Gökyüzü neden mavidir?
Bilindiği gibi, güneşin beyaz ışığı aslında mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı renklerin karışımıdır. Güneşten çıkarak atmosferimize kadar yol alan güneş ışınlarının çoğunluğu teğet geçerken, bir kısmı atmosferimiz tarafından emilir.
Bu ışık atmosferden geçerken mor tarafındaki ışıklar, kırmızı tarafındakine göre daha fazla dağılırlar ve atmosferde çoğunlukla mavi renk kırılarak yeryüzüne yansıtılır. Bu durumda biz gökyüzünü mavi renkte görürken, güneşi de beyaz-sarı karışımı bir renkte görürüz.
Atmosferimiz olmasaydı, güneşi yine parlak bembeyaz renkte görecek ancak bütün gökyüzü geceleri olduğu gibi karanlık olacak, güneşle beraber diğer yıldızlar da görünüyor olacaktı.
Kesin olan bir şey var ki, dünyanın merkezine ulaştığımızda, erimiş magma içinde eriyip yok olacaktık. Yine de magmayı ve hava sürtünmesini unutup bu boş kuyuda yapacağımız yolculuk nasıl olurdu, ona bakalım.
Dünyanın merkezine ulaştığımızda ağırlığımız sıfırlanırdı. İnsanı dünyanın merkezine çeken yer çekimi bu noktada her yönde aynı olduğundan, ağırlığımız sıfır olur, ama ilk hızla merkezi geçer, öbür uca doğru seyahate devam ederdik.
Kuyudan atladığımızda süratimiz gittikçe artar, merkezi geçtikten sonra gittikçe yavaşlamaya başlar, kuyunun öbür ucunda, yani başladığımız noktadan yaklaşık 13.000 kilometre sonra hızımız sıfırlanır, kuyunun kenarına iyi tutunamazsak, gerisin geriye düşer ve bu hareket kuyunun iki ucu arasında sonsuza kadar devam ederdi.
Ama unutmayalım ki, başlangıçta hava sürtünmesini hesaba katmadığımızı söylemiştik. Sürtünme nedeni ile her seferinde merkezden daha az uzaklaşır ve sonunda merkezde hareketsiz kalırdık.
Yirminci yüzyılın başlarında bilim insanları bu konuyu çok basit bir şekilde açıklıyorlardı. Bu açıklamaya göre, her ne kadar nehirlerin suları tatlı ise de içlerinde bir miktar da erimiş mineral vardır. Yataklarındaki bu mineralleri ve içlerinde tuz bulunan kayaları erozyona uğratarak okyanuslara taşırlar. Bu mineraller içinde en çok olanı kimya dilinde sodyum klorür (NaCl) diye adlandırılan bildiğimiz sofra tuzudur ve bir daha karaya geri dönmez.
Tuz iki çeşit atomdan yapılmıştır. Sodyum (Na) ve Klor (Cl). Bilim insanları Sodyum'un nehirler yolu ile karalardan denizlere taşındığını, Klor'un ise dünya tarihinin ilk dönemlerinde, yer kabuğu ile yer merkezi arasında kalan katmanlardan, okyanusların diplerindeki çatlaklar ve volkanlar yolu ile denize karıştığını ve bu ikisinin birleşerek denizin tuzunu oluşturduklarını tahmin ediyorlar.
Ama hala niçin denizlerin gittikçe tuzlu olmadığının cevabını alabilmiş değiliz. Bilim insanları bunun açıklamasını da şöyle yapıyorlar: Tuz nehirler yolu ile denizlere ilave edilmektedir,ama aynı zamanda denizdeki diğer kimyasallarla birleşerek, okyanus tabanındaki kayalar tarafından emilerek veya deniz suyunun çözeltisinden ayrılıp çökelti haline gelerek bir şekilde deniz suyunun içinden eksilmektedir.
Yüz milyonlarca yıl, eksiltme ve ilave etme yolu ile deniz suyunun tuzluluk oranını hep aynı tutan bu müthiş ayar gerçekten çok etkileyici.
