Yıldızlar arasında seyahat edebiliyorsak, evrende nasıl geziniriz
Uzayda vızıldandınız ve uzak bir gezegene giderken yanlış yoldan gittiniz. Geminin dümeninde nerede oturduğunuza bakılırsa, rotaya dönme şansınız zayıf görünüyor. Dünya yörüngesinde dönen uydulardan oluşan bir ağa sahip küresel bir konumlandırma sistemi, evden bu kadar uzakta işe yaramaz. Kuzey Yıldızı bile sadece nereye işaret ettiğinizi söyleyebilir, nerede olduğunuzu değil. İhtiyacınız olan şey, yıldızlardaki konumunuzu bulmanıza yardımcı olabilecek bir çeşit göksel uydu navigasyonu.
Neyse ki, artık işi yapabilecek bir oryantasyon sistemimiz var ama onu inşa etmek kolay bir iş değil. Gökbilimciler evrendeki yerimizi tanımlamak için, evrendeki milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki en olağandışı nesnelerden bazılarını gözlemliyorlar: kuasarlar. Uzak galaksilerde, kara delikleri çevreleyen bu güçlü ışık fenerleri, güneş sisteminin fiziksel konumunu sabitlemek için kullanılıyor. Sadece uzak dünyalara seyahat etmemize yardımcı olmakla kalmayacak, aynı zamanda kendi dünyamız hakkında daha fazla şey öğrenmemize de yardımcı olacaklar.
Dünyanın, Greenwich meridyeni ve ekvatora göre dünya yüzeyindeki herhangi bir şeyin konumunu belirleyebilen, kendi tanıdık koordinat sistemi, küresel bir enlem ve boylam ızgarası vardır. Üçüncü koordinat olarak dünyanın çekirdeğine olan mesafeyi kullanarak, uçakları, bulutları ve uyduları tam olarak belirlemek için yerden ayrılabiliriz.
Onu uzaya genişletmek mümkün ama bir sorun var. Koordinat sistemi ve dünya birlikte döndüğü için, her gezegen ve yıldız bir gün içinde enlem ve boylamını hızla değiştirecektir. Bu koordinat sistemindeki hareketlerinin hızı hesaplanırsa, bu sayılar yakında inanılmaz hale gelecektir. Güneş sistemine en yakın yıldız olan Proxima Centauri bile ışık hızının binlerce katı hızla uçuyor gibi görünüyor.Bu yanlış hız, sahip olabileceği herhangi bir gerçek hareketi maskeliyor.
Uzaktaki nesnelerin radyo teleskoplarla gözlemlenmesi, uzaydaki konumumuzu belirlememize yardımcı olabilir.
Açıkçası, sabit bir koordinat sistemine ihtiyacımız var. 20. yüzyılın sonuna kadar, gökbilimciler referans çerçevelerini yıldızlara astılar. Yıldızların konum ölçümlerini iyileştirirken, bir dizi yıldız kataloğu derledik ve konumlarını referans noktası olarak kullandık. Dünyadan bakan gözlemci, kuyruklu yıldızın göksel koordinatlarını vermek için kuyruklu yıldız ile referans yıldız arasındaki açıyı ölçebilir. FK5 yıldız kataloğu (beşinci temel katalog), gökyüzünü işaretlemek için 1500'den fazla yıldız kullanır. Ancak bunun bile dezavantajları var. Yıldızlar sabit değildir, kararsızdırlar. Çok yavaş da olsa gökyüzünde hareket ederler. Bu harekete izin verilse de, bir derecenin milyonda biri kadar bir açı belirsizliği ile yine de yanlışlıklara yol açar. Bu felaket olmasa da, radikal reformların zamanı geldi.
Bu nedenle, 1990'larda gökbilimciler büyük bir adım attılar. Artık yüzlerce ışıkyılı uzaktaki yıldızlara bel bağlamıyorlar, ancak milyarlarca ışık yılı uzaktaki yerlere odaklanmaya karar verdiler. Gökyüzünde uzaktaki nesnelerin konumu hızlı bir şekilde değişmez, bu da onları ideal referans noktaları yapar. Ama onları uzaktan görmek için parlak olmalılar, bildiğimiz en parlak işaretler kuasarlardır: süper kütleli kara deliklerin maddeyi emdiği ve radyasyon yaydığı yerler. Bu kadar ağır markör kullanmanın bir başka yararı da, kolayca itilmemeleridir. Kütle Güneş'in milyarlarca katı olduğu için, süper kütleli kara delikler galaksilerin merkezinde kalma eğilimindedir.
