Biri Bizi Gözetliyor (mu?)

Modern bilimin daha gelişmediği çağlarda yaşadığınızı düşünün. Dışarı çıkıp da merkezdeki Güneş’in etrafında renkli parlak çizgilerin oluşturduğu böyle bir manzara ile karşılaşsanız ne düşünürdünüz? “Gökyüzünden bana bakan bu devasa göz tanrının göz olmalı.” diye düşünenlerin sayısı pek de az olmasa gerek. Bugün ise bilimin ışığı sayesinde gökyüzündeki böyle garip, karmaşık parlak çizgilerin ne olduğunu, nasıl oluştuğunu çok net şekilde söyleyebiliyoruz.

Yağmurlu günlerde eğer bulutlar aralanıp da Güneş yüzünü gösterirse Güneş’in tam tersi yönde gök kuşağı oluştuğunu, bunun havadaki küresel su damlaları içinde kırılıp yansıyan ve bu arada da frekanslarına (renklerine) ayrılan güneş ışığı olduğunu sanırım tüm okuyucularımız biliyordur. Ancak yukarıdaki fotoğrafta durum biraz daha değişik, görüntü biraz daha karışık. Yukarıdaki fotoğrafı incelemeden önce alıştığımız gökkuşaklarının nasıl oluştuğunu kısaca hatırlayalım:

Normal gökkuşağında ışınlar Güneş’ten çıktıktan sonra küresel şekle sahip su damlacıklarının dış yüzeyine çarpıp kırılarak damla içerisinde ilerleyor, damlanın arka yüzeylerinden geri yansıyor ve damla dışına çıkarken bir daha kırılıp gözümüze öyle geliyor. Işınlar damlanın arka yüzeyinden geri yansıdığı için gökkuşağı Güneş’in tersi tarafta görünüyor. İdeal şartlar altında (ki bu havadaki su damlalarının boyu ile yakından ilgili) asıl gökkuşağının dışında daha soluk ikincil (hatta bazen üçüncül ve dördüncül) kuşaklar görünebilir, bunlar da ışığın damla içerisinde iki veya daha fazla sayıda yansıdıktan sonra damla dışına çıkarak gözümüze gelmesi ile oluşuyor. Eğer ikincil bir gökkuşağı görürseniz dikkatli bakın, renklerin sırasının ters döndüğünü göreceksiniz; bir kere fazla yansıdığı için ayna görüntüsü oluşuyor.

Gelelim NASA’da çalışan bir fizikci olan Dr. David Hathaway’in 2012 yılında çektiği ve kendisinden aldığımız izin ile yayınladığımız yukarıdaki fotoğrafa. Bu fotoğrafta sokak lambasının hemen arkasında Güneş’i görüyoruz. Parlak yaylar ise Güneş’in karşı tarafında değil de etrafında görünüyor. Güneş’in yakın çevresinde görünen bu tip optik etkilerin iki ana nedeni var:

1. Gökkuşağını oluşturan damlalardan yüzlerce ve hatta binlerce kez küçük olan minik su damlaları.
2. Havada asıl duran buz kristalleri.

Bu fotoğrafta gördüklerimiz buz kristalleri tarafından oluşturulan yaylar. Çok soğuk yerlede küçük buz kristalleri yüksek irtifa haricinde alçaklarda da havada asılı şekilde bulunabiliyor ve ışıldayan görüntüsü yüzünden “elmas tozu” diye de anılıyorlar. Buz kristalleri su molekülünün yapısı gereği altıgen şekilde oluşuyorlar (Daha önceki Kar Tanesi yazımızda detayları bulabilirsiniz). Kar taneleri görece olarak büyük ve şekil olarak da karmaşık olabilirken çok daha küçük olan kristaller basit altıgen prizma şeklinde kalıyorlar. Bu prizmalar -üst ve alt yüzeylerini de hesaba katarsanız- toplam 8 tane düzleme sahipler; ışığın hangi düzlemden girip hangisinden çıktığına, ışığın giriş düzlemine hangi açı ile geldiğine ve kristallerin ne kadarının hangi doğrultuya baktığına bağlı olarak değişik ve karmaşık optik kırınımlar görmek mümkün. Genelde bu etkilerden sadece birkaçı bir arada görünürken çok nadir durumlarda havadaki kristallerin çeşitliliği ve dağılımları uygun olduğunda buradaki gibi çok sayıda etkiyi aynı anda görmek mümkün. Bu yayların ne kadar net göründükleri de kristallerin içerisinde ne kadar az hava kabarcı olduğu ile doğrudan alakalı.

Gelin bu fotoğraftaki etkilere tek tek kısaca bakalım:

1. 22 Derece Yayı

En içteki halka 22 derece açısal büyüklüğe sahip “22 derece yayı” ve havada rastgele doğrultularda duran çubuk şeklindeki buz kristallerinin yan yüzlerinden birisinden girip iki yandaki yüzeyden çıkan ışınlar yüzünden oluşuyor. Buz kristallerinin oluşturduğu en yaygın optik etkilerden birisi bu. Rastgele doğrultularda duran kristallerin nasıl olup da ışığı her yöne saçmaktansa sadece 22 derece civarında ilettiğini şu grafikte görebilirsiniz (Güneş ışınları sağdan gelip sola doğru gidiyor):

Dikkat ederseniz kristalin solundan çıkan ışınlar kristalin hiçbir doğrultusu için 22 derecenin altında kırılmazken bazı durumlarda kırılma 22 derecenin üzerine çıkabiliyor. Bu etkiyi fotoğrafta da görebilirsiniz: yayın içi daha karanlık ve iç çeperi daha keskinken, yayın dışında ise yaydan uzaklaştıkça (ki bu bölgeler 22 drecenin üzerindeki açılara denk geliyor) parlaklık yavaşça azalıyor.