Dünyamızdaki ısının kaynağı güneş olduğuna göre ve bir dağın tepesi güneşe daha yakın iken orada hava niçin daha soğuk oluyor? Öncelikle şunu söyleyelim ki, güneş ile dünya arasındaki mesafeyi düşünürsek, bir dağın tepesine çıkmakla bu mesafedeki azalış çok önemsiz kalır. Güneş dünyamızdan 149,5 milyon kilometre uzakta iken dünyamızdaki en yüksek dağın yüksekliği 9 kilometreyi bile bulmaz. (Everest: 8.846 metre)
Biz zaten her gün evimizde otururken dünyanın kendi çevresinde dönmesinden dolayı, dünyanın çapı kadar, güneşe 12 bin kilometre yaklaşıp uzaklaşıyoruz. Elips şeklindeki yörüngesinde dünya güneşin etrafında dönerken güneşe en fazla yaklaştığı mesafe 147 milyon, en uzaklaştığı mesafe ise 152 milyon kilometredir. Yani dünya zaten bir yıl içinde güneşe 5 milyon kilometre yaklaşıp uzaklaşmaktadır. Bu durum dünyamızdaki ısıyı pek etkilemez, mühim olan ışınların dik gelmesidir.
Güneşin dünyamızda yarattığı sıcaklık, ışınlarının yeryüzünden yansıması ile olur. Ondan sonra yükseldikçe nemli havada her bir kilometrede yaklaşık 6-7 derece düşer. Yani Everest'in dibi ile tepesi arasında 50 dereceden fazla sıcaklık farkı olması doğal. Bu sıcaklık düşüşü atmosferin birinci katmanına kadar böyle sürüyor. Yani yeryüzünde ısı 25 derece iken 11 kilometre tepemizde -50 dereceye kadar düşüyor. Bundan sonra sıcaklık değişiminin akıl almaz dansı başlıyor.
Atmosferin ikinci tabakası olan ve içinde ozon tabakası da bulunan 11. ve 48. kilometreler arasında hava ısısı bu sefer tam tersi yükseldikçe artıyor, tekrar sıfır dereceye kadar çıkıyor. 48. kilometreyi geçip 3. tabakaya girince ta 88. kilometreye gelene kadar tekrar düşüşe geçiyor. Bu tabakanın sonunda, yani 88. kilometrede -80 derecelere kadar düşüyor. Bundan sonra da sürekli yükselişe geçerek güneşe yaklaştıkça artıyor.
Fizik kurallarına göre bir madde ısıtıldığında genişler, genleşir. Soğutulduğunda da büzüşür, yani hacmi azalır. Ancak su bu kurala uymaz, aksine sıfır derecenin altına soğutulduğunda donar ve buz olarak hacmi azalacağına artar. Saf su buza dönüşürken, hacminin yüzde 9'u oranında genişler. Buzda su molekülleri olağanüstü gevşek bir oluşum içinde yer alırlar. Buz, arada deliklerin kaldığı bir yapıya sahiptir.
Bilindiği gibi, bilimsel formülü 'H2O' olan su, iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşmuştur. Bu iki hidrojen atomu, oksijen atomu ile birleştiklerinde, kendi aralarında 105 derecelik bir açı meydana getirirler. Yapı olarak iki hidrojen atomunu birleştiren başka elementler de vardır ve onlar fizik kurallarına uyarlar. Örneğin aynı yapıdaki 'H2S' eksi 83 derecede donar ve eksi 60 derecede gaz haline geçer. Ancak su hidrojen atomlarının dipol bağlantıları nedeni ile sıfır derecede donar, artı 100 derecede gaz haline geçer, donarken de hacmi küçüleceğine büyür.
İşte bu fizik yasalarına aykırı özellik dünyamızdaki yaşamı sağlar. Eğer buz sudan daha yoğun, yani daha ağır olsaydı, suyun içinde dibe batardı. Soğuk bölgelerde denizlerde, göllerde ve nehirlerdeki dibe batan buzlar, güneş ışığı alamayacaklarından eriyemeyeceklerdi. Böylece yıllar süren birikimlerle her tarafı buzlar kaplayacak ve buzullar devri başlayabilecekti. Ancak buz, yoğunluğunun azlığı nedeni ile suyun üzerinde kalır. Bu durumda buzlar altlarındaki suların donmalarına engel oldukları için dünyamızdaki ani ısı değişikliklerini de önlerler, gece ve gündüz arasındaki ısı farklarını azaltırlar ve yaz günlerindeki güneş ışığı ile kolayca erirler.
