Kategoriler
Bilim & İnsan

Gaz gezegenleri: Yüzeyi olmayan dev gezegenler

Gaz gezegenleri helyum ve hidrojen gibi hafif gazlardan oluşan ve yüzeyleri olmayan gezegenlerdir. Bu durum bazı farklar yaratır. Örneğin, Jüpiter'in atmosferi -145 derece sıcaklıktayken gezegenin merkezi 24.000 derece sıcaklıkla Güneş'in yüzeyinden sıcaktır. Tıpkı Jüpiter ve Satürn gibi gaz gezegenlerinin gerçek bir katı yüzeyi yok. Yani bir uzay aracı içlerinden geçip gidebilir. Ancak minik kayalık çekirdeğe yaklaştıkça artan aşırı basınçla ezileceği olasıdır. Gaz gezegenleri çekirdeğin etrafında dönen gazlardan oluşuyor. Güneş sisteminin ötesinde Jüpiter'den çok daha büyük öte gezegenler var. Bir yıldızın etrafını daha önce hiç görmediğimiz kadar yakın mesafede dönüyorlar. Yalnızca son yıllarda 4.000'den fazla öte gezegen keşfedildi ve gaz gezegenlere dair bilgimizi geliştirdi.

Gaz devleri

Asteroit kuşağının ötesinde yalnız gaz gezegenleri yer alıyor.
Asteroit kuşağının ötesinde yalnız gaz gezegenleri yer alıyor.

Dünya karasal bir gezegen. Karasal gezegenler Güneş sisteminin en küçük ve en içteki dört gezegenidir. Hem küçükler hem kayalıklar. Ancak asteroit kuşağından öteye geçtiğinizde Güneş'in yörüngesinde dönen dört gaz devi gezegene rastlarsınız. Bu gaz gezegenlerindeki güçlü kimyasal tepkimeler sıra dışı hava durumu ve atmosfer olayları yaratıyor. Birçoğunun büyük bir halkası ve her biri tek başına gezegen olan çok sayıda uydusu var.

Jüpiter, Güneş sistemindeki en büyük ve en eski gaz gezegeni, Satürn büyük bir halkaya sahip, Uranüs soğuk ve eşsiz ve Neptün ise en uzakta olanı. Gaz gezegenlerinin kayalık veya erimiş çekirdekleri vardır ve çekirdeğin etrafı kalın hidrojen ve helyum gazıyla çevrilidir. Bu büyük gök cisimleri yıldızlarda bulunan aynı elementlere sahip olduğundan başarısız yıldız da denebilir.

Gaz gezegeni aslında saf gazdan oluşmuyor; dış atmosferin altında basınç o denli yüksek ki çoğu madde kritik nokta denilen sıvı ve gaz arasında bir yerdedir. Dünya'dan en az iki-üç kat büyükler ve çoğu gaz gezegeni onlarca kat büyük. Ancak bir büyüme sınırları var. Fazla büyürlerse yerçekimi artar ve gazlarını kendine çekmeye başlayarak daha hafif soğuk gaz gezegenlerinden bile küçük hale gelirler.

"Gaz devi" terimi 1952'de bilim kurgu yazarı James Blish tarafından türetildi.

Nasıl oluşuyorlar?

gaz devi gezegen oluşumu
İpucu nerede ve ne zaman oluştukları ile ilgili.

Eğer gaz devi gezegenlerin çekirdeği Dünya gibi karasal gezegenlerle aynı maddelereden oluşuyorsa bu gezegenler nasıl bu denli büyük ve farklılar? Gaz gezegenleri başta karasal gezegenlerdir. Ancak buz çizgisi denilen etrafta bolca materyalin olduğu uzaydaki uzak noktalarda oluşuyorlar. Buz çizgisi güneş sisteminde su ve amonyak, metan ya da karbondioksit gibi uçucu alt maddelerin aşırı soğukla buz tanceğine dönüştüğü yerdir. Bu ekstra madde kaynağı gezegenleri büyütüyor. Çekirdek çok fazla katı maddeyle birleşerek o denli büyüyor ki kütle çekimiyle hidrojen ve helyumu kendine çekiyor.

