Yerçekimi Dünya’nın Her Yerinde Aynı Mıdır?


Kütleçekimi ya da bilinen adıyla yerçekimi doğada bulunan temel bir kuvvettir. Eğer saniyede 9.8 metre hızla cisimlerin Dünya’ya doğru düşmesine sebep olan bu kuvvet olmasaydı, hepimiz uzaya savrulurduk. O olmadan tüm karasal canlıların kasları yavaşça bozulur ve bunun sonucunda ölürdü. Kemiklerimiz daha kırılgan ve zayıf olur, organlarımızın işleyişi bozulurdu.

Abartısız söylemek gerekirse kütleçekim sadece Dünya üzerinde hayatın bir gerçeği değil, aynı zamanda hayatın var olması için bir ön koşuldur. Ancak insanoğlunun bu gezegenden uzaya çıkma isteği Dünya’nın kütleçekimini  ve gerekli olan uzaya “kaçış” hızını anlamaktan geçiyor. O zaman şöyle bir soru yöneltebiliriz: Yerçekimi Dünya’nın her yerinde aynı mıdır?

Kütleçekim(yerçekimi), kütleye sahip olan her şeyin(asteroidler,gezegenler,yıldızlar,galaksiler) birbirine doğru çekildiği doğal bir fenomendir. Bir cisim ne kadar kütleye sahipse, etrafındaki cisimlere o kadar kütleçekim uygulayacaktır. Bir cismin kütleçekim kuvveti ayrıca o cismin mesafesine bağlıdır.(Diğer bir cismin üzerine uyguladığı kütleçekim kuvveti artan mesafeyle birlikte azalır.)

Kütleçekim ayrıca doğadaki tüm etkileşimleri yöneten 4 temel kuvvetten(Zayıf Nükleer Kuvvet,Güçlü Nükleer Kuvvet,Elektromanyetik Kuvvet) birisidir. Bu kuvvetler arasında kütleçekim kuvveti sırasıyla;güçlü nükleer kuvvetten 1038 kat, elektromanyetik kuvvetten 1036 kat ve zayıf nükleer kuvvetten 1029 kat daha zayıftır.

Neticede en küçük ölçekte(atom altı parçacık aleminde) kütleçekimin madde üzerinde önemsiz bir etkisi vardır. Ancak makro alemde(gezegen,yıldız,galaksilerin bulunduğu) kütleçekim, madde etkileşimlerini etkileyen baskın bir kuvvettir. Astronomik cisimlerin oluşumunu,şeklini ve yörüngesini etkiler; uzaydaki hareketleri yönlendirir.

Kütleçekim, ilk yıldızları oluşturan, (sonrasında ilk galaksileri oluşturmak için bir araya gelen) kütleçekimsel bir çöküşe uğrayan gaz bulutlarını oluşturmak için kümelenen maddeden sorumludur. Ve kütleçekim, bu yıldız sistemleri içerisinde toz ve gaz bulutunun gezegenler oluşturmak için birleşmesinden sorumlu olur. Ayrıca bu kuvvet, galaksilerin birleşmesini, galaksilerin merkezi etrafındaki yıldızların dönüşünü, yıldızların etrafındaki gezegenlerin ve gezegenlerin etrafındaki uyduların yörüngesini belirler.

Evrensel Kütleçekim ve Görelilik

Enerji ve kütle birbirine eşit olduğundan ışık da dahil tüm enerji formları bir kütleçekime sebep olur ve bu kuvvetin etkisi altındadır. Bu durum Einstein’in Genel Görelilik Teorisi ile tutarlıdır. Genel Görelilik Teorisi ise kısaca kütleçekim kuvvetinin davranışını açıklayan en iyi güncel teoridir. Bu teoriye göre kütleçekim aslında bir kuvvet değildir fakat kütle/enerjinin tekdüze olmayan dağılımının sebep olduğu uzay-zaman bükülmesinin bir sonucudur.

Uzay-zaman bükülmesinin en uç örneği ise hiçbir şeyin kendisinden kaçamadığı “kara deliktir.” Kara delikler genelde, süpernovaya dönüşmüş, ardında çok fazla bir kütleye sahip ve bu nedenle kaçış hızı ışık hızından daha büyük olan bir beyaz cüce kalıntısı bırakmış süper kütleli bir yıldızın ürünüdür. Kütleçekimdeki bir artış, zaman akışının daha yavaş geçtiği kütleçekimsel bir zaman gecikmesiyle de sonuçlanır.

Buna rağmen bir çok pratik uygulama için kütleçekim olgusunu en iyi açıklayan Newton’un teorisi olan, kütleçekimin 2 cisim arasında bir çekim olarak var olduğunu belirten “Evrensel Kütleçekim Kanunu“dur. Bu çekim gücü matematiksel olarak hesaplanabilir. Çekim kuvveti, kütlelerinin miktarıyla doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesine ters orantılı olduğu şeklinde ifade edilebilir.