Eğer buz sudan daha ağır olmuş olsaydı, gezegenimizdeki tüm su rezervleri donmuş olurdu. Belki de başlangıçtaki buzul devrinde öyleydi de, tabiat ana kendi koyduğu kurallara aykırı olarak, hidrojen atomlarının arasındaki açıya biraz dokundu, buzun suyun üstünde kalmasını sağladı ve dünyamızı bizim için yaşanır hale getirdi.
Tepenizde gördüğünüz orta büyüklükte, yaklaşık l kilometre çapındaki bir bulutun hacmi 4 milyar metreküptür ve içinde l-5 milyon kilogram su vardır. Peki nasıl oluyor da bu kadar su başımıza kovadan dökülür gibi dökülmüyor, bu kadar tonlarca ağırlık havada durabiliyor? Gerçekten bulutlar gökyüzünün inanılmaz ve harika süsleridir.
Hiçbir bulut diğeri ile şekil ve hacim olarak aynı değildir. Çünkü oluşumlarına etki eden hava akımları, sıcaklık, basınç, havadaki toz miktarı v.b. gibi o kadar çok etken vardır ki, çok değişken olan atmosferde iki yerde bütün bu şartları eşit olarak sağlamak mümkün değildir.
Isınan yeryüzünden buharlaşan su, havadan hafif minik su buharları şeklinde doğruca gökyüzüne yükselir. Belirli bir yükseklikte basınç azaldığı, hava da soğuduğu için minik su damlacıkları haline geçerler ve bulutları oluştururlar. Başlangıçta bu damlalar o kadar küçüktür ki, çapları birkaç mikrometredir. (İnsan saçı 100 mikrometredir.) Ortalama bir yağmur damlasının oluşabilmesi için bunlardan milyonlarcasının birleşmesi gerekir.
Bulutların bu kadar ağırlığa rağmen gökyüzünde asılı kalabilmelerinin sebebi bu damlacıkların çok küçük olmalarıdır. Her ne kadar bir kilometre çapındaki bir bulutta en azından 1.000 ton su varsa da bu hacimdeki hava 1.000.000 tondur, yani bin kez daha ağırdır. Bu nedenle de bulutlar içerlerindeki yağmur taneleri iyice oluşup, ağırlaşıp yere düşene kadar tepemizde gezinip dururlar. Aslında yağmur yağarken yağmur damlası oluşma işlemi devam ettiğinden bulut içindeki suyu boşaltıp bir anda kaybolmaz.
Bulutun oluşumunda başlangıçta oluşan su damlacıkları o kadar küçüktür ki, üzerlerine gelen ışıkları doğrudan yansıtırlar ve bu tip bulutlar pamuk gibi beyaz görünürler. Su damlacıkları birleşip büyüdükçe, yani kalınlaştıkça ışığı daha az yansıtırlar, bu nedenle de yağmur bulutları daha koyu, gri hatta siyaha yakın renkte görünür. Gittikçe büyüyerek ağırlaşan bu damlalar bulutun altında toplandığından, bu tip bulutların tabanları üst taraflarına nazaran daha koyu renktedirler.
Havadaki sıcaklık yatay olarak genellikle aynıdır. Bu nedenle havanın içine suyu alabileceği yükseklik yatay olarak hemen hemen aynı olduğundan bulutların altları daha düzdür. Bulutun ortası ile üst kenarı arasındaki ısı farklı olduğu ve üst tarafında su damlası oluşumu devam ettiği için üst taraflar kıvrımlıdır.
Aslında mekanizma basit. Güneş ışığının etkisi ile yeryüzünden su buharlaşıyor, yani gaz haline geçiyor. Bu durumda havadan hafif olduğundan atmosferde yükseliyor. Yükseldikçe hava soğuyor ve hava basıncı azalıyor. Su buharı soğudukça havadaki toz parçacıklarına tutunarak su damlası haline dönüşüyor ve bunların milyonlarcası havada birleşerek gözümüze bulut olarak görülüyorlar.
