Gök Bilim Rehberi - 9c (Gökyüzü Gözleminde Koordinat Sistemleri)

Her amatör gökbilimcinin gökyüzü koordinat sistemini biraz olsun bilmesinde yarar var. Çünkü bu bize harita okumada ve teleskop kullanmada büyük kolaylık sağlar.

Yeryüzü üzerinde bir bölgeyi tanımlarken, onun coğrafi koordinatları verilir. Başka koordinat sistemleri de kullanılmakla beraber, bu koordinatlar genellikle enlem ve boylam koordinat sistemi kullanılır.

Coğrafi Koordinat Sistemi
Temel düzlem : Yer ekvator düzlemi
Başlangıç yarı-çemberi : Greenwich’ten geçen boylam yarı-çemberi
 ϕ (= Enlem) ve λ (= Boylam)

Gökyüzünde bir gökcisminin konumunu tanımlarken de koordinat sistemlerinden yararlanılır. Örneğin Yılan Takımyıldızı'nın 56. parlak yıldızı demek, bir gökbilimci için pek bir şey ifade etmez. Zaten aranan gökcismini bu şekilde bulmak da neredeyse olanaksızdır. Bunun yerine, yer küredekine benzer bir koordinat sistemi kullanılır. Eğer biraz matematik bilgisine sahipsek, bir küre üzerindeki bir noktayı belirtirken bazen, küresel koordinatların kullanıldığını biliriz.

Bu küreyi biraz özelleştirerek üzerinde yaşadığımız yerküreyi ele alırsak, onun üzerindeki bir noktadan söz ederken (bu bir yerleşim yeri olabilir) onun enlemini ve boylamını (bazen yükseklik de gerekebilir) veririz. Böylece yer yüzündeki konumunu anlatabiliriz.

Hemen hepimiz, enlem ya da boylam kavramlarını az ya da çok bildiğimiz için, küresel koordinatlara pek de yabancı sayılmayız. Burada yerkürenin koordinat sistemine değinmemizin nedeni, gökyüzü koordinatlarıyla büyük bir benzerlik göstermesidir. Nitekim, Yer'den baktığımızda, gökyüzü dev bir küre gibi görünür.

Dünya da, bu kürenin merkezinde gibidir. Bu yüzden, eski çağlarda insanlar yanılmış, kendilerini Evren'in merkezine yerleştirmişlerdir. Yerküre ve gökkürenin koordinatlarının benzerliğini daha iyi anlamak için şöyle düşünebiliriz: Yerküreyi bir balon varsayalım. Onu iyice şişirip ona içeriden baktığımızda enlem ve boylamlar gökyüzü koordinatlarına benzer hale gelir.

Ancak, gökyüzü koordinatları enlem ve boylam olarak değil, dik açıklık ve sağ açıklık olarak adlandırılır.

Yerküreyle karşılaştırırsak, dik açıklık enleme, sağ açıklık boylama karşılık gelir.

Ekvator Koordinat Sistemi

Temel düzlem: Gök Ekvatoru ( Yer kürenin dönme eksenine merkezde dik olan düzlemin
gök küresi ile arakesiti olan çember) düzlemidir. 

Başlangıç yarı-çemberi: γ ilkbahar noktasından (Gök ekvatoru ile tutulum (ekliptik)
çemberinin kesim noktalarından biri olan (çıkış noktası) noktadır. Güneş 21 Martta bu
noktaya gelir ve buna Koç noktası da denir) ve gök kutuplarından geçen düşey çemberdir.

Sağ açıklık (α): Yıldızdan geçen saat çemberinin( herhangi bir gök cisminden ve Gökkutuplarından geçen büyük çember) Koç noktası saat çemberine göre, doğu yöndeyaptığı açı. Ekvator boyunca Koç noktasından başlayarak, artı yönde 0sa ile 24sa arasında ölçülür. 

