Gece gözlemlerinde gökcismi bulmayı kolaylaştırıcı lazerli bulucu

Proje Adı:
Gece gözlemlerinde gökcismi bulmayı kolaylaştırıcı lazerli bulucu tasarımı
Projenin Amacı:
Bu projenin amacı, teleskop olmayan bölgelerde gökcisimlerinin konumunu bulmak için
lazerli gözlem aleti tasarlamaktır. Bu alet ile kolay ve hızlı şekilde gökcisimlerinin konumu
bulunabilmesi, çok daha fazla kişinin önemli gök olaylarını kolaylıkla gözlemleyebilmesi,
gökyüzü gözlemciliğine ve astronomiye ilginin artması amaçlanmaktadır.
Giriş:
Son yıllarda, özellikle İstanbul’da şehrin ortasında gökyüzü gözlemi yapmak çok zordur.
Kötü tasarlanmış aydınlatma sistemleri gökyüzünün aydınlanmasına yani ışık kirliliğine
neden olur. Bu nedenle çıplak gözle yapılan gözlemlerde ancak çok parlak cisimler
gözlenebilir. Yapay uydu gözlemi gibi anlık gerçekleşen gök olaylarında gökcisminin yerinin
gök olayı gerçekleşmeden önce bulunması gerekir.
Günümüz teknolojisinde gökcisimlerinin konumu en iyi, gps sistemli teleskoplarla
bulunmaktadır. Bu teleskoplar çok pahalı olduğundan her gözlemcinin sahip olması mümkün
değildir [1]. Akıllı cep telefonları da kurulan astronomi programları sayesinde gökcisimlerinin
konumunu göstermektedir. Ancak internet bağlantısı yoksa ve içindeki algılayıcılar düzgün
çalışmıyorsa cismin konumunu yanlış gösterebilir. Kendi yaptığımız lazerli gökcismi bulucu
cismin konumunu en doğru ve belirgin şekilde gösterebilmektedir.
Yapılan araştırmalarla böyle bir aletin şu ana kadar üretilmediği ve özellikle amatör astronomi
çalışmalarında gözlemi kolaylaştıracağı ve eğlenceli kılacağı fark edilmiştir [1.8 ve 1.9].
Ana Bölüm:
Yeşil Lazer:
Lazerler, çok şiddetli, tek renk, tek yönde yayılan ışık kaynaklarıdır. Diğer ışık kaynaklarına
göre çok parlaktırlar. Işık şiddetine göre farklı alanlarda kullanılırlar. Yeşil lazer, ışığın gittiği
yöne doğru uzun yeşil bir çizgi gibi görünmektedir. Gece herhangi bir yöne tutulduğunda,
bakılması gereken doğrultu, kaynağın yakınındaki herkes tarafından görülür. Bu özelliği
nedeniyle gece gökyüzü gözlemlerinde çok işe yaramaktadır. Eyüboğlu İkiz Gözlemevlerinde
yapılan çıplak gözle gözlemlerde, gökcisimlerinin yerini bulmak için yeşil lazer
kullanılmaktadır. Parlak gökyüzünde gökcisimlerini bulabilme ve lazer ışığını sabit tutabilme
ihtiyacıyla “lazerli gökcismi bulucu”nun tasarlanmasına karar verilmiştir.
Bulucunun Tasarımı:
1. Nasıl bir alet yapılması gerektiğini planlamak için pergel, iletki, kağıt-kalem gibi aletler
kullanılarak taslak oluşturulmuştur. Düz bir plaka, lazeri hareket ettirecek bir sistem,
lazerin göstermesi gereken koordinatların ayarlanması için yükseklik ve yön ölçüm
1
çizelgesi planlanmıştır. Tasarımın ilk aşamasında, eski bir lake kaplı sunta
mobilyadan 40 cm çapında parça kesilmiştir ve ortasına mobilya ayağına takılan
tekerlek vidayla monte edilmiştir (Resim1-2). Tekerleği sökülmüş ve o kısma çadır
iskeletinde kullanılan boru parçası takılmıştır. Böylece yeşil lazer borunun içine monte
edilmiştir ve iki yönlü hareket etmesi sağlanmıştır. Ancak kullanılan düzlemin sunta
olması zamanla vida girişinin aşınması ve tekerleğin hareketinin sabitlenememesi
farklı bir malzeme kullanılmasını gerektirmiştir.