2. Yalancı Güneş

Bu 22 derecelik çemberin hemen dışında sağda ve solda görünen parlak noktalar “yalancı güneş” (ing. Sundog) olarak adlandırılıyor ve çok benzer bir mekanizmanın ürünü. Yalancı güneşlere neden olan kristaller yer çekiminin ve hava sürtünmesinin etisi ile çoğu yere paralel olarak duran yayvan, plaka halindeki buz kristalleri. 22 derece yayına benzer şekilde ışık yine yan yüzeylerinden birisinden girip iki yandakinden çıkıyor, bu yüzden açısal olarak aynı yerdeler ancak hemen hemen tüm kristaller yere paralel olduğu için ışık sağda ve solda iki noktada odaklanmış olarak gözümüze geliyor. Bu etki de oldukça yaygın olarak görünen optik etkilerden birisi.

3. Parhelic Çember

Hem gerçek Güneş’in hem de yandaki yalancı güneşlerin üzerinden geçip yukarı doğru kıvrılan geniş yay ise “parhelic çember” olarak adlandırılıyor ve hem çubuk hem de plaka şeklindeki kristallerin yere dik duran yüzeyleri sayesinde oluyor. Bu çemberin değişik kısımları değişik sayıdaki yansımalar sayesinde oluşuyor. Güneşe yakın kısımlar kristallerin dış yüzünden seken ışık ile oluşurken Güneş’ten uzak kısımları kristalin içinden bir ya da daha fazla kere seken ışınlar tarafından oluşturuluyor.

4. Teğet Yay

Güneşin üst kısmında 22 derecelik çembere teğet geçen ve ortası hafif aşağı inen yay ise “teğet yay” olarak adlandırılıyor. Bu yayı oluşturan kristaller yerçekimi ve hava yüzünden birçoğu yere paralel duran ince uzun, çubuk şeklindeki kristaller.

5. Parry Yayı

Teğet yayın hemen üzerinde yer alan ve teğet yaya dokunan yay, keşfeden kişinin adını taşıyan “Parry yayı“. Bu yay da ana eksenleri yere paralel duran çubuk şeklindeki kristallerin eseri ancak bu sefer ana eksene ek olarak yan yüzlerden ikisi de yere paralel.

6. Superolateral Yay

Parry yayının daha da dışındaki Güneş merkezli, kısmen renkli olan çember ise “superolateral yay” olarak adlandırılıyor. Bu yay teğet yayı oluşturan aynı kristallerin eseri ancak sadece prizmanın yan yüzeyine ek olarak alt veya üst yüzeylerinden geçen ışınların işi. Güneş ufka yakınken oluşuyor.

7. Tepe Çevresi Yayı

Superlateral yayın üst kısmında ona teğet geçen, uçları yukarı kıvrık parlak ve renkli olan yayın İngilizce adı “circumzenithal arc”. Türkçesini bulamadım ama kabaca “tepe çevresi yayı” olarak çevirebiliriz. Gökyüzünün tepe noktası (zenit) etrafına oluşan bu yayın nedeni yalancı güneşlere neden olan aynı plaka kristaller. Ancak bu sefer ışık plakaların üst yüzeyinden giriyor ve yan yüzeylerden birisinden çıkıyor. Bu yaya “başaşağı gökkuşağı” ya da “gökyüzündeki gülücük” diyenler de var.

8. Güneş Yayı

Fotoğrafta gördüğümüz son eğri ise Güneş’ten çıkıp sağ ve sol diyagonele doğru yükselen “Heliac Arc”. Bunun da  Türkçesini bulamadım “Güneş yayı” olarak çevirdim. Bu yayı oluşturan kristaller Parry yayını oluşturan kristaller ile aynı ancak bu defa ışınlar yere paralel olan yüzeylerin yan komşusu yüzeylerden yansıyor.

Buz kristallerinin oluşturduğu ancak bu fotoğrafta göremediğimiz başka optik etkiler de var.  Eğer bu konuya ilgi duyduysanız atmosfer optiğini detaylı şekilde, resim, animasyon ve simulasyonlar ile anlatan Atmospheric Optics sitesini şiddetle tavsiye ederim (İngiliceniz yoksa bile sayfa sayfa gezip resimlere bakmak tek başına epey öğretici olabilir). Ayrıca sayfadan HaloSim isimli ücretsiz bir simulatörü de indirip değişik durumlarda ne tip görüntülerin oluştuğunu siz de deneyebilirsiniz.

Kaynaklar

• http://www.atoptics.co.uk/
• Rainbows, Halos, and Glories,  Robert Greenler (ISBN: 978-0897169264)
• http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_optics
• http://en.wikipedia.org/wiki/22%C2%B0_halo
• http://en.wikipedia.org/wiki/Circumzenithal_arc
• http://en.wikipedia.org/wiki/Parry_arc
• http://en.wikipedia.org/wiki/Sun_dog
• http://en.wikipedia.org/wiki/Supralateral_arc