YER'İN YÖRÜNGESİ VE MEVSİMLER

Hazırlayan: Haluk Akçam


Aşağıdaki "Sene" yazısının sağındaki kutudan 1950 - 2050 arasındaki herhangi bir yılı seçtiğiniz anda, o yıl içinde İlkbahar noktasının, Yaz başlangıcının, Sonbahar noktasının, Kış başlangıcının, Günberi noktasının ve Günöte noktasının hangi gün ve saatte olduğunu okuyabilirsiniz. Türkiye için bu saatlere yaz saati uygulaması olduğu dönemde 3 saat, diğer dönemlerde 2 saat eklemeniz gerekiyor. Bu özel konumların açıklaması sayfanın en sonunda. 

Alttaki listede de, başlangıç ve bitiş yıllarını kutular içine yazdıktan sonra "Liste" butonunu tıkladığınızda, her yıl için dört mevsimin başlangıç tarihlerini liste olarak bulabilirsiniz. Bu listenin programı 1800 - 2200 arasındaki yıllarda çalışabilecek ve en fazla on yılı gösterecek biçimde yazdım. Böylece, hem hızlı hem de hata oranı en çok 1 dakika olmaktadır.

Aşağıdaki animasyonda, Güneş etrafında Yer'in yörüngesini ve burçlar kuşağını görüyorsunuz. Yer'in yörüngesindeki eksentrisiteyi belirtme açısından, bu animasyonda gerçek değerin on katını aldım. Böylece, Yer'in Güneş'e ne zaman yakın veya uzak olduğunu farkedebilirsiniz. Mavi küre Yer'i, turuncu küre de Güneş'i gösteriyor. Siyah daire içinde nokta ile Güneş sembolünü ve belirtilen anda burçlar kuşağındaki yerini görüyorsunuz.


SENE: 

İLKBAHAR: 

YAZ: 

SONBAHAR: 

KIŞ: 

GÜNBERİ: 

GÜNÖTE: 

 

YILINDAN YILINA KADAR

SENE

İLKBAHAR

YAZ

SONBAHAR

KIŞ

  

Mevsimler

Yer'in kendi ekseni etrafında bir gün süren dönmesiyle oluşan düzleme "Ekvator düzlemi" diyoruz. Yer'in Güneş etrafında yaklaşık 365 gün 6 saat süren dolanımıyla oluşan düzleme de "Ekliptik düzlemi" diyoruz. Bu iki düzlem arasındaki açı, Ekvator düzlemine göre "Ekliptiğin eğimi"ni ( e ) gösteriyor ve günümüzde bu açı yaklaşık olarak 23.4°.

Ekliptik düzlemi ile Ekvator düzlemi arasındaki bu açısal fark sayesinde, "mevsim" dediğimiz farklı iklim koşulları oluşuyor. Ekliptiğin eğimli olması yüzünden, Yer'den baktığımızda, öğle vaktinde Güneş'in ufuk çizgisi üstünde ulaştığı en yüksek nokta yılın her günü değişmektedir. Öğle vakti Güneş'in büyük meridyen dairesinden geçtiği anki bu yüksekliği, ülkemizin de bulunduğu Kuzey yarımkürede, en büyük değerine Haziran ayının ikinci yarısında ulaşır. Öğle vaktinde Güneş'in ufuk çizgisinden yüksekliğinin en az olduğu zaman da Aralık ayının ikinci yarısına rastlar.

Pratik olarak, eğer bulunduğumuz coğrafi enleme ( j ) ve Güneş'in Gök Ekvatoruna olan dikey uzanımına da ( d ) dersek, ufukta Güneş'in ulaşabileceği en yüksek noktanın yüksekliğini ( h = 90° - j + d ) olarak tanımlayabiliriz. Haziran ayının yaklaşık 20.-21. günlerinde Güneş Yengeç burcuna girerken - yani Ekliptik boylamı 90° olduğunda - deklinasyonu ekliptiğin eğimine eşittir. Dolayısıyla, Güneş'in bu sırada meridyen geçişi yüksekliği örneğin 41° Kuzey enlemindeki İstanbul için 72.4° gibi oldukça büyük bir değere ulaşır. Diğer yandan, Aralık ayının yaklaşık 21.-22. günlerinde Güneş Oğlak burcuna girerken - Ekliptik boylamı 270° olduğunda - deklinasyonu bu kez ekliptik eğimine eşit ama Gök Ekvatorunun altındadır. Dolayısıyla, Güneş'in bu sırada meridyen geçişi yüksekliği İstanbul için 25.6° gibi en düşük değerine ulaşır. Böylece, Haziran'daki değer ile Aralık'taki değer arasındaki yaklaşık 47°lik fark yüzünden, Yaz aylarında günün gündüz süresi gece süresinden daha uzundur ve tersine Kış aylarında da gece süresi gündüz süresinden uzun olur.

