1.DENİZCİLİKTE KULLANILAN ASTRONOMİ KAVRAMLARI
1.2. Göksel Koordinat Sistemleri
1.2.1. Ufuksal Koordinat Sistemi: Gözlemcinin Bulunduğu Noktaya Bağlı Sistem Bağlı Sistem
Ufuksal koordinat sistemi, bazı kaynaklarda ‘Arap sistemi’ olarak da anılır. Ortaçağ’da İslam Dünyası’nda ve Avrupa’da kullanılan bu koordinat sisteminde ufuk
dairesi temel düzlem olarak alınmıştır. Bu sistem ile gökcisminin yüksekliği ve
11 azimutu belirlenir.5 Dolayısıyla, bir gözlemci, eğer bir gökcisminin yükseklik ve azimutuyla ilgili bir hesaplama yapacaksa, ufuksal koordinat sistemine başvurur.
Ufuksal koordinat sisteminde ufuk ve göksel meridyen, referans daireleridir. Ufuk kelimesi, Yunancada sınır (orizontes) anlamına gelir. Bu sınır, göğün kara veya denizle birleştiği yerin sınırıdır ve bu sınır çizgisi astronomide görülebilen ufuk olarak adlandırılır. Bunun dışında geoidal ufuk (geoidal horizon),duyusal ufuk, coğrafi ufuk,
astronomik ufuk gibi başka ufuk tanımları da vardır. Bu farklılıklar gözlem sırasında, gözlemcinin seçtiği gök cismi ile ilgili yapacağı ölçümlerde dikkate alınmalıdır.
Ufuksal koordinat sistemi günlük hayatta sık başvurulan bir sistemdir. Ancak ufuksal koordinat sistemi, gözlemcinin bulunduğu yere ve zamana bağlı olarak değişir. Ayrıca gökküresi, Arz’a bağlı olarak ekseni etrafında döndüğünden ufuksal koordinatlar zamanla değişir. Bu koordinat sisteminde esas alınan düzlem, ufuk düzlemi olup, sistemin kutupları zenit (başucu noktası) ve nadir (ayakucu noktası) dir. Gözlemcinin bulunduğu yere bağlı bir sistem olmasından dolayı zenit, gökküresine değil gözlemciye bağlıdır. Bu nedenle zenit, gözlemcinin yer değiştirmesine bağlı olarak değişir.6
Kuzey gök kutbundan ve gözlemcinin zenitinden geçen büyük daire gözlemcinin meridyenini oluşturur. Bu büyük daire ufku güneyde güney noktasında (G), kuzeyde kuzey noktasındadır (K). Göksel meridyen, zenitten farklı olarak, Arz üzerinde aynı boylamda gözlem yapan farklı gözlemciler için aynıdır.7 Gözlem yerinden kuzey-güney doğrultusuna dik olarak çizilen doğru, doğu-batı doğrultusunu meydana getirir. Doğu ve batı noktaları, Kuzey ve Güneyden 90° uzaklıkta bulunur. Bu dört nokta, kardinal noktalar olarak bilinir. Kuzeye doğru bakılınca, sağda doğu, solda batı ve arkada güney bulunur.
Zenitten ufka dikey olarak çizilen ve dolayısıyla nadirden de geçen düşey daireler büyük daireler olup, gözlem yapılan gökcisminin ufka olan yüksekliği bu daire
5 F. Jamil Ragep, “Arabic/Islamic Astronomy,” History of Astronomy: An Encyclopedia, Ed. by. John Lankford, Garland, New York, 1997, pp.17-21.
6 Gökmen, a.g.e., s.23.
7 S. Karaali, Genel Astronomi I, İstanbul, İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Yay. No. 3377,1999, s.6; Russell, Dugan, Stewart, a.g.e., s.11; Gökmen, a.g.e., s.20.
12 yayından ölçülür. Bahsi geçen yükseklik, gökcisminin ufukla yaptığı açısal uzaklıktır. Ayrıca gök cisminin zenit ve nadirden geçen daire yayı üzerinde olması sebebiyle yüksekliği ölçülen cismin zenitten uzaklığı da bulunabilir. Buna göre zenit ile ufuk arasındaki açısal mesafe 90° ve gök cisminin ufuktan yüksekliği h ise gökcisminin zenitten uzaklığı 90°− h olur.