Dünya’nın Kütleçekimi

Dünya üzerinde kütleçekim fiziksel cisimlere ağırlık verir ve okyanus gelgitlerine sebep olur. Dünya’nın kütleçekim kuvveti kütlesinin ve yoğunluğunun bir sonucudur. (Dünya için bu oranlar sırasıyla:5.97237 × 1024 kg ve 5.514 g/cm3’dir.) Bu durum, yüzeye yakın 9.8 m/s²’lik kütleçekimsel bir güce sahip olan Dünya ile sonuçlanır.(Bu kuvvet yüzeyden ne kadar uzaklaşılırsa o kadar azalır.)

Ek olarak, aslında Dünya üzerindeki kütleçekim kuvveti nerede durulduğuna bağlı olarak da değişir. Birinci sebebi ise Dünya’nın kendi ekseni etrafında dönüyor olmasıdır. Yani ekvator bölgesinde Dünya’nın kütleçekim kuvveti 9.789 m/s2 iken, kutuplardaki kütleçekim kuvveti 9.832 m/s2’dir. Diğer bir ifadeyle, merkezcil kuvvet nedeniyle bir kişi, kutup bölgelerinde, ekvatorda olduğundan daha ağır gelir.(Bu fark oldukça azdır.)

Resim:https://perspektifofficial.com/author/admin/page/10/

Son olarak, kütleçekim kuvveti, üzerinde durduğumuz yerin altındaki şeye göre değişebilir. Yüksek yoğunluklu kayalar ve mineraller gibi daha yüksek kütle yoğunlaşmaları, hissettiğimiz kütleçekim kuvvetini değiştirebilir. Fakat tabi ki miktar fark edilmeyecek kadar küçüktür. NASA  inanılmaz bir hassaslıkla, konuma bağlı olarak kütleçekim gücündeki değişimleri gösteren Dünya’nın kütleçekim haritasını yayınladı.

Kütleçekim ayrıca, Dünya’nın merkezinden uzaklaşıldığı için yükseklik arttıkça azalır. Bir dağın tepesine çıkıldığı zaman azalan kütleçekim kuvvetinin azalma miktarı oldukça küçüktür.(Everest’in zirvesinde kütleçekim 0.28 oranında azalır.) Fakat Uluslararası Uzay İstasyonu’na ulaşacak kadar yüksekte olan biri, yeryüzünde hissettiği kütleçekim kuvvetinin %90’ını hissedecektir.(%10’luk bir azalma)

Ancak Uzay İstasyonu serbest düşüş halinde olduğu için içindeki astronomlar ve cisimler yerçekimi yokmuş gibi havada kalabiliyorlar. Aslında istasyonun içindeki her şey Dünya’ya doğru aynı hızla düşüyor olduğundan yani serbest düşüşte olduklarından, normalde Dünya’daki ağırlıklarının %90’ını hissettikleri halde, hiçbir ağırlığa sahip olmayacaklardır.

Dünya’nın kütleçekimi ayrıca gezegenimizin saniyede 11.186 km’lik bir kaçış hızına sahip olmasından sorumludur. Bunun anlamı bir roketin Dünya’nın kütleçekiminden kurtulup uzaya ulaşabilmesi için bu hızı aşması gerekmektedir. Yapılan bir çok roket kalkışlarıyla, itiş gücünü sağlayan motorların çoğu bu hızı aşacak şekilde geliştirilir.

Dünya’nın ve diğer cisimlerin sahip olduğu kütleçekim kuvveti arasındaki fark nedeniyle(örneğin Ay,-:1.62 m/s²; 0.1654 g veya Mars:3.711 m/s²; 0.376 g) bilim insanları, bu cisimlere seyahat edip uzun soluklu olmak üzere kalan astronomlar üzerinde hangi etkilerin gerçekleşeceğinden tam olarak emin değil.

Araştırmalar, mikro kütleçekimi ortamında(örneğin Uluslararası Uzay İstasyonu) uzun süre kalan astronomların sağlığı üzerinde zararlı bir etki(kemik yoğunluğunun azalması,kas bozulmaları,organların zarar görmesi ve görüş bozukluğu da dahil) oluştuğunu gösteriyor. Hal böyleyken hiç bir araştırma, Dünya’dan daha az kütleçekime sahip bir cismin kütleçekiminin neden olduğu etkiler üzerine deneyler gerçekleştirmedi. Fakat Ay’a tekrar geri gitmek için yapılan veya NASA’nın öne sürdüğü “Mars’a Seyahat” gibi planlar uzak olmamalı!

Kara canlıları olarak biz insanlar için Dünya’nın kütleçekimi hem bir lütuftur hem de bir sorun! Bir tarafta, Dünya’nın yerçekimi uzaya çıkmayı zorlaştırırken aynı zamanda pahalı kılıyor. Diğer tarafta, türümüz “1 g” çevre koşullarında gerçekleşen milyarlarca yıllık bir evrimin ürünü olduğundan sağlığımızı koruma altına alıyor.

Eğer gerçekten uzayda gezegenler arası yolculuk yapan bir canlı türü olmak istiyorsak, Dünya’dan daha düşük kütleçekim ve mikro-kütleçekim koşullarıyla nasıl başa çıkabilmeyi öğrensek iyi olur. Aksi takdirde hiçbirimiz uzun zaman boyunca yaşadığımız gezegenden tamamen ayrılamayacağız.


Çeviri : Universal-Sci

Ana Görsel: Brain-Pop

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir