DOPPLER OLAYI NEDİR?
Gökada hakkında daha çok şey öğrenmek için yıldızların hareketlerine ilişkin başka bir konuyu daha incelemeliyiz. Gökbilimci Halley yıldızların hareket ettiklerini keşfettiğinde sanki gökkubbesinde kayar gibi olduklarım saptayıp onların yalnızca gözle görünen kendine özgü devinimler yaptığım bulmuştu. Ancak, gökkubbenin var olmadığı ve yıldızların bize yakın ya da uzak yerlerde serpilmiş durumda bulundukları anlaşılınca şöyle bir soru ortaya çıktı: Herhangi belirli bir yıldız bize doğru, ya da bizden uzaklaşır yöne doğru hareket ediyor olabilir mi? Yıldızın bize yaklaşan ya da bizden uzaklaşan böyle hareketine dikey devinim denilir. Burada bakılan bir yıldız, sanki bir araba tekerleğinin merkezinde olan yeryüzüne göre, araba tekerinin merkezden dışa doğru açılan parmakları şeklinde hareket etmektedir.
Dikey devinim denilen böyle yıldız hareketini nasıl saptayabiliriz? Eğer bir yıldız doğrudan doğruya bizden uzaklaşmak ya da bize yaklaşmak üzere deviniyorsa, onun gökyüzündeki görünen yeri değişmez. Elbette ki, bizden uzaklaşıyorsa gökyüzünde
giderek sönükleşir gibi görünecek, bize yaklaşıyorsa gitgide parlaklaşacaktır. Ancak yıldızlar bizden o denli uzaktadır ve devasa uzaklıklarına göre öyle ağır devinimlidirler ki, en duyarlı aygıtlarla bile parlaklıklarındaki değişimi saptamak binlerce yıl içinde mümkün olacaktır. Dahası, eğer bir yıldız gökyüzünde kendine özgü hareketlerle deviniyorsa, üç boyutlu olarak yer değiştiriyor demektir. Böyle bir devinim nasıl görülebilir?
Bu soruya yamt, yeryüzünde yıldızlarla hiç de ilgili olmayan bir olayı gözlemleyerek verilebilir. Sözgelişi, askeri bir saldırıda ata binmiş bir kişinin yandaşlarını yüreklendirmek ve düşmanı ürkütmek üzere trompet çaldığım düşünelim. Yerde sabit duran bir kişiyi atlı geçerken trompetin sesi perde değiştirir gibi olur. Geçiş amnda ses birdenbire daha aşağı perdeye düşer.
Böyle bir olay, savaşın hayhuyu içinde dikkati çekmeyebilir. Ama, 1815 yılında tren lokomotifleri İngiliz mühendisi George Stephenson (1781-1848) tarafından keşfedildi. Ve aradan uzun süre geçmeden bu lokomotifler dörtnala koşan bir at kadar ve hatta ondan daha hızlı gitmeye başladılar. Dahası, böyle lokomotifler kalabalık bölgelerden geçerken insanları uyarmak üzere düdük çalıyorlardı. Bu yüzden lokomotif bir yerden geçip giderken onun düdük sesinin perdesinin alçaldığım işitmek pek sık rastlanan bir olay oldu. Ve bunun neden böyle olduğu sorulmaya başlandı.
AvusturyalI fizikçi Christian Johann Doppler (1803-1853) bu soruyu yanıtlamaya çalıştı ve sorunun yamtı ile ilgili olarak pek doğru biçimde şunları düşündü: Tren yaklaşırken düdük sesinin her ardıl (birbirini izleyen) dalgası kulak tarafından ötekinden biraz daha önce duyulur. Ve bunlar lokomotifin yerinde duruşuna göre kulağa daha sık vururlar. Bu nedenle düdüğün sesi lokomotifin sabit duruşuna göre daha yükselen perdeyle gelir.
Lokomotif o anda yerde sabit duran bir dinleyiciyi geçip uzaklaşmaya başlayınca düdükten çıkan her bir ardıl ses dalgası
bir öncekinden daha uzağa çekiliyormuş gibi olur. Ve kulağa, lokomotifin yerinde sabit duruşuna göre daha seyrek vururlar. Böylece düdük daha alçak perdeden ses çıkarıyormuş gibi duyulur. Şu halde lokomotif bir yerden geçerken en yüksek perdeden normal perdeye ve sonra alt perdeye doğru inen bir sesi verir.
1842 yılında fizikçi Doppler hız ile ses perdesi arasındaki ilişkinin üzerinde matematiksel olarak birtakım çalışmalar yaptı. Ve elde ettiği sonuçlan ileri geri hareket eden bir lokomotif ile ona bağlı üstü açık bir yük vagonu üzerinden başarıyla uyguladı. Açık yük vagonunda çeşitli notları çalan trompetçiler bulunuyordu. Yerde de ses perdelerini çok iyi algılayan müzisyenler duruyor ve bunlar tren yanlanndan geçtikçe ses perdesinin değişikliğini saptıyorlardı. Bu deneyle açıklanan ses perdesindeki böyle değişikliklere Doppler olayı adı verildi.
Aym dönemde ışığın da, sese göre çok daha minik boyda olsalar bile, dalgalardan oluştuğu keşfedilmişti. Fransız fizikçisi Armand Hippolyte Fizeau (1819-1896), Doppler olayının ışığı da içermek üzere her tür dalga hareketine uygulanması gerektiğini 1848 yılında ileri sürdü. Sonuç olarak, bu kuralın ışık üzerine uygulanışı bazen Doppler Fizeaıı olayı olarak adlandırıldı.
Bir yıldız bize ne yaklaşıyor ne de uzaklaşıyorsa onun tayfındaki koyu renkli çizgiler yerlerinde sabit kalırlar. Eğer yıldız bizden uzaklaşmak üzere devinirse, onun yaydığı dalga boy olarak uzar (Bu da ses perdesinin alçalmasının eşleniğidir) ve koyu renkli çizgiler tayfın kırmızı ucuna doğru kayarlar. Bu kayma büyüdükçe yıldız bizden giderek daha büyük hızla uzaklaşıyor demektir.
Öte yandan yıldız bize yaklaşıyorsa, daha kısalan boylu ışık dalgası yayar. (Bu da ses perdesinin yükselmesine denk düşer.) Tayftaki koyu renkli çizgiler, tayfın mor ucuna doğru kayarlar. Kayma arttıkça yıldız bize daha fazla hızla yaklaşıyor demektir.
Eğer bir yıldızın hem dikey devinimini (ya bize yaklaşan ya
da uzaklaşan hareketini) ve hem de kendine özgü hareketini (bir yana doğru devinimini) biliyorsak, yıldızın üç boyutlu gerçek devinimini hesaplayabiliriz. Ancak dikey hız, diğer iki öğeden daha önemlidir. Eğer bir yıldız bize yakınsa ve gökyüzündeki devinimi dikkati çekecek kadar hızlı ise, yıldızın kendine özgü hareketi ölçülebilir. Ama, yıldızların çok küçük bir bölümü bize yakın bulunmaktadır. Bununla birlikte dikey devinim, yıldız, ne kadar uzak olursa olsun, tayfı elde edilebiliyorsa saplanabilir.
1868 yılında William Huggins ilk kez bir yıldızın dikey hızını saptadı. Gökbilimci, Sirius’un (Akyıldız) bizden saniyede 46 kilometre kadar uzaklaşmakta olduğunu buldu. Şu anda, bundan daha doğru sonuçlara sahibiz. Ancak, Huggins’in ilk deneme olarak gerçeğine yakın sonuçlara vardığım biliyoruz.