Astrofizik

GENEL BAKIŞ

Astronomi

* Evrenin tekliği hakkında bildiklerimiz üzerine araştırmalar.
* ıncelenecek bazı baslıklar:
o ön yıldız (Ata yıldız) & normal yıldızlar
o Galaksiler & Kuazarlar
o Baska Dünya'larda yaşam olasılıkları
o Beyaz cüceler, nötron yıldızları & kara delikler
o Evreni yöneten güçler ve bu güçlerin kaynakları

Bazı Temel Sorular

* Doğa ve evreni yöneten temel yasalar nelerdir?
* Evrende bulunan herşey nasıl ortaya çıktı?
* Evreni yöneten güçler nelerdir?

Ders'in ana hedefleri

* Astronomi'yi ögrenmek
* Bilimsel yöntemin anlaşılması ve uygulanması
* Kritik düşünebilmenin uygulaması
* Fizik öğrenmek
* Kendimiz ve gezegenimiz Dünya hakkında perspektif kazanmak

Bilimsel Düşünebilme

* Soru sormak: Nasil, nereye, nicin, ...
* Objektif olma
* çıkarımları kullanarak karar verebilmek
* Anlamlı hesaplamalar yapabilme

Dersin Filozofisi

* Astronomiyi öğrenmek fakat sadece astronomi hakkında öğrenmek degil.
* "Bana anlat fakat unutabilirim; bana göster fakat belki hatırlayabilirim; beni derinliklerine götür o zaman anlayabilirim."
- çin Atasötü

Uzayda Gezinti

* Işığın hızı= 186,000 mil/sn = 300,000 km/sn
* Işığın hızı temel hız limitidir.
* Bize bilgi taşınmasındaki en hızlı yoldur.

Işığın ulaşma zamanı

* Yer-Ay: 1 saniye
* Güneş-Yer: 8 dakika
* Güneş-Pluto: 6.5 saat
* Güneş-Alpha Centauri: 4.3 yıl
* Güneş-Galaktik merkez: 35,000 yıl
* Güneş-Andromeda Galaksisi: 2,200,000 yıl

Işık Yılı

* Bir ışık yılı, ışığın bir yılda katettiği uzaklıktır.
* Bir ışık yılı (IY) = 9.3x1012 km
* Bir ışık yılı ne kadar uzaklığa karsılık gelmektedir?
o 65 mph hızıyla haraket edilmesi halinde 1 Iy yol katetmek icin 10 milyon yılın geçmesi gerekiyor.
o Bu hızla Alpha Centauri yıldızına gidebilmek icin 44 milyon yılın geçmesi gerekmektedir.

Bilimsel Gösterim

Bilimsel gösterimler çok küçük ve çok büyük sayıları gösterebilmek için kullanılır.

Evrende bulunan cisimler

* Gezegenler (ve biz!)
* "Yıdızlar"
o Ata yıldızlar, Normal yıldızlar, Kırmızı devler, Beyaz cüceler, Kara delikler
* Yıldızlararası bulutlar (gaz ve toz)
* "Galaksiler"
o Normal, Radyo, Aktif Galaksiler
* Kuazarlar ve Aşırı Parlak Galaksiler

BAKIŞ AÇILARI
Dersin Amacı

* Temel fiziksel parametrelerin neler olduğuna bir bakış:
o Ne kadar büyük, ne kadar uzun, ne kadar hızlı, ne kadar yoğun, vd. ...
* Terminoloji ve bu dilin öğrenilmesi.
* Ancak bundan sonra astronomik bilgilerin anlaşılabilmesi mümkün olabilecektir.