Dik açıklık (δ): Yıldızdan geçen saat çemberi boyunca yıldızın ekvator çemberinden
olan dik açısal uzaklığıdır. Ekvatordan kuzeye doğru 0° ile +90° ve güneye doğru 0° ile
– 90° arasında ölçülür. Örneğin; α = 6sa 12dk 28s , δ = +37° 23’ 47”.

Yerkürenin ekvatoruyla, gökkürenin ekvatoru aynı düzlemdedir. Yer ekvatoru 0º enlemdedir.
Kuzey Kutbu +90º.Güney Kutbu -90º enlemdedir.

Buradan anlıyoruz ki, boylam değerleri -90'la +90 arasındadır. Gökyüzünde de durum benzerdir. Gök ekvatoru 0º dik açıklık, güney gök kutbu da -90º dik açıklıktadır. Yani, dik açıklık değerleri de -90º ile +90º arasında olabilir.

Eksi (-) dik açıklık değerleri gök ekvatorunun güneyinde, artı (+) değerleri ise kuzeyinde yer alır.

Sağ açıklık, yukarıda da değindiğimiz gibi, yerküre üzerindeki boylamlara benzetilebilir.
Ondan ayrılan yönü, değerlerinin derece değil, saat olarak verilmesidir. Burada, bir konuya açıklık getirmek gerekiyor.

Gök koordinatları, hareketli değildir. Yani, Dünya'nın kendi etrafında döndüğü gibi, gökyüzü de kendi çevresinde dönmez. Buna karşın, biz, Dünya ile birlikte döndüğümüzden, göğü yeryüzünden gözlediğimizde, 24 saatlik periyotla dönüyor görmekteyiz. Çünkü, Dünya kendi çevresinde 24 saatte bir dönmektedir. 

Sağ açıklık değerleri sıfırla 24 arasındadır. Yani, gökyüzü dev bir saat gibi, kendi çevresinde 24 saatte bir döner. Gökyüzü her saat sağ açıklığını bir saat değiştirir. Gök ekvatoru, yer ekvatoruyla aynı düzlemdedir. Bunun için de, gök ve yer kutuplarının çakışması, bize büyük kolaylık sağlar.

Bu koordinat sistemi günlük harekete topluca katılır. Bu nedenle ekvator düzlemi ile γ Koç noktası sabit kaldığı sürece yıldızların (α , δ) koordinatları değişmeden kalır. Ancak Yer kürenin dönme ekseninin presesyonu nedeniyle γ noktasının yıldan yıla yaptığı çok küçük devinme nedeniyle (geriye kayma hareketi) bu koordinatlarda küçük değişimler olur. Onun için bir yıldızın (α , δ) koordinatları verilirken bunların hangi yıla ait oldukları belirtilir.

Çoğu kaynakta özellikle astronomi programlarında;
sağ açıklık = Right Aperture (RA)
dik açıklık = Declination (DE)
kısaltmalarıyla gösterilir.Örneğin aşağıda ilerde bahsedeceğim "stellarium" programından bir görüntüyü görmektesiniz.

Gökyüzü gözlemleri için tasarlanmış teleskop kundakları, teleskopun dik açıklık ve sağ açıklık eksenleri etrafında döndürülerek, bu koordinatlara göre hareket edebilmesini sağlar. Sağ açıklık ekseni, Dünya'nın ekseniyle çakıştırıldığında, teleskopun kutup ayarı yapılmış demektir. Bu ayar için, genellikle teleskoplar sağ açıklık eksenleri doğrultusuna yöneltilmiş bir dürbüne sahiptirler. Bu dürbün yardımıyla sağ açıklık ekseni ayarlanır, kutup yıldızı bulunur ve eksen sabitlenir.

Kutup ayarı yapılmış bir teleskop, bir gökcismine ayarlandığında, Dünya'nın dönüşünden sadece sağ açıklık koordinatı etkilenir. Dik açıklık değişmez. Böylece, teleskopu cisme ayarladıktan sonra sadece sağ açıklığı uygun hızla değiştirerek, gözlediğimiz cismin teleskopun görüş alanında kalmasını sağlamış oluruz.

