Ay’ın bir kütle problemi var mı?

Değerli astronom hocalarımın dediği gibi astronomi, sinekten yağ çıkarmaktır. Çok az bir veri üzerinden hareketle, mümkün olan en fazla sonucu elde etme yöntemlerini aramaktır. Çünkü astronomide doğrudan veri elde etme imkânı oldukça sınırlıdır, hatta yok gibidir. Araştırmak istediğiniz konu ise gökcisimlerinin kütleleri olduğunda, sadece gözlemsel veriler üzerinden hareket etmek mecburiyetinde kalmaktasınızdır. Çünkü bu kütleleri ölçmek değil, yalnızca sonuçlarını gözlemek imkanına sahipsinizdir.

14.yy’dan itibaren TychoBrahe ile başlayan ve Johannes Kepler in gökcisimlerinin hareketleriyle ilgili olarak Kepler Kanunları’nı ortaya koymasıyla birlikte ve bunu takiben 18.yy’da Newton’un Kütle Çekimi Kanunu’nu formülleştirmesi ile birlikte astronomide, gökcisimlerinin kütlelerinin ölçülmesi ya da daha doğru bir ifade ile hesaplanmasının öneminin artmaya başladığını söyleyebiliriz.

Basitçe değinecek olursak, bir cisim üzerine etki eden kütle çekimi kuvveti, her iki cismin kütleleri ile doğru, kütle merkezleri arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Ölçülebilir bir değer olan, evrensel kütle çekimi sabiti de bu bağıntıya katıldığında, cisim üzerine etki eden kütle çekimi kuvveti, yani cismin ağırlığı hesaplanabilmektedir.

F_kütle = G.M.m/(R²)

Gezegenimize ait yerçekimi ivmesi, ölçülebilir bir değer olduğu ve kütlesini doğrudan ölçebildiğimiz cisimlerin, yerçekimi ivmesi ile yaptıkları serbest düşme hareketini gözlemleyebildiğimiz için (yani elmalar yere düştüğü için) Newton’un Yerçekimi Kanunu formülleri sayesinde, Dünya’nın kütlesini doğrudan hesaplama imkanına sahibiz. Dünya’nın kütlesi 5,97 x 10²⁴ kg dır. Bu kütle değeri yüzyıllardır bilinmektedir.

Gök mekaniğinde iki cisim probleminin, diferansiyel denklemler yardımıyla çözülmesi, kütlesini bildiğimiz bir cismin etrafında hareket etmekte olan bir diğer gökcisminin yörünge hareketine ait bazı değerlerin gözlemlenmesi yoluyla, kütlesinin hesaplanmasını sağlamaktadır. Yani Ay’ın yalnızca hareketini izleyerek, kütlesini hesaplamak imkanına sahibiz ki bu değer Newton’dan bu yana bilinen ve hesaplanmış bir değerdir. Ay’ın kütlesi 7,34 x 10²² kg dır. Dünya kütlesinin yaklaşık 1/81’i kadardır. 1800’lerin ortalarından itibaren bu değer, bilim camiası tarafından genel kabul görmüş bir değerdir. 18.yy. ortalarına kadar farklı hesaplamalar ve tahminler ileri sürülmüş olsa da Kepler kanunları ve Kütle çekimi kanununun ortaya koyulmasından sonra bu konuda bir
tartışma yoktur. Ay kütlesi 1/81 Dünya kütlesine eşittir.

Grafikte geçmişten günümüze Ay kütlesi hakkında yapılan tahminlerin değişimini görmektesiniz. Grafikteki dağılımın keskin bir şekilde bir çizgi üzerinde toplanmasını sağlayan şey Newton’un Kütle Çekimi yasasıdır.

Bu noktada şunu söylemek gerekir ki Dünya ile Ay, bir gezegen ve uydusu gibi değil, sanki bir gezegen çiftiymiş gibi gözükmektedir. Diğer gezegen – uydu çiftlerine baktığımızda kütle oranlarının 1/4000 civarında olduğunu görüyoruz. Dünya – Ay çiftinin bu istisnai durumu, Ay’ın oluşumu ile ilgili tartışmaları da beraberinde getirmiştir. Ay’ın oluşumu ile ilgili farklı fikirler ortaya atılmıştır ve bu konu hala tam olarak çözülebilmiş değildir.

Ay’ın ortalama yoğunluğunun, Dünya’nınkinden daha düşük olduğu, yaklaşık olarak Dünya’nın manto tabakası kadar bir ortalama yoğunluğa sahip olduğu, manyetik alanının olmamasına bakılacak olursa çekirdeğinin katı kısmının kütlesinin çok az olduğu tahminleri öteden beri yapılmakta olan önermelerdir. Fakat Ay’ın kütlesi hakkında bir tartışma yoktur ve Ay yoğunluğunun düşük olması, hacminin Dünya’ya kıyasla olması gerekenden fazla olması, kütle ile ilgili değil, yoğunlukla ilgili bir tartışmadır. Ay yoğunluğunun düşük olması ise, Dünya ile beraber oluşum teorisi ile uyum içindedir. Dünya’nın henüz sıvı olduğu bir dönemde Güneş’in gel – git etkisiyle sıvı Dünya’dan bir parça kopması teorisi günümüzde artık kabul görmeyen ve matematiksel olarak olanaksızlığı ortaya koyulmuş bir teoridir.