Temel Birimler

Bütün fiziksel büyüklüklerin birimi vardır. Bunlardan kullandığımız dört temel birim:

* ZAMAN: saniye, saat, yıl, ...
* UZAKLIK: cm, m, ışık yılı, ...
* KÜTLE: gm, kg, ...
* SICAKLIK: Santigrad, Kelvin

Örnekler

* Zaman
o 1 yıl = 3.15x107sn
o ~2.5x109 sn bir ömür boyu
* Uzaklık/Büyüklük
o BaŞ Parmak: 2 cm = 0.02 m
o Kum tanesi: 1 mm = 10-3 m
o Atom: 10-10 m (1 A = 1 Angstrom)
o Çekirdek: 10-15 m (1 Fermi)
o Yer'in Çapı: 12,800 km

Astronomik Uzaklıklar

* Astronomi Birimi (AB) = Yer-Güneş uzaklığı = 1.5x1011 m
* Işık yılı (Iy) = 63240 AB = 9.5x1015 m
* Parsek (pc) = 206265 AB = 3.1x1016 m = 3.26 Iy

Kütle

* Bir cisimdeki maddenin miktarının bir olÇüsü -- Ağırlık Değil!
* Bir cismin kütlesi Yer'de veya uzayda değişmez fakat o cismin ağırlığı Çekim gücüne bağlıdır.

Bu durumda

* Kütle bir cismin Çekimden bağımsız olarak karakterize edilmesini sağlar.
* Ağırlık ise bir cismin ivmeye karşı koyma kuvvetidir.
o Bir cismin ne şiddetde hareket etmesini sağlamada yada yönünü değiştirmesini sağlaması.

Sıcaklık

* Bir cismin iÇsel hareketini karakterize eder.
* Örneğin: Bir kutudaki hava'nın
o ParÇacıklar (moleküller) sıcaklık arttikÇa daha hızla hareket ederler.
* Sıcaklığın bir alt limiti vardir ki bu limite Mutlak Sıfır adı verilir.

Sıcaklık Skalası

* Celsius (Santigrad)
o 0 C = Suyun donma noktası
o 100 C = Suyun buharlaşma noktası
* Kelvin
o 0 K = Mutlak Sıfır (-273.2 C)
o K = C + 273
* Fahrenheit: C = (5/9)*(F - 32)

Hesaplanan Birimler

* Temel birimlerin bileşimlerinden ortaya Çıkarlar.
* Birşeyler hakkında daha basit konuşabilme amacıyle kullanılır.
* Bunlardan bazıları:
o hiz, ivme, aÇılar ve yoğunluk
o kuvvet, basınÇ, enerji ve güÇ
o ıŞınım gücü'dür

Hız ve ıvme örnekleri

* Hız
o Yürüme: 3-5 mph = 1.3-2.2 m/sn
o KoŞma: 25 mph = 11 m/sn
o Yer'in Güneş etrafındaki hızı: Ê 30 km/sn
* ıvme
* örn: 0 ile 60 mph arasında 10 saniyede ulaşmak iÇin => 2.7 m/sn2
* Örn: Yer Çekimi bir cismi 9.8 m/sn2 ölÇüsünde ivmelendirir.

Açısal Büyüklük ve Yoğunluk örnekleri

* AÇısal büyüklük
o Ay & Güneş: 30 yay dakikası
o Jüpiter: 30 ile 49 yay saniyesi
o Pluto: ~ 0.1 yay saniyesi
o Göz'ün ayırma gücü: ~1 yay dakikası

Yoğunluk: kütle/hacim (g/cm3)

* birim hacimdeki kütlenin (yada parçacık sayısının) bir ölçüsüdür.
Yoğunluk ve Kütle

* kütle = yoğunluk x hacim

örnekler

* 3.8 litre Suyun: Ê Ê
o kütle= 3.8 kg => 8.4 lbs
* 3 x 4 x 8 inch (96 in3) altın kalıbı 30 kg

Kuvvet: F = m*a yada a = F/m

* Kuvvet bir cismin hızını değiŞtirebilme yetisine sahiptir (hem hız olarak hemde yön olarak).
o 1 dyne = g-cm/s2
o 1 Newton = kg-m/s2 = 105 dyn = 0.2248 lb
+ Isaac Newton anısına adlandırılmıştır.
* Kuvvetler ivmeye neden olurlar.
* Kuvvet'e örnekler
o Sürtünme (Elektromanyetik güç)
o Çekimsel
+ Yer'in çekim gücü: 980 g-cm/sn2