Yer'in Güneş çevresinde dönerken geldiği bu iki özel noktaya Yaz ve Kış Başlangıcı denir. Eskiden, Güneş'in bu andan sonraki günlerde daha fazla yükselmediği veya alçalmadığını gören astronomlar, bu anlara Latince "Solstitium = Güneş'in durması" demişler. Günümüz astronomisindeki "solstice" deyimi de buradan türemiş.

Mevsimlerle ilgili diğer iki nokta da, gece ile gündüzün eşit uzunlukta olduğu anlardır. İlkbahar ve Sonbahar noktalarında, yani Gök Ekvatoru ile Ekliptik Çemberi'nin kesiştiği noktalarda, Güneş'in deklinasyonu sıfır olur. Bu noktaların ilkinde Güneş Koç burcuna girer, ikincisinde de Terazi burcuna girer. Astronomide "equinox" denilen bu noktalara, eskiden Latince "eşit gece" anlamına gelen "Aequinoctium" derlermiş.

Mevsimlerde görülen iklim farkları, Güneş'in ufuk çizgisinden ne kadar yüksek ve bu çizginin üstünde ne kadar uzun süre kaldığı ile ilgilidir. Doğanın ve dolayısıyla havanın ısınması için Güneş'in enerjisine gereksinimi olduğunu düşünürsek, iklimin en çok neye bağlı olduğunu tahmin edebiliriz. Refraksiyon gibi detayları dikkate almaksızın, pratikte şu basit formül ile, herhangi bir yerde ve gündeki gündüzün ve gecenin uzunluğunu saat cinsinden yaklaşık olarak bulabilirsiniz:

Gündüz süresi = ( 2 × arccos [ - tan ( j ) × tan ( d ) ] ) / 15   ve   Gece süresi = (24 saat) - (Gündüz süresi)

Bu formüle göre, örneğin 20-21 Haziran'da Güneş'in deklinasyonu Ekliptiğin eğimine eşit olduğunda ( d = e = 23°26' ), coğrafi enlemi ( j = 41°K ) olan İstanbul'da Güneş'in ufkun üstünde kaldığı, yani gündüz dediğimiz sürenin yaklaşık 15 saat olduğunu buluruz. Diğer bir deyişle, yaz saati uygulamasını da dikkate alırsak, bu sırada İstanbul'da Güneş yaklaşık olarak saat 05:30'da doğup 20:30'da batacaktır. 21-22 Aralık'taki duruma baktığımızda da görürüz ki, bu sırada Güneş'in deklinasyonu Ekliptiğin eğiliminin ters işaretlisi olduğundan (d = -e = -23°26'), gündüz süresi yaklaşık 9 saat kadardır. Yani, sabah yaklaşık 07:30'da doğan Güneş, akşam yaklaşık 16:30'da batar.

Yine bu formüle göre, Güneş'in deklinasyonunun sıfır olduğu İlkbahar ve Sonbahar noktalarında, arccos(0)=90° olacağından, yeryüzünün herhangi bir yeri için gündüz süresi 12 saat ve gece süresi de 12 saat olarak bulunur.

Halk arasında, mevsimleri gündüz süresinin uzunluğuna göre tanımlama alışkanlığı vardır. Ancak, astronomide mevsimler sadece Güneş'in deklinasyonuna göre tanımlanır. Ekliptiğin eğimine e dersek: İlkbahar mevsiminde nümerik olarak Güneş'in deklinasyonu 0° ile e arasındadır. Ardından gelen Yaz mevsiminde Güneş'in deklinasyonu e ile 0° arasında kalır. Sonbahar mevsiminde deklinasyon 0° ile -e arasındadır. Kış mevsiminde de -e ile 0° arasında olur.

Ancak, örneğin Güneş'in Yer'in kuzey yarımküresini en çok ısıttığı ve gündüz süresinin en uzun olduğu dönemi Yaz olarak nitelersek, bu tanıma en uygun dönemin 5 Mayıs - 7 Ağustos arasında bulunduğunu görürüz. Yine aynı kriterle, soğuk ve uzun geceleri olan dönem diye adlandırdığımız Kış için en uygun zaman 7 Kasım ile 4 Şubat arasındadır.