Bazı teleskoplar, takip mekanizması olarak adlandırılan bir mekanizmaya sahiptir. Bu mekanizma, teleskopun görüş alanına sokulan bir gökcisminin burada kalmasını sağlar. Bu, sağ açıklık eksenine yerleştirilen bir motorla gerçekleştirilir. Motor, sağ açıklık ayarını Dünya'nın dönüş hızında; ancak, tersine döndürür.

Pek çok modern teleskopun bir bilgisayar donanımı ve her iki eksende birer motoru vardır. Bu donanım sayesinde, teleskop bilgisayara girilen koordinatlara göre kendiliğinden yönlenir. Böylece teleskop, gözlenmek istenene gök cismine zahmetsizce yönlendirilmiş olur.

Babil'den bu yana insanlar, dereceleri ve saatleri daha küçük birimlere bölerken 60'lık sistemden yararlanmışlardır. Bu sistem, günlük hayatımıza o kadar yerleşmiştir ki, programlarımızı hep ona göre düzenliyoruz. Bu nedenle, dereceleri ve saatleri daha küçük birimlere çevirirken pek zorlanmayız.

1 derece (º) 60 dakika ('),
1 dakika 60 saniyedir (").
Benzer biçimlerde,
1 saat (h) 60 dakika (d);
1 dakika 60 saniyedir (s).

Şimdi, iyi tanıdığımız bir yıldız olan Vega'nın koordinatlarına bakalım: Sağ açıklık 18 h 36 d 56 s , dik açıklık +38º47'01". Buna göre, Vega'nın sağ açıklığı 18 saat, 36 dakika, 56 saniye; dik açıklığı ise 38 derece, 47 dakika, 1 saniyedir. Dik açıklık değerinin başındaki artı (+) işareti, onun kuzey gökkürede olduğunu gösterir.

Yukarıda, dik açıklığın başlangıç noktalarına ve onların neden bu şekilde seçildiğine değinmiştik. Dik açıklığın sıfır ya da başlangıç düzleminin önemine karşın, sağ açıklığın sıfır noktasının gökbilimsel bir önemi yoktur. Bu yer koordinatlarında da böyledir. 0 derece enlem ekvatordur.
Buna karşın, 0 derece boylam, Greenwich'den geçen bir yarım dairedir ve bu enlemin buradan geçmesinin tarihsel önemi dışında bir önemi yoktur. Benzer biçimde, 0 saat sağ açıklığın hangi yıldızdan ya da takımyıldızdan geçtiğinin gökbilimsel bir önemi yoktur. Bu sadece tercih meselesidir. 0 saat açıklık için kabul edilen yer, güneş ışınlarının ilkbaharda ekvatora dik geldiği anda, Güneş'in bulunduğu noktadır.

Şimdi, yukarıda değindiğimiz sağ açıklık ve dik açıklık koordinatlarını bir süre için unutalım ve yerküre üzerinde bulunduğumuz noktadan gördüğümüz gibi ele alalım gökyüzünü. Bu şekilde bir gökcisminin konumunu nasıl tanımlarız ona bir bakalım.

Ufuk Koordinat Sistemi

Temel düzlem çemberi: Ufuk düzlemi (gözlemcinin bulunduğu noktadan çekül doğrultusuna
dik olan düzlemdir). Başlangıç yarı-çemberi: Gözlemcinin (yani gözlem yerinin) meridyenidir (öğlen çemberi).
Zenit ( Başucu noktası): Çekül doğrultusunun tepemizde, göğü deldiği nokta.
Nadir (Ayak ucu): Gözlem yerindeki çekül doğrultusunun gök küresini ufuk altında kesen ve
görülmeyen nokta.
Öğlen çemberi (gözlemcinin meridyeni/boylamı): Kutuplardan ve zenitten geçen yarı
çember. Buna “gök öğlen çemberi” de denilir.
Azimut (a): Yıldızdan geçen düşey çemberin öğlen çemberine göre batı yönde yaptığı açı. Ufuk çemberi üzerinde güney noktasından başlayarak, ufuk çemberi boyunca negatif yönde (saatin dönme yönü), 0° ile 360° arasında ölçülür.
Yükseklik (h): Gözlenen gök cisminden geçen düşey çember boyunca Gökcisminin bulunduğu noktadan ufuk düzlemine olan dik açısal uzaklığıdır. Açının ölçü başlangıcı bu noktadan geçen düşey çemberin ufuk düzlemini kestiği noktadır. Ufkun üstünde zenite doğru 0° ile 90°, ufkun altında 0° ile -90° arasında ölçülür. Yükseklik yerine bazen onu tümleyen z zenit uzaklığı da kullanılır. Bu uzaklık, zenit noktasından düşey çember boyunca 0° ile 180° arasında ölçülür. Yükseklik ile zenit uzaklığı arasında h + z = 90° bağıntısı vardır.