Bulutları oluşturan bu su damlacıkları hemen yakınlarındakilerle sürekli birleşiyorlar, büyüdükçe büyüyorlar, ağırlıkları artıyor, yeterli ağırlığa ulaşınca yer çekiminin etkisi ile yere düşmeye başlıyorlar. Yeryüzünden buharlaşıp bulut oluşturup sonra yağmur olarak yeryüzüne dönen su buharının havada geçen bu macerası ortalama 8 gün sürüyor.
Ancak bulutun içindeki su damlacıklarının tümü yağmur olarak yeryüzüne inmiyor. Bir bulutun en fazla yarısı yağmur olarak yağabilir ve bu da normalde 30 dakika sürer ama bulut devamlı olarak yeniden oluştuğundan yağmur saatlerce, hatta günlerce sürebilir. Bu arada rüzgara bağlı olarak bulutlar devamlı hareket ettiklerinden yağmur çok geniş bir alana yağabilir. Bugüne kadar dünyamızda tespit edilebilmiş en yoğun yağış 26 Kasım 1970 tarihinde Guadaloupe'de olmuş, sadece bir dakikada 3.81 santimetre yağmur yağmıştır.
Atmosferde, yani başımızın üzerindeki havada 13 milyar ton su buharı bulunuyor. Bunun hepsinin bir anda yeryüzüne indiğini düşünebiliyor musunuz? Dünyamızda yağmurun çoğu, yani yüzde 78'i okyanusların üzerine yağıyor. Bu da çok normal, çünkü havanın içindeki su miktarının kaynağı hemen hemen aynı oranda okyanuslardan geliyor.
Kış aylarında güneş ışınları çok güçlü olmadığı için, bulutların bulundukları yüksekliklerde hava sıcaklığı çok düşük olunca, yükselen su buharı, sublime denilen şekilde sıvı hale geçmeden, bu aşamayı atlayarak doğrudan buz kristali haline dönüşür. 0.l milimetre çapındaki buz kristalleri birbirlerine yapışarak kar tanelerini oluştururlar.
Eğer bulut ile yer arasındaki hava sıcaksa bu kar taneleri yere düşene kadar yağmur tanesi haline dönüşebilirler, ama soğuksa yere kadar kar tanesi olarak inmeyi başarabilirler. Hafiflikleri nedeniyle yere o kadar yavaş inerler ki 3000 metreden inmeleri 2 saat alabilir. Bazen bulutun altındaki sıcaklık öyledir ki, bir kısmı kar, bir kısmı yağmur damlası halinde düşerler, biz buna 'sulu sepken' diyoruz. Yani yağmur veya kar yağmasını belirleyen ana unsur, bulut ile yer arasındaki hava sıcaklığıdır.
Dolu yağışı daha ziyade ılıman iklimlerde ve bahar aylarında görülür. Isınan hava ile yükselen su buharı, hava akımları ile daha da yükselerek 12.000 metre civarında -50 derece hava sıcaklığında buz kristallerine dönüşür. Buradaki güçlü hava akımları ile bu buz kristalleri de birleşerek buz tanelerini oluşturur.
Bu buz taneleri ağırlıkları nedeni ile o kadar hızlı düşerler ki bulut ile yer arasındaki sıcaklık ne olursa olsun eriyecek zaman bulamazlar. Çapı 5 milimetreden büyük dolular halinde yeryüzüne ulaşırlar. Aslında tüm bu şartların oluşması çok enderdir ve bu nedenle dolu yağışı hem çok az görülür, hem de çok kısa sürer.
Her şey güneş ışıkları ile yeryüzünde ısınan havanın yükselmesi ile başlıyor. Tabii içinde buharlaşan suyu da yukarı taşıyarak. Bu yükselen hava yaklaşık 2-3 kilometreye ulaşınca havanın soğuk katmanlarına rast geliyor. Soğuk havalarda nefes verince nefesimiz nasıl buharlaşıyorsa aynen o şekilde buharlaşıyor ve gördüğümüz bulutu oluşturuyor. Bu bulutlar daha sonra hava akımları ile 20.000 metreye kadar tırmanabiliyorlar.