Gökküresinin ufkuna paralel çizilen küçük daireler ise yükseklik paralelleridir. Belli bir anda bir küçük dairenin üzerinde bulunan tüm gök cisimlerinin yüksekliği ve dolayısıyla zenit uzaklığı aynı olur. Bu dairenin merkezine coğrafi pozisyon (GP) ve bu daireye eşit yükseklik dairesi denir. Eğer bir yıldızın yüksekliği veya zenit uzaklığı
verilmiş olursa, yıldızın üzerinde bulunacağı yükseklik paraleli tamamen verilmiş olur.8
Azimut açısı, kuzeyden itibaren doğuya doğru ufuk üzerinde, zenitten ve cisimden geçen büyük dairenin ufku kestiği noktaya kadar ölçülen açıdır. Buna göre doğu noktasının azimutu 90°, güney noktasının 180° ve batı noktasının 270° dir. Denizciler çoğu zaman azimutu güney noktasından batıya doğru ölçerler. Bu durumda da batı noktasının azimutu 90°, kuzey noktasının azimutu 180° olur.9
Şekil 2 - Ufuksal Koordinat sistemi: Yükseklik (h), azimut (a), zenit (z).
(Çizim: Gaye Danışan Polat)
8 Smart, a.g.e., s. 26
13
1.2.2. Ekvatoral Koordinat Sistemi: Arz’ın Kendi Ekseni Etrafındaki
Dönüşüne Bağlı Sistem
Gökkürenin kutupları, Arz’ın dönme ekseninin sonsuza uzantısının gökküreyi deldiği noktalar olarak tarif edilir. Gök ekvatoru ise, gökkürenin kutuplarına dik çizilmiş büyük dairedir. Bu büyük daire, Arz’ın ekvator düzleminin gökküresi ile arakesitidir. Sabit düzlemi, gökkürenin ekvator düzlemi olarak kabul edersek, bu düzlem içindeki sabit doğru iki şekilde seçilebilir. Bu nedenle iki tane ekvotaral koordinat sistemi tanımı vardır.10 Bunlar, Yersel Ekvatoral Koordinat Sistemi ve Göksel Ekvatoral Koordinat Sistemi.
Bir gökcisminin yersel ekvatoral koordinatları, deklinasyon ve saat açısıdır. Deklinasyon (δ), Arz üzerinde bir yerin enlemine tekabül eder. Buna göre bir gök cisminin deklinasyonu, gök ekvatorundan itibaren ölçülür. Tanım olarak deklinasyon, gökküresi üzerinde herhangi bir gökcisminin, gök ekvatoruna olan açısal dik uzaklığıdır. Yani gökcisminin gök ekvatorundan itibaren kuzey veya güney açısal mesafesidir. Deklinasyon cebrik bir miktar gibi göz önüne alındığında, elde edilecek formüller hem kuzeysel hem de güneysel deklinasyonlar için geçerli olur. Kuzeysel deklinasyonlar (+), güneysel deklinasyonlar (-) dir. Bu bakımdan, kuzey kutup uzaklığına ait formül (kuzey kutup uzaklığı = 90° − δ), deklinasyon ne olursa olsun, bütün yıldızlara uygulanabilir.11
Deklinasyon, derece ve yay dakikası olarak ifade edilir. Eğer gökcismi, gök ekvatoru üzerinde ise, cismin deklinasyonu sıfırdır. Deklinasyon aralığı şu şekildedir: − 90̊ ≤ δ ≤ +90̊ .Cismin günlük görünen hareketinin oluşturduğu küçük daireler ekvatora paralel olup deklinasyon paralelleri adını alır. Bu paraleller, Arz üzerindeki enlem paralellerine benzer. Bir yıldızın deklinasyon paraleli gün dairesi ile aynıdır. 12
Tek bir gök ekvatoru olduğundan, Tek bir gök ekvatoru olduğundan, yıldızların dekliansyonları uzun zaman aralıkları alınmadığı sürece zaman balı değildir. Ancak
10 Karaali, a.g.e., s. 3.
11 Russell, Dugan, Stewart, a.g.e., s.15; Smart, a.g.e., s.28.
14 Güneş sistemine ait bir cismin, gökküredeki yeri değişkendir. İşte bu sebepten dolayı gezegen, küçük gezegen, uydu, kuyruklu yıldız v.b. cisimlerin deklinasyonları her gün değişmektedir. 13
Saat açısı, kutuptan ve gökcisminden geçen saat dairesi ile gözlemcinin
meridyeni arasındaki açıdır. Meridyenden itibaren ekvatora üzerinde batıya doğru ölçülür.
