Astronomi’de Görüş ve Astrofotografi’ye Etkisi

[1]

Atmosfer, dünyamızı kaplayan bir hava okyanusu gibidir ve biz bu okyanusun dibinden gökyüzüne baktığımızda, yıldızları canlı, dans eden, göz kırpan, titreyen, bazen de tüylü şişkin bir top gibi görürüz. İster bir dağ tepesinde, isterse evinin bahçesinde olsun, bir astronom daima atmosfer şartlarını gözönüne almak ve onlarla mücadele etmek zorundadır. Birçok şehir ve çevrelerinde gözlem şartları genellikle vasatın altındadır. Buna etki eden faktörler nelerdir? Havanın durgun mu türbülanslı mı olacağına dair bir belirti varmıdır?

“Görme” nedir?

Astronomi’de görme dediğimiz şey, yani gözlem yapabilmek için görüş kalitemiz, atmosfer ısısının hızlı değişimi ile farklı sıcaklık ve yoğunluktaki hava parçacıklarının karışması sonucu ortaya çıkan bozukluktan kaynaklanır. Kullanılan teleskopun açıklığı ne kadar büyük, optik kalitesi ne kadar iyi olursa olsun, hemen hemen yeryüzündeki hiçbir gözlem yerinde 1 yaysaniyeden daha iyi bir görüş sağlanamaz. Genellikle görüş 2-4 yaysaniye civarındadır. Kötü bir görüşte yüksek büyütme altında gezegenler bulanık ve kenarları tüylü gibi görünür ve bir türlü tam odaklanma sağlanamaz. Ay yüzeyinde ısı dalgaları dolaşır gibi olur. Yakın çift yıldızlar, görüntüsü iç içe geçmiş tek yıldız halinde görünür. Yıldızlar, bulanıklaşan, hareket eden veya ışıldayan bir cisim şeklini alır. Atmosferdeki bu hareketlenmeler (türbülans) kabaca 3 ana bölgede oluşur. Yere yakın katman (0 – 100metre civarı), trofosferin orta (200 – 2000m) ve yüksek bölgeleri. Her katmanın kendine has özellikleri vardır ve bunları aşağıda inceleyelim.

1. Yere yakın Bölge Etkisi

Yere yakın bölge, atmosfer türbülansının en yoğun yaşandığı fakat buna karşılık gözlemlerin büyük çoğunluğunun yapıldığı yerdir. Yerleşim bölgelerindeki konutlar, işyerleri, fabrikalar gibi bütün yapılardan sürekli olarak değişken dalga boyunda ısı yayılır. Binalar kendi ısılarını dışarı attığı gibi, güneşten aldıkları ısıyı da yansıtırlar. Hava ısındıkça yükseldiği gibi soğuyarak da alçalır. Bütün gün güneşin yeri ısıtması ve gece bu ısının yerden uzaklaşması da aynı etkiyi yapar. Farklı cisimler ısı alışverişini farklı yaparlar. Dolayısıyla gözlem yapmak için, topoğrafyası farklılık göstermeyen yerler, mesela geniş düzlükler veya bir göl kenarı tercih edilir, çünkü buralarda gün boyu depolanan ısı, gece daha yavaş ve düzgün bir şekilde atmosfere geri verilir.

Teleskopun kendisi bile, şayet ortam ısısına ulaşmaşışsa görüntüyü etkiler, önünde bir çeşit “kaynama” oluşur. Bunu engellemek için, teleskopun ortam şartlarına uyması için işleme başlamadan en az 1 saat evvelinden dışarı çıkarmak, bir gözlemevi gibi kapalı bir yerde bulunuyorsa üstünü örten çatısı veya kapağının açılması gerekir. Türlerine göre teleskopların farklı uyum süreleri vardır. Newton teleskoplar, eğer iyi havalandırılmazsa problem yaratırlar. Schmidt Cassegrain’ler daha uzun süre ortama alışma ihtiyacı duyarlar. İyi bir gözlem için kayar çatılı gözlemevleri, döner kubbelilere göre daha avantajlıdır.