Resim1-2: Kesilecek düzlemin ölçüm aşaması ve tekerlek malzemenin düzleme monte edilmiş görüntüsü
2. Okulumuzun marangozu desteğiyle daha kalın ve tek parça ağaç düzlem bulunmuş
ve yine 40 cm çapta yuvarlak şekilde kesilmiştir (Resim 7). Kalın tercih edilmesinin
nedeni kolay kırılmasını engellemek ve kullanılacak yardımcı ürünleri plaka içine
gömebilmektir.
Resim 3-4: Lazer kalemin sabitleneceği kısım için fırça sopasından kesilen parça ve içinin oyulması.
2
3. Eski bir ağaç boya fırçası sopası, ihtiyacımız olacak boyutta kesilmiş ve içi, marangoz
desteğiyle lazer kalem girecek şekilde oyulmuştur. Oyuk parçanın arka kısmı
yanlışlıkla fazla oyulmuştur ve bu nedenle lazer, silindirin içinde hareket etmektedir.
Bunu engellemek için lazerin etrafı bant ile sarılarak lazerin kalınlığı arttırılmıştır
(Resim 3-4 ve 7).
4. Lazerin koordinatlara uygun hareket edebilmesi için iki yönlü hareket eden ve sabit
kalabilen bir parçaya ihtiyaç duyulmuştur. Artık görevini yapamayan bir el radyosu
anteni radyoya bağlantı noktasından çıkarılmış ve o kısım düzlemin merkezine
sabitlenmiştir (Resim 5-6).
Resim 5-6: Radyo anteninin lazeri sabitleyebilmek için montajı
3
Resim 7: Ağaç düzlemin görüntüsü ve lazerin düzleme monte edilmiş hali
5. Gözlem sırasında lazerin sürekli açık kalabilmesi için çalıştırma düğmesi bir mandal
ile uzun süreli basılı tutulabilmesi sağlanmıştır.
6. Aletin yan tarafına yerleştirilen kulp, aletin taşınmasını kolaylaştırmıştır.
7. Lazerin göstereceği koordinatlardan biri ufuk düzlem doğrultusunda ölçüldüğü için
aletin ufka paralel şekilde kullanılması gerekir. Düzlemin üzerinde bir oyuk açılmış ve
içine su terazisi yerleştirilmiştir (Resim 8). Böylece ufka paralellik kontrol edilmektedir
ve değerlerin doğruluğu sağlanmaktadır.
Resim 8: Su terazisinin montajı
8. Lazerin ufuktan yüksekliğinin ölçülebilmesi için iletki kullanılmıştır. İletki, lazerin
bağlantı noktasına yerleştirilen saç parçaya, vida yardımıyla dik bir şekilde monte
4
edilmiştir. Vidayla sabitlemek, düzeneğin daha sağlam olmasını sağlayacağından
plastik yerine metal iletki tercih edilmiştir (Resim 9).
Resim 9: Lazerin göstereceği yüksekliğin ölçümü için metal iletkinin montajı
9. Lazerin yapacağı ikinci hareket, ufuk düzleminde çember çizmektir. Böylece lazer
istenilen yön ölçüsünde hareket edebilir. Yönün ölçümü için çember şeklinde 360
derece gösteren ölçüm cetveli kullanılmıştır. Beyaz yapışkanlı kâğıda çıktı alınmış ve
düzenek boyandıktan sonra üzerine yapıştırılmıştır (Şekil 1).
Şekil 1: Lazerin yönünün ölçülmesi için kullanılan çember cetvel çizimi
10. Yönün doğru şekilde ölçülebilmesi için çember cetveldeki 0 derecenin kuzey yönünü
göstermesi gerekmektedir. Düzlemin üzerine bir oyuk daha açılmıştır ve içine pusula
yerleştirilmiştir (Resim 10). Kuzey yönünün bulunması için öncelikle Kutup Yıldızı
tercih edilir. Görünmüyorsa, pusulaya bakılarak 0 derece kuzeyi gösterecek şekilde
hizalama yapılır.
