AY’IN KÜTLESİ NE KADARDIR?
Antik çağın gökbilimcisi, Ay hakkında Hipparchus’un görüşünü benimsemede istekli olsa ve Ay’ı büyük bir gökcismi olarak kabul etse bile, gökcisimlerinin tümüyle ışıktan oluştuğunu
ve ağır maddeleri içermediğim savunacaktı. Sözgelişi, bir bulut ya da gölgeninki gibi, gökcisminin büyüklüğü kendisine bir anlam ifade etmeyecekti.
Oysa, ne kadar maddeyi içerirse içersin, Ay’ın kütlesini saptamak önemlidir. Ancak o dönemde bunu nasıl yapabilirdik? Ay’ı tartamaz ya da aynen yeryüzünde olduğu gibi onun devinimini değiştiren bir kuvveti uygulayamazdık. Veya yüzeyindeki yerçekimini ölçmek ve bu yoldan kütlesini hesaplamak üzere Ay’a gidemezdik.. (Ay’a gidiş ancak 1969 yılında gerçekleşebilmiştir.)
Şu halde ne yapabilirdik? Yapacağımız, Ay’ın yerçekimini (varmış gibi düşünerek) yeryüzünde ölçmektir. Yamta varabilmek üzere, gözümüzde hemen canlandırabileceğimiz bir şeyi, çocukların oyunu tahterevalliyi düşünelim. Her iki ucunda birer çocuğun oturduğu, ortasında bir yeri eksen kabul edilen uzun ve düz bir kalastan oluşan tahterevallide bir çocuk aşağı iner. Ayakları yere dokunur. Çocuk, ayaklarım yere vurur. Ve kalasın o ucu yükselirken öteki çocuk aşağı inmeye başlar. Bu kez, bu çocuk aşağı iner ve hareket tersine olmak üzere yinelenir. Olay, çocuklar istekli oldukça, böylece sürüp gider.
Ama şimdi çocuklardan birinin ötekinden oldukça fazla kilolu olduğunu düşünelim. O çocuk tahterevallide ağır basar, biraz yukarı çıksa bile hemen aşağı iner. Çünkü, az kilolu olan çocuğun ağırlığı ötekini kaldırmaya ve havada tutmaya yeterli olmamaktadır.
Bu durumda tahterevalliyi dengede tutmak üzere bir hile yapmak gerekir. Tahterevallinin eksenine doğru kilosu ağır çocuk yaklaştıkça onu yerden kaldırmak güçleşir. Oysa, kilosu az olan çocuk eksene yaklaşınca yerinde sabit duran ağır kilolu çocuğun tarafı kaldırılıp tahterevalli rahatça dengelenir. Sonunda eksene göre çocukların oturacağı öyle noktalar bulunur ki tahterevallide denge sağlanır ve oyun sürer.
Tahterevallide dengenin sağlandığı durumda çocukları tartar ve her ikisinin de eksenden uzaklığını ölçerseniz; kilolu çocuk ötekinden iki katı ağırsa, hafif çocuğun tahterevallide dengeyi sağlamak üzere eksene iki katı yaklaşmak zorunda kaldığım görürsünüz. Aslında, çocuklardan birinin ağırlığım bilir ama öteki çocuğun kilosunu bilmezseniz, tahterevalinin denge durumunda çocukların eksenden uzaklıklarım ölçer ve öteki çocuğun ağırlığını da, kilosunu tartmadan hesaplayabilirsiniz. Buna kaldıraç ilkesi denilir. Bu ilkeyi ilk kez matematiksel ayrıntılarıyla İÖ 250 yılında Eski Yunanlı matematikçi Arşimet (İÖ 287-212) açıklamıştır.
Yeryüzü ile Ay’ın durumları, tahterevalli üzerinde iki çocuk duruşuna benzer. Yeryüzünün çekim gücü Ay’ı çeker ve Ay dünyanın çevresinde döner. Oysa ki, Ay’ın çekimi de yeryüzünü etkiler. Ve dünya üzerinde de sanki Ay’ın çevresinde dolanacakmış gibi bir eğilim oluşur.
Eğer yeryüzü ile Ay’ın kütleleri eşit olsaydı, bu iki eğilim de birbirine denk olacak ve dünya ile Ay; bu iki gökcisminin merkezleri arasında orta yerdeki bir noktaya göre birbirlerinin çevresinde dolanacaklardı. Bu durumda her iki gökcismi de, yörüngenin üzerinde ve birbirlerine karşılıklı gelen yerlerinde olacaklardı.