2. Orta Yükseklik Etkisi

200-2000m arası yüksekliklerde yükselen hava akımlarının etkisi söz konusudur. Alçak şehirlerde veya nüfusu yoğun bölgelerde aşağı doğru bir hava hareketi hakimken, dağlar veya engebeli topoğrafya arz eden bölgeler havayı karıştırır. Bir dağ tepesinden kopan hava akımları aşağı doğru girdaplar yaratır. Bu da kıpraşan görüntülere sepep olur ve dağdan 100km’ye kadar bir mesafeyi bile etkiliyebilir. Onun için gözlem yeri olarak, hakim hava akımının durgunlaşacağı veya en azından laminer hale geleceği düzlük bir alan veya büyük bir su kütlesi yakını seçilmelidir.

3. Yüksek Bölge Etkisi

2000-2500 m’nin üzerindeki yerlerde eğer varsa hızlı akan nehirler ve çağlayanlar “jet stream” etkisi yaparlar. Oluşan rüzgar bıçak gibi keskindir, görüntü ise donuk ve belirsiz olur. Buna gözlemcinin yapacağı birşey yoktur. Kutup jet stream’lerinin etkisindeki Kanada, bazı ABD eyaletleri ve Japonya’nın kuzeyinde bu etki görülür. Mevsimlere göre değişiklik gösterir, kış ve ilkbahar aylarında daha güneydeki bölgeleri de etkiliyebilir.

Gözlem için en iyi yerler nereleridir?

Yukarda, dağların durgun bir hava akımını nasıl etkilediği gösterilmiştir. A gözlem yerinde hakim deniz rüzgarına karşılık, B gözlem noktası dağ tepesinden aşağı kopan girdapların etkisindedir.

Dünyanın bilinen bütün iyi gözlemevleri, ısı değişim ve türbulans katmanının üzerinde, hakim deniz rüzgarlarının etkisinin azaldığı yüksek dağ tepelerinde kurulmuştur. Las Palmas, Tenerife, Hawaii, Paranal gibi yerler, yılın büyük bir bölümünde 0.11” yaysaniye gibi çok düşük türbülans değerlerine sahiptir. Okyanuslardan gelen hava akımı etkisini kaybetmiştir. Bu yerler ayrıca yüksek basınç (anti-siklon) bölgeleridir. Madeira adasının en yüksek tepesi Encumeada (1800m)’da yılın yarısında görüş 1” nin altında, Özbekistan’daki Maydanek dağında (2600m) 1996-2000 arasında 0,69” ölçülmüştür. TUG’de bu değer 1” civarındadır. [2] Las Palmas’daki Roque De Los Muchachos ve Tenerife’deki Observatorio del Teide gözlemevleri deniz seviyesinden 2400m yüksekte kurulmuş olup dünyanın en iyi gözlem yerlerinden sayılırlar. Yılın %80’inde görüş değerleri 1” yaysaniyenin altındadır. Ayrıca Şili’deki Paranal dağı ve Atacama çölü (ölçümlerin yapılmaya başladığı son 100 yılda bazı kısımlarında hiç yağış kaydedilmemiştir) ve Namibya’daki Sossusvlei ve Gamsberg dağları ve Namibya çölü güney yarım kürenin olduğu gibi, dünyanın da atmosferik görüşü en iyi olan yerleridir.

Gözlem Yerinindeki Görüşü Tahmin Etmek

Bu tahmin sağlıklı bir biçimde yapılabilirmi? Cevap çoğunlukla evet’tir. Örneğin, kötü görüş daima soğuk havanın, sıcak havanın yerini aldığı soğuk bir cephe geçişinden sonra ortaya çıkar. Hava yükselir ve türbülans artar. Oysaki bir soğuk cephe öncesi hava daha ılık ve durağandır. Özellikle yüksek basınç sistemi etkisindeyken, sis ve pus oluşurken şeffaflık azalır ama atmosferik görüş mükemmel olabilir. Kuvvetli rüzgarlar da kötü görüşe sepep olur.