Aslı tam bilinememesine rağmen bulutların bu yükselişleri sırasında içlerinde oluşan buz kristallerinin birbirlerine sürtünerek bir statik elektrik enerjisi açığa çıkardıkları öne sürülüyor. Bu elektrik enerjisi bulutların üst katmanlarında pozitif(+), alt katmanlarında ise negatif(-) yüklü olarak birikiyor. Bulutun içindeki yük havayı iyonize edecek güce ulaştığında şimşek oluşuyor.
Yağmur bulutlarının alt yüzeylerindeki büyük negatif yük içindeki elektronları iterek orayı da pozitif yüklü hale getiriyor ve bu yük saniyede 1000 kilometre hızla toprağa iniyor, yani kısa devre yapıyor. Yıldırımın bu andaki ısısı 30.000 derece olup güneşin yüzeyindeki ısının 5 katı kadardır.
Yıldırım düşerken çok şaşırtıcı bir şey oluyor. Yerden de buluta doğru bir boşalma oluyor. Yerden 100 metre yükseklikte bu iki akım birleşiyor ve iletkenliği çok fazla olan bir koridor oluşuyor. İşte bundan sonra yıldırımı hiçbir şey durduramaz, pozitif yük hızla buluta doğru onu nötr hale getirmek için yükselir. İşte yıldırımın havadan yere mi, yoksa yerden havaya mı oluştuğunu yaratan soru bu.
Bu koridordan yerden göğe doğru neredeyse ışık hızının üçte biri hızla yükselen akım yıldırımın göze gelen şiddetli ışığını da yaratır. Ardından yine yukardan yere iner ve iki taraf arasındaki potansiyel farkı sıfırlanana kadar bu olay 10-12 kez tekrarlanabilir.
Kış aylarında kar yağarken şimşek, yıldırım ve gök gürültüsü nadiren olur. Yıldırım ve gök gürültüsü en çok yaz aylarında, hava ılık ve nemli iken yükselen havanın etkisiyle olur. Kış aylarında havanın alçak ve yüksek kısımları arasında ısı farkı az, alçak seviyelerde ise nem de fazla olduğundan şimşek, yıldırım ve sonucunda gök gürültüsü olayı daha az görülür.
Şimşek veya yıldırım etraflarındaki havayı saniyenin milyonda biri kadar bir sürede 30.000 dereceye kadar ısıtırlar. Isınan bu hava aniden genleşir, genişler. Normal atmosfer basıncının neredeyse 100 misli bir basınçla, ses hızından çok hızlı ses dalgaları yayar. Bu aynen ses hızını geçen uçaklarda olduğu gibi kulağımıza bir nevi patlama sesi olarak ulaşır. Buna gök gürlemesi diyoruz.
Şimşek de, yıldırım da tek bir olay değil bir seri olayın birleşimidirler. Yıldırımın ilk çakışından sonraki yukarı doğru olan dönüş çakışında, elektrik akımı daha güçlü olduğundan kulağımıza gelen ikinci ses birincisinden güçlüdür.
Yıldırım veya şimşeğin görülmesi ile gök gürlemesinin duyulması arasında geçen süre saniye olarak ölçülür ve üçe bölünürse uzaklık kilometre olarak bulunabilir. Çünkü gök gürültüsünün sesi bize ses hızı ile ulaşırken, şimşek ve yıldırımın görüntüsü gözümüze ışık hızıyla ulaşır.Gök gürlemesi normal şartlarda 24 kilometreden daha fazla mesafelerden işitilmez.
Ay sadece gece görülebilir diye bir şey yok. Gündüzleri de periyoduna bağlı olarak ay da tepemizde, bütün yıldızlar da. Ama güneşin atmosferimizde yansıyan ışınları onları görmemize mani oluyor. Atmosferimiz olmasaydı gökyüzü gündüzleri de karanlık olacak, güneşle birlikte yıldızları da görebilecektik.