Astronomik anlamda mevsimler Yer'in Kuzey veya Güney yarımkürelerine göre değişmez. Fakat, ısı ve aydınlık süre açısından, Güney yarımküre Kuzey'in tersine etkileneceği için, örneğin biz yılbaşında havanın genellikle soğuk olacağını zannederiz, oysa Avustralya'da insanlar yeni yıla girerken sıcaktan bunalırlar. Keza, bizim deniz mevsimi dediğimiz yaz tatilinde de örneğin Arjantin'de insanlar palto ile dolaşırlar.

Yer'in Günberi (Perihelion) ve Günöte (Aphelion) Noktaları

Güneş'in Gök Ekvatoru çemberinden dikey uzanımına, yani deklinasyonuna bağlı olan mevsimlerden farklı olarak, bir de Yer'in yörüngesinin dairesel olmamasından kaynaklanan özel bir durumu vardır. Diğer bütün gökcisimleri gibi, Yer de Güneş'in çevresinde dolanırken elips biçiminde, yani basık bir çember gibi olan yörünge çizer. Belki hatırlarsınız, çemberin merkezi tekdir ve tam ortasında bulunur. Oysa, elipsin basıklığından dolayı iki odağı vardır. İşte, elips biçimindeki Yer'in yörüngesinin odaklarından birinde Güneş durmaktadır.

Elipsin kısa çapının uzun çapına oranına "basıklık" dersek, aslında Yer'in yörünge basıklığı çok küçüktür. Bu yüzden, kolayca görülebilmesi için yukardaki animasyonda Yer'in yörüngesini eksentrisitenin on katını alarak çizdim. Bu durumda bile yine daireye benzediğini göriyorsunuz.

Yer'in Güneş'e ortalama uzaklığına r = 1 AU (Astronomik birim = 149600000 km) dersek, elips şeklindeki yörüngenin odaklarından birinde Güneş olduğunda göre, Yer'in Güneş'e en yakın olduğu sırada uzaklığı yaklaşık 147100000 km'dir (r = 0.9833 AU). En uzak olduğunda ise mesafe 152100000 km'dir (r = 1.0167 AU). Aradaki beş milyon kilometrelik fark, Ay'ın Yer'e olan uzaklığının tam 13 katı kadardır. Bu fark yüzünden, Güneş'in kütlesel çekim etkisi değişir ve Yer'in yörüngesi üzerindeki dolanım hızı her gün aynı olmaz.

Yer'in Güneş'e en yakın olduğu noktaya Günberi (Perihelion) noktası diyoruz. Pratik olarak Ocak ayı başında Yer bu noktaya geldiğinde, Güneş'i yaklaşık 12° Oğlak burcunda görürüz. Yer'in Güneş'e yakın olmasına karşın, yukarıda açıkladığım gibi Kuzey yarımkürede hava ısınmaz, aksine Kış soğuğu vardır. Ancak, bu yakınlık yüzünden Yer'in yörüngesi üzerinde hızı artar. Yer'in Güneş'e en uzak olduğu nokta da bunun tam karşıtıdır. Günöte (Aphelion) dediğimiz bu noktaya Yer Temmuz ayı başında gelir ve bu sırada Güneş de yaklaşık 12° Yengeç burcundadır. Yine, en uzak noktada olmasına karşın Yer'in Kuzey yarımküresi bu sırada daha fazla ısınır ve Yaz sıcağı yaşanır. Aynı zamanda, Yer'in yörüngesi üzerinde hızı yavaşlar.

Ocak ayı başında Güneş'in Ekliptik çemberi üzerinde günlük görünen hareketi yaklaşık 61' kadardır. Oysa, Temmuz ayı başında bu hareket yaklaşık 57' olur. Diğer yandan, Güneş'in Ekliptik çemberinde aynı noktaya gelmesi için geçen zaman yaklaşık 365.2422 (tropikal yıl) olduğuna göre, ortalama günlük hareketin yaklaşık 59' olduğunu düşünürsek, bu suretle mevsimlerin de eşit uzunlukta olmadıklarını buluruz.

Yer'in yörüngesindeki bu özellikten dolayı, İlkbahar ve Yaz mevsimleri uzun, Sonbahar ve Kış mevsimleri ise kısadır. Ancak, bu fark çok küçük olduğundan dikkatimizden kaçar. Yaklaşık ortalama 91 gün 7.5 saat olması gereken mevsimlerin en kısası Kış'tır ve 89 günden birkaç dakika eksiktir. En uzunu ise Yaz'dır ve 93 gün 15.6 saat sürer. Aslında, bu dörtbuçuk günlük farkın günlük yaşamımızda bir anlamı yoktur.