Yukardaki soğuk bir cephe ve ona bağlı hava kütleleri resmedilmiştir. Cepheye yaklaşan hava daha sıcaktır ve yer/hava sıcaklık farkı az olduğu için genellikle durgundur. Buna karşılık cephe geçtikten sonra soğuk (serin) hava sıcak havanın yerini doldurur ve neticesinde oluşan yoğunlaşma (convection) türbülans yaratır. Yer/hava ısı farkı tekrar eşitlenene kadar görüş düzelmez. Bu genellikle saatler sürer.

Bulutların cinsi de belirleyicidir. Eğer bir öğleden sonra soğumadan dolayı kümülüs’ler oluşmaya başlıyorsa, güneş battıktan sonra en az birkaç saat süreyle görüş kötü olacak demektir. Hafif bir rüzgar varsa ve ince kenarlı yüksek sirüs bulutları oluşuyorsa, görüş güzel olacak demektir. Tahmin için belki en kolay ve çabuk yöntem, yıldızların ne kadar kırpıştığına bakmaktır. Az ve yavaş bir titreşme veya kırpışma, iyi bir görüşün habercisidir. Gene de %100 emin olamayız; bir yıldıza teleskoptan bakıp karar vermemiz gerekir.

Görüş Derecesi (skala)

[3]

Atmosfer şartlarının ve buna bağlı görüşü derecelendiren birçok skala vardır. Bunlardan en bilineni ve yaygın kullanılanı, Pickering Derecesi denen Harvard Gözlemevinden William H. Pickering (1858-1938) tarafından geliştirilendir. Pickering 5-inch’lik (127mm) bir refractor teleskop kullanarak bu derecelendirmeyi yapmıştır. Daha küçük veya daha büyük çaplı teleskoplarda bu yorumlar farklılık gösterebilir ve dereceler düzeltilmelidir.

p1. Yıldız görüntüsü, eğer halka görülebiliyorsa genellikle üçüncü dağıtma halkasının (diffraction ring) iki katı kadardır. Yıldız görüntüsünün çapı 13" (yaysaniye) dir.

p2. Görüntü nadiren üçüncü halkanın iki katı kadardır (13").

p3. Görüntü yaklaşık olarak üçüncü halkanın çapı kadardır (6.7"), ve merkezde daha parlaktır.

p4. Merkezdeki “Airy” dağıtma diski genellikle görülebilir; bazen parlak yıldızlarda dağıtma halkası yayları görülebilir.

p5. Airy disk herzaman görünür; parlak yıldızlarda yaylar görünebilir.

p6. Airy disk herzaman görünür; kısa yaylar daima görünür.

p7. Disk bazen keskin şekilde bellidir; dağıtma halkaları uzun yaylar veya tam daireler halinde görünür.

p8. Disk herzaman keskindir, halkalar uzun yaylar veya tam daireler halinde, fakat daima hareketlidir.

p9. İç dağıtma halkası hareketsizdir. Dış halkalar anlık sabitlikler gösterirler.

p10. Tüm dağıtma modeli (pattern) hareketsiz haldedir.

Not: Bu derecelendirmede 1-2 çok zayıf, 3-4 zayıf, 5 orta, 6-7 iyi, 7-8 çok iyi, ve 8-10 mükemmel demektir.

25 cm’lik bir reflektör teleskopta 350 büyütme ile görülecek Jüpiter çizimleri. Solda mükemmel, ortada orta, sağda çok zayıf görüş.

İdeal bir ortamda hava, ışık dalgasının her tarafını eşit olarak etkilemesi gerekir, ama çoğu zaman bu gerçekleşemez. Teleskop tüpünün içinde bir yerdeki hava, tüpün diğer bir yerine göre sadece 0.2° C gibi bir fark gösterse bile havanın ışığı kırma özelliği değişir.