Oysa, yeryüzü Ay’dan daha fazla kütlelidir; her ikisinin müşterek ekseni olan ağırlık merkezi, aynen tahterevallide kilosu ağır çocuğun durumundaki gibi, yeryüzüne yakın olmalıdır. Yeryüzü Ay’dan hayli fazla kütleli olduğu için, bu ağırlık merkezi dünyaya oldukça yakındır. Gerçekte ağırlık merkezi yeryüzüne öyle yakındır ki, basit şekilde Ay yeryüzünün çevresinde dönüyor ve dünya yerinde sabit duruyor biçiminde kabul edebiliriz.
Bununla birlikte, yeryüzü de hareketsiz durmamaktadır. Yeryüzü bu ağırlık merkezi çevresinde her ay küçük bir daire çizerek dönüş yapar ve dünyanın merkezi her zaman Ay’a uzak kalan bu ağırlık merkezine yakındır. Burada oluşan küçük daireyi her ay boyunca yıldızların devinimlerini inceleyerek fark edebilirsiniz. Her ay, yeryüzü küçük bir daire çizerken, yıldızlar da ters yönde küçük bir daire çiziyorlarmış gibi olur.
Yeryüzü/Ay sisteminin ağırlık merkezi, Ay’ın merkezine göre, 81.3 katı olmak üzere dünyamn merkezine yakındır. Yeryüzü/Ay sisteminin ağırlık merkezi, dünyanın merkezine yaklaşık 4.700 kilometre uzaklıktadır. Bu nokta aynı zamanda dünya yüzeyinin 1.600 kilometre altındadır. Bu durumda da sanki bütün dönüşleri Ay yapıyormuş gibi görünür.
Ayrıca bu, Ay’ın kütlesinin, yeryüzü kütlesinin 1/81,3’ü ya da yüzde 1,2’si olduğu anlamına gelir. Bu sayı da insana pek büyük görünmeyebilir. Ama gene de Ay’ın kütlesi 740.000 x milyar x milyar kilogramdır.
Dahası, Ay daha küçük kütleye sahip olduğu için daha zayıf yerçekimi gücü bulunmaktadır. Bu durumda Ay’ın yüzeyinde ayakta durduğumuzda, kilonuzun dünyadakine göre 1/81.3’ü kadar olacağını düşünürsünüz. Oysa, yeryüzüne göre daha küçük bir gökcismi olduğu için Ay’ın merkezine daha yakın bulunacağınızı anımsamalısımz. Bu da, Ay’ın yüzeyindeki çekimi artırır. Böylece Ay’da ayakta duruyorsanız, ağırlığınız dünyadakinin altıda biri kadar olur.
Ay’ın kütlesini hesaplayıp boyutlarını da bilince onun yoğunluğunu bulabiliriz. Ay’ın yoğunluğu, yeryüzünkünün yalnızca beşte üçü olmak üzere, santimetre kübü için 3.34 gramdır. Buradan, Ay’ın çekirdeğinin dünyaya benzemeyip demirden olmadığı ve merkeze kadar kaya parçalarının bulunduğu sonucunu çıkarırız. Dahası, Ay yeryüzünden daha küçük olduğu için merkezindeki sıcaklık da daha düşüktür. Ve kayalar demir kadar kolay ergimediği için Ay’ın herhangi bir türden sıvı yapılı merkezi olmadığını rahatça söyleyebiliriz.
Merkezi sıvısal yapıda olmadığı için Ay’ın çekirdeğinde dönerken burgaçlı devinimler yapacak şeyler bulunmaz. Eğer burada sıvı maddeler bulunsa bile, Ay çok ağır döndüğünden burgaçlara neden olmaz. Bu nedenle Ay’ın manyetik alam bulunmadığı sonucuna varabiliriz. Ay’a manyetik alanını ölçmek üzere aygıtlar çıkarıldığında, varılan sonucun doğru olduğu görüldü: Dünyanın tersine Ay manyetik alam olan bir gökcismi değildir.
Bu konuda diğer gezegenlere gelince; Mars oldukça hızlı döner ama o da demirden oluşan bir çekirdekten yoksundur. Merkür ile Venüs’ün çekirdeğinde demir vardır ama onlar pek yavaş olarak dönerler. Sonuç olarak, bu gezegenler de manyetik alanı olan gökcismi değillerdir. (Oysa ki, Merkür çok az da olsa manyetik alan özelliklerini gösterir. Bu da şaşırtıcı bir konudur.)