Bir gökcisminin saat açısı, hem gözlem yerine hem de zamana bağlıdır. Diğer bir ifadeyle her bir gökcisminin kendisine ait bir saat dairesi vardır. Eğer herhangi bir anda gözlemcinin zenitinden geçen özel bir saat dairesinden söz ediyorsak, bu saat dairesinin gök meridyeni ile çakışık olduğunu bilmeliyiz. Bu durumda eğer gökcismi, gözlemcinin meridyeni üzerinde ise yani gökcisminin meridyeni transitteyken (geçiyorken) saat açısı 0h dir. Bundan sonra gökcisminin meridyeni sürekli olarak batıya doğru hareket eder. Bu hareket tamamlandığında, gök cismi 360° lik hareket yapar. Buna göre günlük hareketin ters yönündeki bu hareket, 0h ≤ H ≤ 24h aralığında gerçekleşmiş olur. Diğer taraftan gökkürenin dönme periyodu 24h olduğuna göre, bir yıldız bir saatte 15°lik bir yay çizer. Bu sebeple 15°lik açıya yeni bir birim olarak ‘1 saat’ denir. Buna göre gök ekvatoru üzerinde ölçülen bir gökcisminin saat açısı saat cinsinden, 0 h ≤ H≤ 24h aralığındadır. Eğer yıldız, gözlemcinin bulunduğu meridyeninin batısında ise yani azimut batıya doğru ise, saat açısı 0° ile 180° yani 0h ile 12harasındadır. Eğer yıldız meridyenin doğusunda ise (azimut doğuya doğru) saat açısı 12h ile 24h arasındadır.14 Genellikle kolaylık olması amacıyla saat açısı, saat cinsinden gösterilirken, hesaplama esnasında dereceye geçilir.15
Göksel ekvatoral koordinat sistemi, gözlem yerine bağlı olmayan ekvatoral koordinat sistemidir. Deklinasyon, göksel ekvatoral sisteminde de koordinatlardan biridir. Diğeri ise rektasansyondur.
Rektasansyon (α), bir gökcisminin saat dairesi ile sabit bir başlangıç noktasından geçen saat dairesi arasındaki açıdır. Bu sabit başlangıç noktası bir referans nokta olup,
13 A.e., s. 14.
14 Gökmen , a.g.e., s.25; Smart, a.g.e., s.29-30, Russell, Dugan, Stewart, a.g.e., s.15.
15 ilkbahar noktasıdır.16 Rektasansyon, ilkbahar noktasından itibaren doğuya doğru ölçülür. Derece ya da zaman birimi cinsinden ifade edilir (0°-360° veya 0h-24h). İlkbahar noktasının bir derece batısında bulunan yıldızın rektasansyonu 359° veya 23h56m dir.17
Yıldız gibi güneş sisteminin dışında bulunan bir gökcismi söz konusu ise, deklinasyon zamana bağlı olmadığı gibi, rektasansyon da zamana bağlı değildir. Bu bakımdan günlük harekette, bir yıldızın deklinasyonu ve rektasansyonu değişmez. Diğer taraftan Güneş Sisteminde bulunan bir gökcismi için rektasansyon zamanla değişir. Ancak gökcisimlerinin gökküresindeki bu hareket değişiminin sebebi, gökküresinin dönmesinden ileri gelmez. Bu hareket değişimi, cisimlerin Güneş etrafındaki gerçek hareketlerinden ileri gelir.18
Şekil 3- ϕ enleminde bulunan bir O gözlemcisi için çizilmiş gök küresi: Zenit (Z); kuzey kutbu (P); gök ekvatoru (RWT büyük dairesi), X yıldızının zenit uzaklığı (ZX büyük daire yayı veya z); X yıldızının ufuktan yüksekliği ( XC); X yıldızına ait deklinasyon paraleli (LXM küçük dairesi); yıldızdan ve gök küresi kutuplarından geçen yarım büyük daire (PXDQ); yıldızın deklinasyonu (DX yayı); gözlemcinin meridyeni (PZSQ); saat açısı (H veya ZPX).
Kaynak: W.M. Smart, Küresel Astronomi, İstanbul, İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi, 1957, s. 29.
16 İlkbahar noktası, 21 Mart civarında Güneş’in ekvatorun güneyinden kuzeyine çıktığı noktadır. γ sembolü ile gösterilir. Aries’in ilk noktası da denir. γ noktasının koordinatları: δ=0; α=0°dır.
17 Russell, Dugan, Stewart, a.g.e., s.16-17.
16
Şekil 4 - Bir yıldızın (X) gök küresi üzerinde rektasansyon (γD yayı; α) ve deklinasyon (XD yayı, δ) gösterimi.
Kaynak: W.M. Smart, Küresel Astronomi, İstanbul, İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi, 1957, s. 37.