Işığın teleskopa girene kadar atmosfer içinde gittiği kilometrelerce yolu düşününce, neden atmosfer dışındaki cisimlerde ayrıntı göremediğimiz anlaşılır. Havanın ışığı kırma özelliği ve bu kırılmanın derecesi, havanın yoğunluğuna dolayısıyla ısısına bağlıdır. Farklı ısılara sahip hava kütleleri karşılaştıkları zaman, çarpışma bölgesindeki cephe katmanı parçalanır, dalgalanır, girdaplaşır ve böylece hava bozuk bir mercek gibi davranmış olur. Ateşin üzerinde veya kızgın bir asfalt yol sathındaki sıcak havanın, üzerlerindeki soğuk hava ile karışmasında oluşan hava hareketleri bu davranışın daha abartılı şekilleridir. Atmosferimizin her yeri daima, hafif de olsa sıcaklık farklarıyla doludur ve teleskoptan bakınca etkileri katlanarak görülür.

Yukarda Kova takımyıldızındaki Zeta Aquarii (açıklığı 2 yaysaniye) çift yıldızı görüntülerinin değişen atmosferik görüş etkisiyle bozulması görülmektedir. Resimler sadece 2 dakika içinde Alan Adler tarafından 8-inch Newtonian teleskopla çekilmiştir.3

Kuğu takımyıldızındaki Beta Cygni veya Albireo (34 arcsaniye) çift yıldızındaki atmosferik şartlardan ötürü görüş bozukluğu görülmektedir. Resimler 31 ekim 2004 saat 22 civarında 4 dakika içinde tarafımdan çekilmiştir. Görüş ile çekim hatasından oluşabilecek farkı vurgulamak için son kareyi görüntülerken makinenin zaman ayarlı modunu kullanmayıp, elle deklanşöre bastım. Titreme açıkça görülüyor.

Teleskopun içindeki sorunlar

Görüş sorunları çoğu zaman en kötü yerde, teleskop aynasının, göz merceğinin veya teleskopa takılı fotograf makinası veya CCD kameranın sadece birkaç santimetre yakınında oluşur. Eğer bu araçlar ortam ısısında değillerse, kendinlerini etrafındaki havadan daha sıcak veya daha soğuk dalgalı, düzensiz bir zarf ile çevrili bulur. Telskopun bütün diğer aksamı da aynı davranışı gösteririr. Bu yüzden gözleme başlamadan önce, görüş ile savaşın! Teleskopunuza çevre ile uyumlu hale gelmesi için zaman tanıyın, gözleme veya çekime başlamadan çok önce teleskopunuzu hazırlayın. Erken kalkan fazla yol alır…

Genellikle teleskopunuz kapalı yerde durduğu için fazla sıcaktır. Ama bazen tersi de olabilir. Teleskop buğulanmaya veya buzlanmaya başlarsa, demek ki havadan daha fazla soğumuştur. Soğuk bir havada ısısını hızla vererek soğurken bu mümkün olabilir. Bu durumda hafif bir ısıtma, buğu giderici (dewheater) gerekebilir.

Teleskopun içindeki sıcak veya soğuk “tüp akımları” gerçek bir performans katilleridir. Aynalı (reflector) teleskopların tüp içi akımları bağlamında kötü şöhretleri vardır ama bu sorun, SCT (Schmidt-Cassegrain) ve mercekli (refractor) teleskopların da başına gelebilir. Amatörler, bugün sonu açık tüplü teleskopların mümkün olabildiği kadar havalandırılmaları gerektiği hususunda birleşmişlerdir. Bu amaçla, teleskop aynası etrafında yeterince boşluk, havlandırma delikleri, hatta bir fan bile düşünülmüştür. Böylece içerdeki hava kuru ve hafif kalır. Ayrıca teleskopun optik hattı, teleskop cidarlarından en az 2-3 cm içerde olmalıdır.