Ay’ın oluşumuyla ilgili günümüzde yaygın olarak kabul gören teori, beraber oluşum teorisidir. Bu teoriye göre Ay ve Dünya uzayın aynı bölgesinde ve aynı zamanda oluşmuşlardır ve dolayısıyla hep birlikte kalmışlardır. Ay’ın uzayın farklı bir bölgesinde, bağımsız bir gezegen olarak oluştuğu ve Dünya tarafından yakalandığı fikri de öne sürülmüş olmasına rağmen, bu görüş bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir çünkü böyle bir durumun gerçekleşebilmesi, çok özel koşullar altında mümkün olabilmektedir. Ay yörüngesi, mükemmele yakın bir dairedir ve Dünya’nın kütle çekimi ile, uzay boşluğunda dolanan bu kütledeki bir cismi mükemmel dairesel bir yörüngeye oturtabilmesi tesadüfle açıklanabilecek bir durum değildir. Çok hassas bir denge gerektirir. Uzay boşluğunda dolanan Ay kütlesinde bir cismin, Dünya’nın çekim etkisine girmesi sonucunda ya Dünya’ya çarpması ya da savrularak uzaklaşması beklenirdi. Dairesel bir yörüngeye oturmak, ya çok hassas hesaplamalar ve ayarlamalar ile açıklanabilir ya da beraber oluşum teorisi ile.

Biz bu noktada beraber oluşum teorisini tercih ediyoruz.

Beraber oluşum teorisine benzer bir diğer teori de 70’li yıllarda bazı astronomlar tarafından öne sürülen, bugünkü Dünya yörüngesinde dolanmakta olan ilkel Dünya gezegeni ile, yaklaşık Mars kütlesindeki bir başka gezegenin çarpışması sonucu, bu iki gezegenin çekirdeklerinin birleşmesi ile Dünya’nın, dağılan kütlenin yoğunlaşması ile de Ay’ın oluşması teorisidir. Bu teori, Ay’ın düşük bir yoğunluğa sahip olmasını ve mükemmele yakın bir dairesel yörüngeye sahip olmasını da açıklayabilmektedir. Bu teori henüz çürütülememiş olmasına rağmen bilim çevrelerinde yeterince kabul görmemektedir.

Kütle çekimi kanunundan günümüze, daha doğrusu Apollo 11 uçuşuna gelinceye kadar, Ay kütlesi hakkında bir ihtilaf, tartışma, fikir ayrılığı yoktur. 7,34 x 10²² kg olarak kabul görmüştür.

Apollo 11 uçuşuna ait verilerin paylaşılması ile birlikte ise bir başka tartışma ortaya çıkmıştır: İçi boşluklu Ay teorisi. NASA’nın açıkladığı verilerle hesaplanan Ay kütlesi, olması gerekenden %18 eksik çıkmaktadır. NASA, Apollo 11 komuta modülünün, Ay’ın kütle merkezinden 1737 km irtifada, 2 saat içinde bir dolanım yaptığını açıklamıştır. Önce bu verilerden hareketle NASA’nın yaptığı Ay kütlesi hesabını bir görelim:

https://spacemath.gsfc.nasa.gov/moon/5Page19.pdf

Komuta modülünün dairesel bir yörüngede olduğu ve üzerine etki eden kuvvetlerin denge halinde olduğu kabul edilerek bu hesabın yapıldığını görüyoruz ki bunları kabul etmek gayet mantıklıdır.

NASA’nın açıkladığı Apollo 11 verileri ile hesaplanan Ay kütlesinin 5.97 x 10²² kg olduğunu görüyoruz ki bu miktar 1/100 Dünya kütlesi kadardır, gerçek Ay kütlesinden %18 eksiktir.

Son cümleye dikkatinizi çekmek istiyorum: “Daha hassas ölçümler ve Dünya’nın da çekim etkisin hesaba katıldığında bu sonucun 7,4 x 10²² kg olduğu görülecektir” demektedir NASA.

“Hani… Biz göremiyoruz” demek istiyorum.

Apollo 11 uçuşunun yapıldığı iddia edilen tarihten itibaren şu söz konusu “daha hassas hesap” ı görmeyi talep eden araştırmacılar vardır fakat bu hesap hala ortada yoktur.

NASA, 5,97’yi 7,34’e yuvarlayıvermektedir ve bu ciddi hatayı görmememizi rica etmektedir. En hafif ifade ile Apollo 11 uçuşuna ait veriler açıkça hatalıdır. Bu hata, “Ay’ın içinin %18’i boş mudur” gibi teorileri de beraberinde getirmiştir.

Gökcisimlerinin içinde ciddi boşluklar olması mantıklı değildir. Bilim çevrelerinin, NASA’nın verilerinden şüphelenmek yerine, Ay’ın içinde ciddi boşluklar olabileceğini düşünmeleri ise trajikomiktir. Aklın, mantığın, otoriteye teslimiyetidir.

Ay’ın bir kütle problemi yoktur.. NASA’nın bir gerçeklik problemi vardır.