5
Resim 10: Düzlemin içine yerleştirilen pusula
11. Lazer kalemin kalınlığı nedeniyle yönde ve yükseklikte milimetrik ölçüm yapılamadığı
fark edilmiştir. Ölçümün hassasiyetini sağlamak için yön ve yükseklik ölçümü
doğrultusunda ince tel kullanılmış ve siyah bantla lazere sabitlenmiştir (Resim 11). Tel
lazer kalemi ortalayacak ve kaleme paralel duracak şekilde hizalanmıştır. Telin
malzemesi, kolayca yamulmayan bozulmuş şemsiye telidir. Böylece gözlemlerde
istenilen hassasiyete ulaşılmıştır.
Resim 11: Hassas ölçüm yapabilmek için kullanılan teller.
12. Düzenek boyamaya hazırdır. Resim atölyesinden sağlanan akrilik boya ve fırça
sayesinde boyama yapılmıştır. Gökyüzüyle ilgisi ve diğer ölçüm aletlerini öne
çıkarması için gece mavisi tercih edilmiştir. Boyama yapılırken pusula ve su
terazisinin üzeri kâğıt bant ile kapatıldı. Böylece aletin tasarımı tamamlanmıştır
(Resim 12).
6
Resim 12: Lazerli Gökcismi Bulucu’nun tasarımının tamamlanmış görüntüsü
Ekvatoral Koordinat Sistemi:
Dünya yüzeyinde enlem ve boylamın kullanılması gibi gökyüzündeki gökcisimlerinin yerini
bulmak içinde ekvatoral koordinat sistemi kullanılır. Bu sistem, coğrafik koordinat sisteminin
gökyüzündeki izdüşümüdür. Temel düzlem gök ekvatorudur, 90° uzak iki kutup noktası da,
kuzey ve güney gök kutuplarıdır. Kuzey gök kutbu doğrultusunda Kutup Yıldızı (Polaris)
bulunmaktadır. Gök ekvatoru üzerindeki yer değiştirme 24 saat birimine bölünerek “Sağ
Açıklık (α)” ya da “Saat Açısı (H)” değeri olarak ölçüm yapılır. Gök ekvatorundan, kutuplara
doğru yer değiştirme “Dik Açıklık (δ)”tır ve derece biriminde ölçülür. Sağ açıklık ve dik açıklık
değerlerinin ölçüm başlangıç noktası “İlkbahar () Noktası” olarak adlandırılan, Güneş’in gök
ekvatorundan geçiş noktalarından biridir (Şekil 2). Saat açısı, yıldızın gök ekvatoruna iz
düşümü ile meridyen arasındaki yay uzunluğudur.
0sa< α ya da H <24sa
-90°< δ <+90°
7
Şekil 2: Ekvatoral koordinatlara göre gökcisminin konumunun bulunuşu
Cisim gökyüzünde yıl boyunca yer değiştiriyor görünse de ekvatoral koordinatları sabittir ve
her enlemdeki gözlemci bu koordinatla cismin yerini bulabilir. Gökcismini gözlemleyebilmek
için bu koordinatlar doğrultusunda hareket eden ve kutup yıldızına göre ayarları
tamamlanmış teleskop kullanmak gerekir.
Her zaman teleskopla gözlem yapmak mümkün olmadığından gökcisminin koordinatlarını
ufuksal koordinat sistemine dönüştürmek, böylece cismin hangi yönde olduğunu ve ufuktan
yüksekliğini bilmek gözlem için yeterli olacaktır [2.5].