Solda: Soğutma fanları genellikle birinci aynanın arkasına monte edilir, ama fanı tüpün yan tarafına koymak, aynanın önündeki hava daha kolay üflenip ısı dalgaları daha kolay atılacağı için, daha uygun bir çözümdür. Sağda: Fanın aksi tarafında tüpe delikler açarak sıcak havanın dışarı atılması sağlanır (Alan Adler)3

Bir reflector aynasının arkasına bir fan takmak son zamanlarda çok popüler olmuştur. Hatta SCT’lere de fan takan vardır. Bir bilgisayar fanı mükemmel iş görür ve takılabilir en büyük fanı seçmekte yarar vardır. Dikkat edilmesi gereken en önemli husus, fanın çalışırken titreşim yaratmamasıdır. Bu fan sayesinde, “bir aynalı telekop, mercekli teleskop kadar iyi görüntü vermez, görüntü kalitesi açısından 8-inç’lik bir reflector 5-inç’lik bir refractor’a denk gelir” şeklinde bazı astronomi kitaplarında yer alan görüşler artık değişmiştir. Bir aynalı teleskoptan da mercekli kalitesine yakın görüntüler elde edilebilmektedir.

Tüp akımlarının, görüntüyü ne kadar etkilediğini belirlemek ve fanın yararlarını görmek için şu basit yöntem denenir: Çok parlak bir yıldız seçin, odaklamayı yıldız ortası delik büyük bir ışık diski haline gelene kadar bozun. Tüp içi akımları, parlak diskin üzerinde ince ışık çizgileri halinde hareket ettiğini göreceksiniz. Fanı çalıştırın. Kısa zaman sonra, ışık çizgilerinin kopmaya ve dağılmaya başladığını ve nerdeyse kaybolduğunu göreceksiniz.

Teleskopun yakınında oluşan sorunlar

Bazı görüş sorunları telekopun sadece birkaç metre civarında oluşur. Gözlem yönünde ısı veren herhangi bir kaynak, bir insan vücudu bile, bulunmamalıdır. Teleskop ısıyı tutmayan bir yere kurulmalıdır. Bu nedenle ot, çimen gibi bir zemin, beton veya seramik yüzeylere tercih edilmelidir. Gözlem yönünde asla ısı yayan bir bina (baca) bulunmamalıdır.

Eğer bir gözlem evi inşa edecekseniz, ince ve çabuk soğuyan sunta, kontplak, metal levha gibi malzemeleri tercih edin, tuğla ve betondan uzak durun! Dış yüzeyleri beyaz veya çok açık renk boyayın ki ışınma ısısını emmesin. Çok iyi bir havalandırma sistemi kurun. Zemini seramik olacaksa, kalın bir halı ile kaplayın.

Tamamı yana kayarak açılan bir çatı, dönerek sadece gözlem yönünde açılan kubbe çatıya göre, dış havaya uyum sağlamak bakımından çok daha uygundur. Eğer bir kubbede ısrarlıysanız, aynen büyük gözlemevlerinde olduğu gibi kubbe yarığından gelen havayı emip içerdeki havayı dışarı atacak çok güçlü bir havalandırma sistemi kurun. Evinizin tepesine gözlemevi yapmayı en son çare olarak düşünün. Aksi taktirde ya ısınmadan vazgeçmek, ya da çok mükemmel bir yalıtım sağlamak zorundasınız.

En zor görüş yerde sağlanır. Bu nedenle, gözlemevini yerden yüksek bir platform üzerine kurabilmek çok iyi sonuçlar verir. Ayrıca, yıldızlara birkaç metre daha yaklaşmış oluruz.

NASA, dünya atmosferinin görüş kalitesinden kurtulmak için HUBBLE projesine 2,1 milyar $ harcadı ve şimdi onu uzay çöplüğünde bırakmaya hazırlanıyor…

---

Sabahattin Bilsel

[1] Damian Peach, Haziran 2002 http://www.aajonahfish.com/Articles/Seeing.htm

[2] TUG’nde Astronomik Görüş İstatistiği
Murat PARMAKSIZOĞLU, Zeki ASLAN, Irek KHAMİTOV, Kadir ULUÇ
XIII. Ulusal Astronomi Toplantısı 2-6 Eylül 2002, TUG, Antalya

[3] Alan M. MacRobert, Beating the Seeing
Sky and Telescope, Nisan 1995