Kuasarlar görünür ışıkta titrediğinde, konumları yaydıkları radyo dalgalarından daha doğru bir şekilde belirlenebilir. Bu, dünyanın dört bir yanındaki radyo teleskoplarının tek bir kaynağa odaklandığı Çok Uzun Temel İnterferometri (VLBI) adı verilen bir teknik sayesinde. Hepsi aynı radyo sinyalini görebilir, ancak gecikme süresi sinyal kaynağının açısına bağlıdır. Fransa, Bordeaux Üniversitesi'nden Patrick Charlot, "Zaman gecikmesini yaklaşık 10 pikosaniye ölçebiliriz" dedi. Bu, kuasarın açısal konumunu nefes kesici bir doğrulukla verir.
Astronomik doğruluk
1998'de Charlotte ve ekibi, Uluslararası Göksel Referans Sistemi (ICRF-1) adında yeni bir referans ızgarası yayınladı. 2009'da bir revizyondan (ICRF-2) geçti ve bu yıl yükseltildi. Yenilenen ICRF-3, 1998'de 212 olan 303 kuasar ile sabitlendi ve mevcut en kompakt ve kararlı kaynaklardan seçildi. Ek olarak, her bir kaynağı hedeflemeye yardımcı olan, öncekinden daha yüksek frekanslı gözlemleri de içerir. Sonuç olarak, arpacığın açısal konumu, ortalama olarak yaklaşık 30 mikroark saniye veya bir derecenin 8 milyarda biri kadar doğrudur. Bu, geçen uçağın kanatlarındaki tek tek bakterileri tanımlamaya eşdeğerdir. Charlotte, "Bu çerçeve artık astronomideki her konum ölçümünün temelini oluşturuyor." Dedi.
Yerel kullanımı olabildiğince kolaylaştırmak için, ICRF-3 koordinat sisteminin merkezi, güneş sisteminin kütle merkezinde, yani gezegenlerin ve uyduların, hatta güneşin yörüngesinin merkez noktasında ayarlanır. Sistemin kuzey-güney ekseni, dünyanın kutup eksenine, özellikle 1 Ocak 2000'de kutup ekseninin gösterdiği yöne paralel olacak şekilde seçildi.
ICRF-3, en son sistemi tanımlayan 303 kuasarın yanı sıra, gökyüzünde dağılmış yaklaşık 4000 başka kuasar da içerir.Bu kuasarlar, her yöne navigasyon için referans noktası olarak kullanılabilir. Gökbilimcilerin gökyüzünde rotalar bulmalarına yardımcı olmanın yanı sıra, güneş sistemi etrafındaki uzay sondalarını da yönlendirebilirler. Yıldızlararası görevler çok hassas bir rota bulmayı gerektirir. Charlotte dedi ki: "Satürn'e gittiğinizde, yörüngeyi hesaplamak için dinamik yasalarını kullanabilirsiniz, ancak hiçbir şey mükemmel değildir: düzeltmeleri yapmanız gerekir."
Mühendisler, uzay araçlarının uygun bir kuasara göre açısal konumunu gözlemleyerek planlanan rotadan küçük sapmaları tespit eder. ICRF-3, önceki sürümlere göre daha yüksek frekanslı radyo gözlemleri içerir, bu da onu belirli türdeki uzay uçuşlarını bulmak için daha kullanışlı hale getirir. Güneş rüzgarı iyonize gazına nüfuz eden yüksek frekanslı derin uzay seyrüsefer sinyalleriyle karşılaştırılabilir. California Jet Tahrik Laboratuvarı'ndan Christopher Jacobs şunları söyledi: "Güneşe yakın görevler için bu çok önemli."
Belki daha da şaşırtıcı olan, ICRF çerçevesinin Dünya'da da bir rol oynamasıdır. Avusturya, Viyana Teknik Üniversitesi'nden Johannes Boehm şunları söyledi: "Dünya'nın uzaydaki konumunu çok doğru bir şekilde ölçmek için kullanabiliriz. Dünya 24 saat içinde tekdüze dönmez. Bazen daha hızlı ve bazen daha yavaş olacaktır. ICRF'ye göre dünyanın dönüş hızını ölçmek ve bu dönüş hızlarındaki değişiklikleri izlemek, saatimizi dünya ile senkronize tutmak için artık saniyenin dünya standart saatine ne zaman eklenmesi gerektiğini bize bildirebilir.