Ay dünyamıza çok yakın olduğundan gökyüzünde görüntü olarak yıldızlardan çok büyük görünür. Eğer konumuna göre güneşten iyi ışık alabilirse gündüzleri de gökyüzünde rahatlıkla görünebilir. Ayın yüzeyi bir asfalt yol yüzeyi gibi yansıtıcıdır. Koyu renktedir ama tam siyah da değildir. Biz gökyüzünde aya baktığımızda sadece onun güneşten yansıttığı ışığı görüyoruz. Güneş kadar ışık saçmıyor ama yine de gökyüzündeki en parlak yıldızdan 100.000 kat daha fazla ışık yansıtabiliyor.
Gündüz havanın aydınlığı yıldızların parıltısını yok eder. Aslında parlak yıldızların olduğu bölgede gökyüzünün parlaklığı da biraz daha farklıdır ama bu farkı pek algılayamayız. Ama ayın olduğu bölgede ışık yeterli ise geceki gibi çok parlak olmasa da onu görebiliriz. Hatta hava şartlarının olumlu olduğu durumlarda hava aydınlıkken Venüs gezegenini bile görebiliriz.
Yıldızların göz kırpıyormuş gibi ışıklarının kırpışmasının sebebi, çok uzaktan geliyor olmaları ve atmosferimizdir. Yeryüzünde nispeten ılınan hava devamlı olarak yükselme meylindedir. Bu durum gece de devam eder. Yıldızların zayıf ışıkları bu yükselen hava dalgası içinde kırılırlar. Bazen gözümüze tam olarak ulaşamazlar, yani kesik kesik gelirler.
Bu evimizdeki sıcak radyatörün veya bir ateşin ya da yazın çok sıcak yolların üzerindeki yükselen havanın arkasındaki şekillerin görüntüsünü dalgalandırmasına benzer. Gerçi görülebilir gezegenlerden gelen ışıklar da yükselen hava dalgaları ile kırılır ama onların ışıkları daha güçlü olduklarından gözümüze ulaşmada kesinti olmaz ve göz kırpmazlar.
Lavabonuzu veya küvetinizi su ile doldurun ve tıkacı aniden çekin. Su düz olarak delikten boşatmayacak, döne döne bir hortum oluşturacak şekilde boşalacaktır. Bu dönüş yönü kuzey yarımkürede sağa doğru, yani saat yönünde, güney yarımkürede ise tam tersidir. Bilim insanları buna 'Coriolis' kuvveti diyorlar. Her iki yarımkürede böyle birbirine ters yönde hava akımlarının ve okyanus akıntılarının olduğu herkes tarafından kabul ediliyor da, bir lavabodan boşalan suda, böyle küçük bir ortamda dünyanın dönüşünün etkili olup olamayacağı tartışma konusu.
A'yı ekvatorda, B'yi ise onun tam kuzeyinde 45 derece paralelinde iki nokta olarak düşünelim. Bir top mermisini A'dan tam kuzeye nişanlayıp attığımızda, atış sırasında ekvatorun dönüş hızı B noktasına göre neredeyse iki kat olacağından mermi B noktasının doğusuna gidecektir.
Aynı şekilde kuzey kutbundan hemen hemen hareketsiz bir konumdan tam güneye atılan bir mermi 45 paralelinde dünya dönüş hızı daha çok olduğundan bu sefer hedefin batısına düşecektir. Yani kuzey yarımkürede kuzeye veya güneye atılan her şey atanın konumuna göre sağa gitmektedir. Bu durum güney yarımkürede ise sola doğru gerçekleşmektedir.
Her iki yarımkürede kuzey - güney doğrultusunda hareket eden hava akımları ve okyanus akıntıları bu durumdan etkilenirler. Kuzey yarımkürede sağa, güneyde sola dönerler. Ancak bu, dünya yüzünde büyük bir ölçekte okyanusların dibindeki sürtünme ve bulutların, hava akımlarının üzerinde bulundukları yerle birlikte hareket etmelerinin etkileriyle oluşan bir tabiat olayıdır.
Bilim insanları bunun lavabo veya küvet gibi nispeten mikro ölçüde de mümkün olup olmadığını hala tartışıyorlar. Bir kısmı burada suyun musluktan çıkış şekil ve hızının, lavaboya düştüğü noktanın, lavabonun ve suyun gittiği yerin yapısının etken olduğunu söylüyorlar, diğerleri de ideal şartlarda 50 kere deney yapın ve görün diyorlar.