Ufuksal Koordinat Sistemi:
Ufuksal Koordinat Sisteminde temel düzlem ufkumuzdur. Ufuktan 90 derece uzakta bulunan
kutup noktaları; başucu noktası (zenit - Z) ve ayakucu noktasıdır (nadir - N). Bu sistemin
koordinatları azimut (A) ve yüksekliktir (a). Azimut, derece birimindedir ve ufuk düzlemi
doğrultusundaki yer değiştirmeyi gösterir. Yükseklik de derece birimdedir ve ufuktan zenite
doğru yer değiştirmeyi gösterir. Meridyen; kuzey, güney ve zenitten geçen hayali çemberdir
(Şekil 3). Güneş gibi tüm gök cisimleri gün içindeki hareketleri sırasında en büyük yükseklik
değerine meridyenden geçerken ulaşırlar.
0°< A <360°
-90°< a <+90
8
Şekil 3: Ufuksal koordinatlara göre gökcisminin bulunuşu
Ufuksal koordinat sisteminde bulunduğumuz konum (enlem) ve zaman önemlidir. Çünkü
cismin konumu gün içinde yani Dünya döndükçe değişir. Farklı enlemdeki gözlemci
gökcismini, ufkun üzerinde farklı yükseklikte görecektir [2.2 ve 2.3].
Koordinat Sistemleri Arasında Dönüşüm:
Bilimsel internet kaynakları gökcisimlerinin koordinatlarını ekvatoral koordinat sistemine göre
vermektedir. Koordinatlar küresel üçgen yardımıyla ufuksal koordinat sistemine
dönüştürülebilmektedir. Küresel üçgende küresel açının değeri, karşısında bulunan büyük
yay ölçüsüdür.
Şekil 4: İki koordinat sistemi arasındaki dönüşümü veren küresel üçgen [2.1]
9
Ufuksal ve ekvatoral koordinat sistemi tek bir küreye yerleştirilmiştir. Herhangi bir enlemdeki
() gözlemcinin yatay düzleminde ufuk bulunduğundan sistem buna göre yerleştirilmiştir.
Kuzey yarımküredeki gözlemcinin kutup yıldızı kuzey yönündedir. Kutup yıldızının ufuktan
yüksekliği gözlemcinin enlemini gösterir.
İki koordinat sistemi arasında oluşan küresel
üçgenin üç kenar uzunluğu belirlenmiştir:
PZ = 90° - 
zenit açısı = 360° - A
ZX = 90° - a
saat açısı= H
PX = 90° - δ
Küresel üçgende Kosinüs Teoremine göre:


Açılar esas ölçülerine dönüştürülürse:


Ortaya çıkan denkleme göre saat açısı (H), dik açıklık (δ) ve enlem (φ) bilindiği sürece
ufuksal koordinatlardaki yükseklik (a) ölçüsüne ulaşılabilmektedir.
Küresel üçgende Sinüs Teoremine göre:
Yine açılar esas ölçülerine dönüştürülürse:
Azimut değerin yalnız bırakılırsa:
Ortaya çıkan denklem sayesinde saat açısı (H), dik açıklık (δ) ve yükseklik (a) bilindiği
sürece ufuksal koordinatlardaki azimut (A) ölçüsüne ulaşılabilmektedir [2.1].
Eğer edinilen bilgilerde saat açısı değeri yoksa yerel yıldız zamanından sağ açıklık değeri
çıkarılarak elde edilebilir. Yerel yıldız zamanı değerine de gözlem yapılacak zaman için
internet üzerinden ulaşılabilmektedir.
10
Bu formüller excel programına yazılarak istenilen anda ve istenilen bölgede ufuksal
koordinatlara ulaşılmıştır (Tablo 1) [2.2].