GENEL BAKIŞ
Dersin Amacı

* Çok yönlü tartışmayı öğrenmek
o Basınç, Enerji, Güç, Işınımgücü
* Maddenin özelliklerinin tartışılması
o Atomlar, İzotoplar ve Moleküller
* Doğanın güçleri
o Çekimsel, E-M, Güçlü ve Zayıf
* Bilimsel Yöntem

Basınç: güç/alan

* 1 Pa = kg/(m*sn2) = N / m2 (Blaise Pascal'ın anısına)

1 atmosfer = 14.7 lb/in2
= ~100 kPa
= 1 bar = 760 mm Hg (Hg Cıva
elementinin kimyasal gösterimidir) =
29.92 inç Hg

Basınç Örnekleri

* 50,000 Pa: 50 kg ağırlığındaki bir kişinin normal ayakkabı ile yüzeye yaptığı basınç
* 5x106 Pa: 50 kg ağırlığındaki bir kişinin yüksek topuklu olması durumunda
* 5x106 Pa: 5 ton ağırlığındaki bir kamyonun yol'a yaptığı basınç

Enerji: kuvvet*yol

* İş yapabilme yeteneği.
o Kinetik: Hareket enerjisi (KE)
o Potansiyel: Saklı (Gizli) enerji (PE)
* Enerji birimleri
o 1 Joul (J) = N-m (James Joule'ın anısına)
o 1 erg = dyn-cm = 10-7 J
o 1 kalori = 4.186 J
o 1 kilokalori = 1 Kalori

Enerji Örnekleri

* 8.4x106 J = 2000 Kalori = Vücudumuzun bir günde harcadığı enerji
* 330,000 J = 1.136 litre suyu buharlaştırır
* 330,000 J = 60 W'lık bir lambayı 1.5 saat süresince yakabilmektedir
* 400,000 J = 60 mph hızındaki 1 ton ağırlığındaki bir arabanın enerjisi

Başka Enerji Örnekleri

* 1 erg = Yer'e düşen bir kar tanesinin enerjisi.
* 1000 J = Bir futbol maçında ortaya çıkan enerji
* 4x109 J = 1 ton TNT
* 1015 J = Nükleer patlama (250 kiloton TNT)
* 1025 J = Güneş Patlaması

Güç: enerji/zaman

* Enerjinin kullanılma oranı (yada iş yapabilme yeteneği).
o Watt (W) = 1 Joul/sn = 107 erg/sn
* Örnekler
o 1 kW/m2 = Yer'e çarpan Güneş gücü
o 100 W = Vücudumuzun ihtiyaç duyduğu enerji miktarı
o 100 W ampül- sadece gücün 1/5'i ışık üretimi için hacanmakta geriye kalan enerji ampül'ün ısınması için harcanmaktadır

Işınımgücü

* Işınımgücü bir cisim tarafından salınan güçtür (enerji/sn).
* Bir cisim tarafından sürekli bir şekilde yayınlanan toplam enerji:
o Toplam Enerji= Işınımgücü x Ömür süresi

Hesaplamalarda kullanılan birimler

* Daima birimleri kullanın.
o birim kullanılmaması durumunda cevabın ne olduğu anlasılamaz.
* Bir cevaptan süpheleniyorsanız:
o Birimleri doğrumu?
o Cevap icin hangi ölçüde bir büyüklüğün olmasını bekliyorsunuz?

gibi soruları kendinize sormanız gerekiyor.

Atomlar

* Atom => "indivisible"
* Madde atomlardan oluşmaktadır.
o Sabit hareketli çok küçük parçacıklar.
o Bir parmağınızda yaklaşık 1024 atom bulunmaktadır
* Farklı atomlar => farklı elementleri oluşturur

Atomların Bazı Özellikleri

* Atomlar içsel olarak nötr (yüksüz) haldedirler
o # protonlar = # elektronlar
* Atomlar küçük ve çoğunlukla boşluktan oluşurlar.
o Çekirdeğin boyutu= 10-15 m
o Atomun boyutu= 1 x 10-10 to 2 x 10-10 m
* Eger çekirdek 1 mm olsaydı elektronlar 100 m'den daha uzakta yer alacaktı!