İLGİLİ:  Geometrinin tarihi: Ünlü bilimcilerin geometri keşifleri

Özellikle hidrojen ve helyum bulutlarının bol olduğu genç güneş sistemilerindeki gaz birikimi gezegende çok yüksek ağırlık ve basınç oluşturur ve gezegenin kayalık yüzeyi sıvı gaza dönüşmeye başlar. Jüpiter ve Satürn gibi gaz devi gezegeler çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşuyor ve yalnızca %10 oranında ağır element içeriyorlar. Bu elementler muazzam basınçtaki çekirdekte henüz anlayamadığımız bir formda bulunuyorlar.

Uranüs ve Neptün boyut ve bileşim olarak daha farklıdır. Onlara buz devi diyoruz. Bu buz gezegenleri Güneş'e uzaklık nedeniyle buz formunda olan metan, karbondioksit ve amonyak gibi daha ağır uçucu maddelerden oluşuyor. Kütlelerinin çoğu suyla dolu metan ve amonyak zengini mantonun altındadır. Hatta onlara mavi rengi veren bu metan oluyor. Tipik gaz devlerinden küçükler ancak devasa kütlelerinin getirdiği basınç sonucu elmas buzulu ve elmas yağmuruna sahipler.

Jüpiter

Jüpiter ve Büyük Kırmızı Lekesi.
Jüpiter ve Büyük Kırmızı Lekesi.

Güneş'in ilk oluşmaya başladığı zamanlarda olduğu gibi genç yıldız sistemlerinde hidrojen ve helyum gazı boldur ve gaz devi gezegenler bu zamanda oluşuyor. Jüpiter 4,5 milyar yıl önce böyle oluştu. Tüm gaz gezegenleri kütle çekimi nedeniyle bolca uyduya sahip ve her biri kendi başına gezegen olacak kadar büyük. Ancak Jüpiter oluşan ilk gezegen olmasıyla devasadır. Yolundaki kayalık malzemeleri toplayarak büyük ve kütleli hale geldi ve Mars, Venüs ve Dünya gibi karasal gezegenlere fazla malzeme bırakmadı. Jüpiter'in çekirdeği hidrojen ve helyumla çevrili yoğun sıvı yapıdadır.

Jüpiter'in üst atmosferi gaz halinde ve altındaysa sıvı hidrojen bulunuyor. Daha aşağı inildikçe sıvı hidrojen basınçla metalik hidrojene dönüşür. Metalik hidrojen iletkendir ve çekirdeğe kadar inerek Jüpiter'e büyük manyetik alan verir. Gezegenin 500 kilometrelik üst atmosferi Güneş sisteminin en güçlü aurora'sına sahip ancak Jüpiter'in en ikonik özelliği Büyük Kırmızı Nokta'sı. Bu fırtına bulutu 300 yıldır devam ediyor ve genişliği Dünya'dan 3 kat büyüktür. Rüzgarı ise saatte 600 km hıza ulaşır. Jüpiter'in atmosferi -145 derece sıcaklıktayken gezegenin merkezi 24.000 derece sıcaklıkla Güneş'in yüzeyinden daha sıcak.

Satürn

Satürn ve ufukta halkaları ile Cassini uzay aracının son anları.
Satürn, ufukta halkaları ve Cassini uzay aracının son anları.

Satürn Jüpiter'den sonra oluşmuş ikinci gezegen. Jüpiter'in aksine demir ve nikelden çekirdeği kayalık malzemeyle sarılıdır ve onun da üstünde sıvı hidrojen var. Güneş sistemindeki en büyük ikinci gezegen ve dış atmosferindeki amonyak kristali ona zengin sarı rengini veriyor. Aynı zamanda en az yoğun gezegen ve sudan daha az yoğun tek gezegen. Jüpiter dışarıdan renkli ve desenli görünürken Satürn homojendir. Jüpiter gibi Satürn de Güneş'ten uzakta buz çizgisinin ötesinde oluştu. Topladığı kaya ve buz maddeleriyle Dünya'dan 20 kat büyük bir gezegene dönüştü ve hidrojen ve helyumu kendine çekmeye başladı. Trilyonlarca ton gazın kayalık gezegeni kaplamasıyla basınç Dünya'dakinin 10 milyon katına çıktı ve yüzeyi dönüştürdü.