Tablo 1: Koordinatlar arası dönüşümün yapılabilmesi için oluşturulan excel tablosu
Uygulama Aşaması:
14 Ocak 2014 günü akşamı Astronomi Kulübü öğrencileriyle birlikte gökyüzü gözlemi
yapılmış ve gözlem sırasında gökcismi bulucu aleti kullanılmıştır. Gözleme başlamadan önce
gözlemi yapılacak gök cisimleri seçilmiş ve koordinatları edinilmiştir. Saat 18.00’den itibaren
gözlem yapılması planlanmıştır. Gözlem bölgesinin enlemi Google Earth programından
yararlanılarak elde edilmiştir (Resim 13 ) [3.3]:
Enlem (): 41,0167°
Resim13: Google Earth programı sayesinde edinilen enlem ve boyla değerleri [3.3]
11
Tablo 2: Heavens-Above adlı bilimsel gözlem sitesinden alınmış, iridyum uyduları gözlem koordinatları [3.1]
Gözleme İridyum uydu gözlemi ile başlanmıştır. İridyum uyduları yörüngelerinde hareket
ederken güneş panellerini gözlemci doğru yansıtmadığı sürece diğer yıldızlardan ayırt
edilemezler. Gözlem için tasarlanan Heavens-above adlı bilimsel site, gözlem bölgesinin
enlem ve boylam değerleri verildiği takdirde ufuksal koordinat sistemine göre uyduların
koordinatlarını vermektedir [3.1]. Tablo 2’de gözlem günü ve yerel saati, parlaklık, yükseklik,
azimut, uydu adı, gözlemciden uzaklığı, parlama anındaki parlaklık değeri, Güneş’ten olan
açısal uzaklığı görülmektedir. Parlaklık İridyum parlamasının 2-3 dakika öncesinde,
tasarlanan lazerli gökcismi bulucuda, azimut ve yükseklik değerleri ayarlanmıştır. Lazer
ışığının gösterdiği nokta, parlamanın görüleceği noktadır. Gözlem için odaklanılan bölgede
daha parlama başlamadan İridyum uydusunu konumu fark edilmiştir. Gözlem, tahmin
edilenden çok daha kolaylaşmıştır ve tüm kulüp öğrencilerinin İridyum parlamasını
gözlemlemesi mümkün olmuştur (Resim 15-16).
Gözlem aktivitesinin devamında gezegenlerin yerinin bulunması çalışması yapılmıştır.
Stellarium adlı Astronomi programı sayesinde gece gözlenebilecek tek gezegenin Jüpiter
olduğu fark edilmiştir [3.2]. Şehir ışıkları nedeniyle takımyıldızlar tam olarak
seçilememektedir. Bu da Jüpiter’in bulunmasını zorlaştırmıştır. Programdan Jüpiter’in
koordinatları alınmıştır (Resim 14):
12
Resim 14: Stellarium programından Jüpiter’in koordinatlarının alınması [3.2]
Resim 15-16: Astronomi Kulübü öğrencilerinin Lazerli Gökcismi Bulucu ile yaptığı gözlem çalışması
13
Sonuç:
Büyük bir şehirde yaşamanın getirdiği bir zorluk olan hava kirliliği ve astronomik çalışmalara
engel olacak derecedeki ışık kirliliği nedeniyle gök cisimlerini çıplak gözle bulmak
zorlaşmıştır. Bu nedenle amatör astronomların ufuksal koordinatlarını bildikleri gökcisimlerini
bulmaya yarayacak ve internete ihtiyaç duymayacak, ileri bir teknolojiye sahip de olmadığı
için ise çok pahalı olmayacak bir alete ihtiyaç duydukları fikriyle geliştirdiğimiz bu projede
okulumuzdaki astronomi kulübü ile yaptığımız uygulamada amacımıza ulaştığımızı gördük.
Lazerli gözlem aracı öğrencilerin dikkatini çekmiş ve gözlem yapmaktan zevk almışlardır.
Öğrencilerin astronomiye olan ilgilerinin arttığı gözlemlenmiştir.
Tartışma:
Lazerli gözlem aracını planlarken oluşturulan taslak çalışma, nasıl malzemeler
kullanılması gerektiği konusunda hızlı düşünmeyi sağlamıştır. Lazerin yönlendirmesi
önemliydi ve ilk kurulan düzenek yetersiz kaldı. Zaman kaybetmeden başka bir malzemeyle
yeniden düzenek hazırlanmıştır. Pusula, su terazisi ve ölçümde ince tel kullanılması
milimetrik doğrulukta ölçüm yapılmasını sağlamaktadır. Pusula ve su terazisinin, ağaç
düzeneğin içine gömülmesi bir yere takılıp kopmasını engellemiş ve dayanıklı bir sistem
yapılmasını sağlamıştır. Lazerin hareketini de engellememiştir. Parçaların oyularak içe
yerleştirilmesi, ağacın kalın kullanılmasını gerektirmiştir. Bu da düzeneğin ağır olmasına
neden olmuştur. Taşımayı kolaylaştırmak için kenara tutacak monte edilmiştir. Daha kısa
boylu lazer aletlerin üretilmesiyle düzlemin çapı da küçültülebilir. Böylece daha hafif bir alet
tasarlanabilir. Çapın büyük olmasının iyi yönü ise dereceli çemberin cetvelin daha büyük
olabilmesi ve bu sayede daha hassas bir ölçüm yapılabilmesidir.