Atomlarla ilgili başka örnekler

* Karbon - yaşam için önemlidir
o 6 p+, 6 n, 6 e-
* Demir- en kalıcı elementtir
o 26 p+, 30 n, 26 e-
* Uranyum
o 92 p+, 146 n, 92 e-
o Doğal olarak oluşan en ağir elementtir.
o Radyoaktif'tir - kararsızdır

İzotoplar

* Bir elementin izotopu, aynı sayıda proton'a fakat farklı sayıda nötron'a saptir.
* Örneğin:
o U-238: 92 p+, 146 n, 92 e-
o U-235: 92 p+, 143 n, 92 e-

Moleküller

* Kimyasal olarak birleşmiş atomlardır.
* Örneğin-
o Su: H2O
o 2 Hidrojen atomu ile 1 Oksijen atomu
* Elektronlar H-atomaları ile O-atomları arasında ortak kullanılır yani paylaşılır.

Çekim

* Fazla kütle => daha güçlü etkilenme
* Newton - 1667

F = Etkileme gücü (Newton)

G = 6.67 x 10-11 m3kg-1sn-2

m1 , m2 = kütleler (kg)

d = cisimler arasındaki mesafe (m)

Einstein ve Newton

* Newton'un yasaları gezegenlerin hareketlerini açıklar.
o Fakat yeterli değildir
* Einstein - 1916
o Genel Göreliliği Formüle etmiştir
o Newton'un yasalarını düzeltmiştir
o Karadelikler ve Kozmoloji için duyarlı bilgilere ihtiyaç vardır.

Bilimsel Yöntem

* Einstein'in Newton'un yasalarını düzeltmesi bilimsel yöntem için mükemmel bir örnektir.
* Adımlar:
1. Gözlemler
2. Hipotez
3. Denetleme
4. "Yasa"

Bilginin Gelişmesi

* Einstein'in Newton'un yasalarına yaptığı degişiklikler bilimsel bilginin hipotezler ve testler ile nasıl geliştigini göstermektedir.
* "Yasalar" doğrudur..... aksi ispatlana kadar!
* Bu bir hastalık değildir. Sadece daha doğru yasaların bulunmasına ihityacımız vardır.

Örnek: değiştirilen bir "yasa"

* Newton
o Bir cismin kütlesi sabittir
* Einstein
o Kütle hız arttıkça artar
* Daha sonra burada özel görelilik tartışılacaktır.

Neden bu tür bir isimlendirme yapıldı?

* Uyumluluk (ve tarihsel)
* Farklı enerjilere sahip fotonlar gellikle farklı türden aletler yardımıyla algılanabilmektedir.
o gözümüz görsel ışığı algılayabilmektedir.
o radyolar radyo dalgalarını algılayabilmektedirler.

Işık ve Enerji

* Parçacıkların enerji taşıması gibi fotonlarda enerji taşırlar
* Herbir dalgaboyuna karşılık gelen bir enerji mevcuttur

* Uzun dalgaboyları daha az enerji taşırlar
o (Radyo dalgaları)
* Kısa dalgaboyları daha fazla enerji taşırlar
o (X-ışınları)
* Bu nedenle morötesi ışınlar güneş yanıklarına ve kansere yol açarlar.

Atmosferik Pencereler

* Atmosferimiz sadece belirli dalgaboylarının geçmesine izin verir.
o Görünür bölge: 3500 - 10000 A
o Radyo bölge: 1 mm - 100 m
* Bu nedenden dolayı astronomların gözlemevlerinin uzayda olmasını tercih etmelerinin nedenini teşkil eder.

Ozon Deliği

* Ozon, Güneş'ten gelen morötesi (UV) ışınlarını engellemektedir.
* Ozon katmanındaki bir bozulma sadece insanlar için değil, aynı zamanda bitkiler ve hayvanlarıda etkileyecektir.
* Bir şansımız olabilirmi?