Yer'in Yörüngesi ve Küresel Isınma

Yer'in Güneş çevresindeki dolanımı uzun aralıklarla incelendiğinde, yörünge elemanlarının değerlerinin peryodik olarak değiştiği görülür. Yeryüzündeki büyük iklim değişikleri ile bu parametreler arasındaki ilgiyi önce 1842'de J.A. Adhemar farketmiştir. 1864'de J. Croll konuyu bilimsel bir hipoteze dönüştürmüş ve daha sonra 1912'de M. Milankovitch üç kısa makale yayınlayarak, yörüngenin eksentrisitesi, Ekliptiğin eğimi ve Günberi noktasının kayması ile iklimlerin nasıl değiştiğini matematik olarak ortaya koymuştur. Uzun bir aradan sonra, 1974'de J. İmbrie "insolasyon" kavramını ortaya atarak yeni bir model oluşturdu. Ardından, 1978'de A. Berger insolasyon değişimlerini gösteren denklemleri buldu. 1990'dan bu yana da J. Laskar jeolojik devirlerdeki iklim değişiklerini açıklayan Milankovitch teorisini 250 milyon yıllık dönem içinde matematik olarak uygulayabilmemizi sağladı. Konuyla bilimsel olarak ilgilenenlere, Laskar ve ekibinin geçen yılın sonunda tamamladıkları "A long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth" adlı makaleyi okumalarını öneririm. 25 sayfalık makale, mükemmel bir nümerik analiz eseridir ve bu yıl "Astronomy and Astrophysics" dergisinde yayınlanacak.

Yer'in yörüngesinin eksentrisitesi, yaklaşık olarak 98000 yıllık aralıklar içinde 0.0005 ile 0.0607 arasında değişmektedir. Yani, bir dönem dairesel gibi görünen yörünge, aradan onbinlerce yıl geçtikten sonra daha basık bir görünüm almakta ve sonra yine uzun bir aradan sonra dairesel haline gelmektedir. Diğer bir deyişle, Yer'in şu sırada Güneş'e olan uzaklığı Günberi noktasında 147 milyon ve Günöte noktasında 152 milyon km olmasına karşın, uzak geçmişte öyle dönemler yaşanmış ki bu mesafe 140 ile 159 milyon km'ye varacak kadar artmış. Yani, şimdikinin dört katına yakın bir fark oluşmuş. Eksentrisitenin büyük olduğu bu dönemlerde de, Güneş'ten çok uzakta ve çok yakında olması sebebiyle yeryüzünde şiddetli iklim farklılıkları ortaya çıkmış.

Diğer bir etken de Ekliptiğin eğiminin yaklaşık 41000 yıllık aralıklar içinde 20° ile 25° arasında değişmesidir. Günümüzde ortalama 23°26' kadar olan bu eğimin birkaç derecelik değişimi bile, kutup bölgelerindeki buzulların daha çabuk eriyerek tufanların oluşmasına veya buzulların alanının yayılarak yeryüzünde soğuk bir dönemin başlamasına yol açabilmektedir. Zira, eğime göre kutup bölgelerine düşen Güneş enerjisi farklı olmaktadır.

Üçüncü etken ise presesyon sonucunda ekinoksların, yani Yaz ve Kış başlangıcı noktalarının Ekliptik üzerinde kayarak Yer'in Günberi ve Günöte konumlarıyla çakışmasıdır. Bu da düzenli olmayan yaklaşık 19000 ile 23000 yıllık aralıklarla gerçekleşir. Günberi noktasının Yaz başlangıcı ile çakışması halinde, Yer'in Güneş'e en yakın olduğu anda Kuzey yarımkürede Güneş'in deklinasyonu yüzünden ışınlarının daha dik ve uzun süreli kalmasına, yani sıcaklığın artmasına yol açmaktadır. Tersine durumda da, Günöte noktası ile Kış başlangıcı çakıştığında, uzun süreli soğuklar yüzünden Yer'in su rezervlerinin donarak belirli bölgelerde birikmesine yol açmaktadır. Bu tekrarlanan durum, zamanla atmosferdeki su buharı ve karbondioksit gazının oranlarını etkilemekte, okyanuslardaki sirkülasyonu bozmakta ve buzulların yayılma alanını değiştirmektedir. Böylece, bazı canlı türleri bu uzun süreli değişime ayak uyduramayarak yeryüzünden silinmektedir.