Gökyüzünün bize merkezinde bulunduğumuz bir kubbe (yarımküre) gibi göründüğüne değinmiştik. Bu kubbenin tam tepesine, başucu(zenit) denir.
Başucunu 90º; ufku 0º kabul edersek, karşımıza yeni bir koordinat sistemi çıkar.(Yukarıdaki şekilde açıklandığı gibi)

Ancak, bu koordinat sistemi, gökyüzüyle birlikte dönmez, sadece gözlemcinin konumuna bağlıdır.
Bu koordinat sisteminde, bir gökcisminin konumu, yine iki koordinatla verilir.
Bunlar, yükselim ve meridyendir. Bir gökcisminin gözlemcinin bulunduğu yerde ufuktan yüksekliğine yükselim (Yükseklik) denir.
Doğal olarak, Dünya döndükçe bu gökcisminin yükselimi ve meridyeni de değişir.
Yani, bir gökcisminin yükselimini ya da meridyenini belirtirken, bir anın söz konusu olması gerekir.

Örneğin, Saklıkent'te 15 Eylül 2001 gece yarısı, Vega'nın yükselimi 42º'dir.
Ancak bir saat sonra yine Vega'nın yükselimi, 31º'dir.

Yükselimi ve meridyeni hemen hiç değişmeyen bir yıldız vardır:
Kutupyıldızı (Kutupyıldızı tam anlamıyla kutup noktasında olmadığından çok az bir değişim gösterir; ancak bunu çıplak gözle pek fark edemeyiz.).
Kutup Yıldızı'nın yükselimi bizim bulunduğumuz enlemde 40º; ekvatordaki bir gözlemci için 0º; kuzey kutbundaki bir gözlemci içinse 90º'dir.
Meridyen, yerküredeki boylamlara benzetilebilir. Yükselim çizgilerini dik keser ve başlangıç meridyeni (0º) kuzey kutbundan (kutup yıldızından) geçer. Meridyen değerleri 0º ile 360º arasındadır. Gökyüzüne ilgimiz yalnızca ona çıplak gözle bakmakla sınırlıysa, bu koordinatlara pek gereksinim duymayız. Bu tür gözlemler için genellikle  haritalar yeterli olur. Ama daha az belirgin gökcisimlerini incelemek istiyorsak, hem bir yıldız kataloğu hem de iyi bir yıldız atlasına gereksinim duyarız.

Yıldız kataloglarında, yıldızların ya da öteki gökcisimlerinin birtakım özellikleri yanında koordinatları (sağ açıklık ve dik açıklık olarak) verilir. Bu koordinatlar, yer haritalarındaki koordinat çizgilerine benzer biçimde gökyüzü haritalarına da çizilmişlerdir.

Böylece, katalogda bulduğumuz bir gökcisminin gökyüzündeki konumunu kolayca buluruz.


Kaynaklar:
1-Bilim ve Teknik, Nisan 2012, Alp Akoğlu, Gökyüzü köşesinden
2-http://80.251.40.59/science.ankara.edu.tr/selam/TR/ast404/Bolum_02_Koordinat_Sistemleri_Takimyildizlar.pdf