İLGİLİ:  Soğuk olması gereken Jüpiter neden sıcak?

Satürn bugün başta helyum ve hidrojenden oluşuyor ve sıvı elmas ile helyum yağmuru gibi olaylara sahne oluyor. Gezegenin kuzey kutbundaki fırtına ilginç bir altıgen oluşturur. Satürn'ün en çarpıcı özelliği parlak halkası. Gaz devlerinin hepsinin halkası var ancak hepsi Satürn kadar belirgin değil. Halka sistemi yaklaşık 300.000 kilometre genişliğinde ve her bir parçasının kalınlığı yalnızca 9 metredir.

Satürn 4,5 milyar yaşında olmasına rağmen halkası yalnız 100 milyon yaşında. Muhtemelen 100 milyon yıl önce Satürn'ün bir buzlu uydusu kendisine çarptı ve buz parçaları bu buzlu halkaya dönüştü. Satürn'ün Enceladus uydusundaki kriyovolkanlardan gelen buzlu parçalar Satürn'ün yörüngesine girer ve halkayı daha parlak hale getirir. Böyle bir halka ancak soğuk dış güneş sisteminde oluşan gezegenlerde olabilir. Satürn'ün halkasını Dünya'dan görmek mümkün.

Uranüs

uranüs
Ekseni yana yatık tek gezegendir.

Satürn'den sonra sıradaki gaz gezegeni ortaya çıkıyor. Uranüs bir başka buz gezegeni. Gaz devi gezegenler kadar büyük değil. Yine de çapı Dünya'nın 4 katı. Yani içine 60 Dünya sığabilir. Çekirdeği magnezyum silikadan oluşur ve gezegenin geri kalanı %80 su, amonyak ve metandır. En dıştaki metan Uranüs'e mavi rengini veriyor. Satürn ve Jüpiter'in aksine Uranüs'ün yüzeyi düz görünür. Atmosferi yoğundur ve içini göstermez. Dolayısıyla neredeyse Güneş ışığı almaz. Uranüs -224 derece sıcaklıkla Güneş sistemindeki en soğuk gezegen.

Uranüs, Güneş'i Dünya'dan 20 kat geniş açıyla dönüyor. Dahası bunu yan yatmış halde yapar. Güneş'i ve Güneş sistemini oluşturan toz bulutunun hareket yönü nedeniyle tüm gezegenler aynı düzlemde aynı yöne dönerken Uranüs ve onun uyduları bunu yana yatık halde yapıyor. Tahminler Uranüs'ün ve uydularının büyük bir nesneyle çarpıştığı yönünde. Ancak Uranüs'ün soluk halkası gezegene göre dik konumda. Nedeni gezegenin 27 uydusu. Özellikle Uranüs'ün her iki yanında dönen çoban uydular Cordelia ve Ofhelia halkayı dengeliyor.

Neptün

Buz devi Neptün.
Buz devi Neptün. (Görsel: All About Space/Tobias Roetsch)

Neptün gaz gezegenler arasında en uzak olanı. Neptün'ün boyutu Uranüs'e yakındır. Güneş'ten uzaklığına rağmen Neptün hala oldukça dinamik. Tüm Güneş sistemindeki en aşırı uçlu hava olaylarına sahip. İçinde Jüpiter'e benzer nokta görünümünde fırtınalar var. Bu gaz gezegeninde rüzgar hızı 2000 kilometreye çıkar ve bilinen en hızlısıdır. Çünkü rüzgarı yavaşlatacak katı kütle yoktur. Neptün'ün çevresi o denli soğuk ki uydularının üstünde donmuş nitrojen var.

Neptün'ün dış atmosferi hidrojen ve helyumdan ve donmuş metan kristallerinden oluşuyor. Her gaz devi gibi derinlere indikçe basınç artar ve iç sıcaklık binlerce dereceyi bulur. Burada Dünya'dakinden 2000 kat daha derin sıvı okyanus var. Diğer buz gezegeni Uranüs'e göre Neptün dışarıya daha çok ısı yayar. Güneş'ten daha uzak olmasına rağmen iç sıcaklığı daha yüksek ve nedeni bilinmiyor.