Dünyanın dönüşündeki değişiklikleri doğru bir şekilde ölçmek, bize güçlü gezegen kuvvetlerinin iş başında olduğunu da söyleyebilir. Atmosfer, gezegenin yüzeyini iter ve çeker, dönüş hızını saatler ve yıllar içinde değiştirir. Bu nedenle, Bohm, özellikle dünyanın atmosferindeki yüksek irtifa rüzgarı olan jetlerin davranışını doğrulamak için ICRF tabanlı ölçümlerin hava modellerini doğrulamak için kullanılabileceğini söyledi.
Dönme hızının istikrarsızlığı, dünyanın çalkantılı sıvı dış çekirdeğiyle ilişkili olabilir ve bu fenomenin manto üzerinde sürüklenme şekli tahmin edilemez. Jeofizikçiler, Dünya'nın dönüşünün yavaşlamasının dünya çapında depremlerde bir artışı müjdeleyebileceğine bile inanıyor.
Dünyanın dönüşündeki değişiklikler, GPS ve diğer uydu navigasyon sistemlerini de etkileyecektir. Bu sistemler, uydular tarafından gönderilen zaman sinyallerini düzenleyen atomik saatlere dayanmaktadır. Atomik zamanın öngörülemeyen hava koşullarıyla hiçbir ilgisi olmadığından ve dünyanın dönüşü olmadığından, GPS dünyadaki gerçek boylamdan biraz farklı olabilir. Bohm, "Birkaç gün içinde, hata birkaç santimetre düzeyine ulaşacak." Bu doğruluk, ortalama sürücünüz veya yürüyüşçünüz için önemli değil, ancak haritacılar ve yerbilimciler üzerinde bir etkisi var. Bu nedenle, uydu navigasyon sistemi, göksel referans çerçevesindeki dünyanın gerçek konumunu kontrol etmek için zaman zaman VLBI ölçüm sonuçlarıyla yeniden kalibre edecektir.
Gökyüzünün haritasını çıkarmaya yardımcı olmanın yanı sıra, bu sistemler gezegenler arası görevlere de rehberlik edebilir.
ICRF ayrıca tektonik plakaların yavaş hareketini ölçmemize yardımcı oluyor. Kuasar sinyallerinin farklı kıtalardaki iki teleskop tarafından alınması arasındaki zaman gecikmesi, birbirlerine sürüklendikçe veya ayrıldıkça değişecektir. Teleskobun konumu, deniz seviyesini (iklim değişikliği ve yerel sel riskinin bir ölçüsü) ölçmek için gerekli olan Dünya gözlem uydusunun tam yüksekliğini üçgenlemek için de kullanılır.
ICRF-2 tüm bu ölçümleri yapmakta iyi bir iş çıkarsa da, ICRF-3'e geçmek bu önlemlerin çoğunu iyileştirecektir.
Elbette her zaman daha fazla hassasiyet tercih edilir. Bir sonraki büyük referans değişikliği çerçevesi, görünür ışığa geri dönüş olacaktır. Charlotte şunları söyledi: "Şimdiye kadar, VLBI, galaksi dışı kaynakları bu kadar doğru ölçebildiğimiz tek teknolojidir." Ancak Nisan ayında, Gaia Projesi gökbilimciler için aynı uzak ışık kaynağının optik dalga boylarının bir kataloğunu yayınladı İki farklı ölçüm yöntemi karşılaştırılabilir. Bu onlara radyo dalgasının kara deliğin yakınındaki bir kaynaktan mı yoksa güvenilmez bir referans noktası olacak bir kuasarın çekirdeğinden fırlatılan bir plazma kütlesi gibi bazı çevresel olaylardan mı geldiğini söyleyebilir.
Buna karşılık, bu, ICRF'yi daha da geliştirmek için kullanılabilir. Elbette bu, yeni referans çerçevesinin istikrarsız olduğu anlamına gelmez. Kuzey Yıldızı'nın bu 303 süper parlak halefi sayesinde, evrendeki yerimiz garantilidir.