Ayrılacak bir bütçe ile bulucunun tasarımı geliştirilebilir. Elektronik devre ve motor sistemiyle
otomasyonu sağlanır, uzaktan kumanda da kullanarak çok daha hassas ve hızlı gözlem
yapmak mümkün olabilir. Kablosuz internet bağlantısı algılayıcıları sayesinde internette
koordinat araştırması yapmadan sadece cismin adını vererek de gözlem yapılabilir. Lazerli
gökcismi bulucu bu haliyle düşük bütçeli tüm gözlemcilere hitap etmektedir ve yapımı,
astronomi kulüplerinde atölye çalışması şeklinde uygulanabilir. Kullanılan malzeme geri
dönüşümlü ve çoğunlukla atık maddelerden tercih edilmiştir. Plastik kullanılmamıştır.
Kullandığımız lazer 200 mW’lık çıkış gücüne sahiptir. Daha güçlü bir lazer kullanılırsa
lazerin gösterdiği doğrultu daha da belirginleşir. Gücün artması yine ürünün bütçesinin
arttıracaktır. Güçlü lazer kullanımı sağlık yönünden de tehlikelidir ve gözlem sırasında uçağa
gelmemesine dikkat etmek gerekir.
14
TEŞEKKÜR:
Projenin yapım aşamalarında gözlemevini kullanmamızı sağlayan Eyüboğlu Eğitim
Kurumlarına, Eyüboğlu atölyesi sorumlusu Burhan Sağlam’a teşekkür ederiz.
Kaynakça:
15
1. Gözlem Gereçleri Satış Siteleri, Gözlemevleri, Astronomi Kulüpleri:
1.1.
Optronik: http://www.optronikastro.com/
1.2.
Meade: http://www.meade.com/
1.3.
Bresser: http://www.bresser.de
1.4.
Celestron: http://www.celestron.com/
1.5.
İstanbul Üniversitesi Gözlemevi Araştırma ve Uygulama
http://www.istanbul.edu.tr/merkezler/gozlemevi/
1.6.
Ege
Üniversitesi
Gözlemevi
Uygulama
ve
Araştırma
http://astronomi.ege.edu.tr/TR/index.php/en/
1.7.
Tübitak Ulusal Gözlemevi: http://tug.tubitak.gov.tr/
1.8.
Gökbilim Forum: http://gokbilim.com/
1.9.
ODTÜ Amatör Astronomi Topluluğu: www.gokyuzu.org
Merkezi:
Merkezi:
2. Koordinatlar ve dönüşümleri:
2.1.
http://star-www.st-and.ac.uk/~fv/webnotes/chapter7.htm
2.2.
http://wise-obs.tau.ac.il/~eran/Wise/Util/Horizontal_Coordinates.html
2.3.
http://www.istanbul.edu.tr/fen/astronomy/aak/wpcontent/uploads/ASTRONOMI_I_03.pdf
2.4.
http://www.observatorio.unal.edu.co/maestria/documentos/coordenadas.pdf
2.5.
http://astronomy.sci.ege.edu.tr/DersNotlari/kuresel_astronomi.pdf
3. Gözlenecek gökcisimleri için gerekli bilgiler:
3.1.
Yapay
uydu
gözlem
sitesi
https://heavensabove.com/?lat=0&lng=0&loc=Unspecified&alt=0&tz=UCT
3.2.
Stellarium Programı: http://www.stellarium.org
3.3.
Google Earth: http://www.google.com/earth/
16