Sonuçta Yerkürenin biyosfer yapısını değiştirecek kadar önemli olan insolasyon (yani "Gelen Güneş Işınımı" anlamındaki İngilizce "INcoming SOLar radiATION"dan türemiş "Insolation") değişimini de en basit olarak bu üç etkenin bileşkesi biçiminde düşünmek gerekiyor. İçinde bulunduğumuz şimdiki dönem, yaklaşık bin yıl önce başlamış olan ve Kuzey yarımkürede tekrardan ısının arttığı dönemdir. Daha doğrusu, insolasyonun yeniden artmaya başladığı süreçteyiz. Matematik açıdan bu değeri en basit tanımıyla  I = - e × sin(volarak buluruz. Yani, Yer Günberi noktasındayken Güneş'in Ekliptik boylamının sinüsünü eksentrisite ile çarptığımızda, insolasyonu nümerik olarak karşılaştırabiliriz. [Bu değere, pek doğru olmasa da kimi literatürde "iklimsel presesyon" (climatic precession) dendiği vakîdir. Keza, astronomik notasyon açısından ( v ), aslında Perihelion'un heliosentrik boylamıdır ve bu sırada Güneş'in geosentrik boylamı ( v ± p ) olur. Ancak, bazı jeolojik literatürde, örneğin Berger modelinde, insolasyon formülü verilirken bu 180°lik farkın belirtilmediği görülmektedir.]

Aşağıdaki grafiklerde, M.Ö. 100000 ile M.S. 100000 arasında bu parametrelerin nasıl değiştiğini görüyorsunuz. Nisbeten daha anlaşılır olması bakımından, burada Berger'in revize edilmiş matematik modelini esas aldım. Zaman skalasında belirtilen değerlerin eksi işaretlileri milâda göre geçmiş tarihleri, artı işaretlileri de gelecek tarihleri bin yıl cinsinden gösteriyor. Berger modelinde Perihelion parametresi ( v ± p ) olarak geçer. Dikey kırmızı çizgi, şu sıradaki değeri belirtmek için. (Araştırma maksadıyla onbeş sene önce yazdığım insolasyon programımın Türkçe versiyonu yok. Bu yüzden ekran çıktısı İngilizce oluyor. Anlayışla karşılayacağınızı umarım. 2k argümanı burada -25 olmaktadır.)

Günümüzde, Günberi (Perihelion) noktasında Güneş'in boylamı yavaş da olsa Kış başlangıcından (lp=270°) uzaklaşıp Yaz başlangıcına (lp=90°) doğru ilerlemekte. Yani, yaklaşık 9000 yıl sonra çok sıcak bir iklim olacak. Üçüncü grafikte de insolasyon eğrisine göre bu sıcak geleceğe doğru gittikçe ısınarak yaklaştığımızı görüyorsunuz. Alttaki grafiklerden de bu süreç içinde eksentrisitenin biraz azalacağı ve Ekliptiğin eğiminin de küçüleceği anlaşılıyor. Oysa, M.Ö. 9600 civarındaki insolasyona bakarsanız, o sırada herhalde büyük bir felâketle karşılaşıldığını tahmin edebilirsiniz. Nitekim, bu olayı Atlantis'in batışı efsanesiyle eşleştirenler de vardır. Keza, günümüzden 80 ilâ 100 bin yıl önceki dönemde de yeryüzünde büyük bir değişiklik olduğu kesindir. Bu hipotetik tahminler jeolojik bulgularla kanıtlandığı için, Milankovitch teorisi ve insolasyon değerinin bilimsel açıdan önemi büyüktür. Ekteki (InsolationList.zip) dosyasında, yüz yıllık aralıklarla Berger modeline göre ve bin yıllık aralıklarla Laskar modeline göre bu parametreleri liste halinde görebilirsiniz.

Isınmanın doğal olarak gittikçe arttığı bir dönemde bulunuyoruz. Bir de yapay olarak bu ısınmayı hızlandıran yaşam biçimimizi değiştirmezsek, herhalde kısa süre içinde büyük doğal âfetlerle karşılaşmamız kaçınılmaz olacaktır. Çünkü, bu insolasyon modelinde insanoğlunun doğayı kirleterek dengeyi nasıl bozduğu hesaba katılmıyor!


Copyright © 2005 Haluk Akçam


              

Türkiye

Dünya

Ekonomi

Deprem

Sağlık

Güncel

Kişisel Danışmanlık

Ticari Danışmanlık

Özel Danışmanlık

Copyright © 2005 Haluk Akçam - Bu sitede yer alan her türlü yazı, resim, grafik, program ve bilginin telif hakkı MİSKET yazılım ve danışmanlık Ltd.Şti.ne aittir.