Unutmayalım ki H. Cavendish ölçümünü yaptığı zaman takvimler 1797 yılını gösteriyordu.