İLGİLİ:  Peşte'nin Delisi Ignaz Semmelweis ve Lohusalık humması (Albastı)

Sıcak Jüpiterler

Sıcak Jüpiter.
Sıcak Jüpiter. (Görsel: Dotted Yeti, Shutterstock)

Güneş sistemimiz evrende küçük bir noktadır. Daha ötede çok sayıda gaz gezegeni daha var. Bulunan ilk öte gezegenlere Sıcak Jüpiter denildi. Yapısı Jüpiter'e benzer ancak yıldızının çok yakınından döner ve sıcaklığı binlerce dereceye ulaşır. Bu uzaklık 0,4 AU (1 AU 150.000.000 km) kadar yakındır. Bu büyük gaz gezegenleri yıldızına o denli yakın ki yıldızın üzerinde fiziksel etki uyguluyor. Kütle çekim etkisiyle yıldız ışığını bükerek yayılan ışığın tayfını değiştiriyor. Bu yüzden ışınsal hız ölçüm yöntemiyle tespit edilmeleri mümkündür.

Güneş benzeri bir yıldızın etrafında dönen 51 Pegasi b (Bellerofon) keşfedilen ilk öte gezegendir ve atılım yarattı. 50 ışık yılı uzaklıkta, Jüpiter'den yarı ağırlıkta ancak ondan 2 kat büyük. Yıldızına biraz daha yakın olsaydı atmosferini kaybedebilir (hidrodinamik kaçış) ve Chthonian denilen çekirdeği açıkta ölü bir gaz devine dönüşebilirdi.

Cüce gaz gezegenleri

Cüce gaz gezegeni.
Cüce gaz gezegeni. (Sanatçı: Pablo Carlos Budassi, CC BY-SA 4.0)

Gaz devleri buz çizgisinin ötesinde daha bollar ve "mini Neptün" denilen gaz cüceleri buna iyi bir örnek. Cüce gaz gezegenlerinin yapısı Jüpiter'den çok Neptün'e benzer. Kayalık çekirdeği hidrojen ve helyumla kaplıdır ve çapı Neptün'den küçük olsa da Dünya'nın 1,5-3 katıdır. Sıvı su ve amonyak okyanusuna sahipler ve sıkça hidrodinamik kaçışa uğradıklarından bulunmaları nadirdir. Kepler-138d keşfedilen en büyük cüce gaz gezegeni ve Dünya'nın 60 katı büyüklüğünde ancak benzer kütlede. Yani içeriği bolca sudan veya gazdan oluşuyor. Neptün'e benzeyen ancak ondan büyük olan Süper Neptün adında Dünya'nın 5-7 katı çapında çok nadir gezegenler de var.

V1400 Centauri

V1400 Centauri.
V1400 Centauri.

V1400 Centauri'nin halkası Jupiter'in halkasından 200 kat geniştir. 30 halkası toplam 120 milyon km genişliğe ulaşır. Gaz devi V1400 Centauri, Satürn'ün yerini alsaydı halkası gökyüzünde Ay'dan büyük görünürdü. O denli büyük ki etrafındaki tüm yıldızların ışığını kesiyor.

Kahverengi cüceler

kahverengi cüce
T tipi kahverengi cüce. (NASA)

J1407b bir Süper Satürn'dür. Süper Jüpiter veya Dev Jüpiter de denir ve evrenin en büyük gaz gezegenleridir. Jüpiter'den iki kat büyük ve birkaç kat ağır olabilirler. Jüpiter'den 13 kat ağır olan kahverengi cüceler bir yıldız ile gezegen arasındaki çizgide yer alır. Kahverengi cüceler 13 ila 80 Jüpiter kütlesine sahip ve zaten 80 değeri aşıldığında ortaya en küçük yıldızlar olan kırmızı cüceler çıkıyor. Kahverengi cüceler yıldız gibi hidrojen füzyon yapamaz ancak döteryum füzyonu yapar. Bazıları yıldızlar gibi gaz bulutlarıyla çevrili ve sonuç olarak "başarısız yıldızlar" oldukları düşünülüyor. Gaz gezegenleri şüphesiz galaksinin en ilginç nesneleri arasında.


Referanslar:

  1. https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-55333-7_140
  2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103520304358
  3. https://arxiv.org/abs/1001.4851
  4. https://arxiv.org/abs/1304.5157

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.