- Dünya’daki gelgitler genelde Dünya’nın birbirine zıt iki yönünde iki kabarmanın bulunduğu şeklinde açıklanır
- Bu, Ay’ın çekim gücü ve merkezkaç kuvveti ile açıklanan bir olgudur
- Kabarmalardan biri Ay’ın çekim gücüyle, karşı taraftaki ise merkezkaç kuvvetiyle oluşur
- Bu iki kabarma, denizlerdeki gelgit (med-cezir) olayının başlıca nedenidir
- Gerçekte gelgit ve çekilme düzenleri yer şekilleri, deniz derinliği gibi karmaşık etkenlerden de etkilenir
Does Earth have two high-tide bulges on opposite sides?
Sorunun özeti
- Dünya’da deniz seviyesinde iki gelgit kabarmasının oluşup oluşmadığına dair bir sorudur
- Kabarmalardan biri Ay’ın Dünya’yı çektiği yönde, diğeri ise karşı tarafta meydana gelir
- Bu olgunun fiziksel açıklaması istenir
Gelgitin temel ilkesi
- Ay’ın çekim gücü, Dünya üzerindeki deniz suyunun bir kısmını kendine doğru çekerken, karşı taraftaki denizde de aynı anda gelgit yükselmesi oluşur
- Ay’a yakın tarafta deniz suyu, Ay’ın kütleçekimi nedeniyle kabarma (gelgit yükselmesi) şeklinde çekilir
- Karşı tarafta ise Dünya ile Ay’ın oluşturduğu ortak kütle merkezi etrafındaki merkezkaç kuvveti etkili olur ve ikinci bir gelgit kabarması oluşur
Matematiksel ve fiziksel açıklama
- Bu olgu, kütleçekim, merkezkaç kuvveti ve Dünya-Ay sisteminin hareketi dikkate alınarak açıklanır
- Gerçekte deniz derinliği, deniz tabanı topoğrafyası, Dünya’nın dönüşü gibi etkenler nedeniyle teoride düşünülen kusursuz iki kabarmadan farklılıklar vardır
Gerçek dünyadaki uygulama
- Bu açıklama teorik olarak basitleştirilmiş bir modeldir
- Dünya’daki gerçek gelgit düzenleri, karmaşık oşinografik unsurlar ve çevresel etkenler nedeniyle çok çeşitli biçimlerde ortaya çıkar
- Yine de temel olarak iki gelgit kabarması olgusu vardır
Sonuç
- Dünya’nın deniz seviyesinde, Ay’ın çekim gücü ve merkezkaç kuvveti nedeniyle neredeyse aynı anda zıt yönlerde iki ana gelgit kabarması oluşur
- Gerçek olay deniz topoğrafyası, rüzgâr ve diğer etkenlerden etkilense de, iki yüksek gelgit kabarması fiziksel olarak açıklanabilen temel bir yapıdır
1 yorum
Hacker News görüşü
Gelgit tahmini sorununun, geçmişte fizik ve matematiğin büyük isimlerinin yoğunlaştığı kadar önemli bir konu olduğu vurgulanıyor. D-Day çıkarmasında gelgit tahmininin ne kadar kritik olduğunu hayal etmek mümkün. 1860’larda Lord Kelvin’in Fourier serileri ve harmonik analiz temelinde özel amaçlı bir analog bilgisayar (dişliler ve kamlarla çalışan bir makine) tasarladığı, bunun da tarihsel olarak son derece ilginç bir eser olduğu belirtiliyor. Tide-predicting machine Wikipedia bakılabilir. Ayrıca, "Machine Learning" teriminde "Machine" sözcüğünün büyük harfle yazıldığı erken örneklerden biri olduğu söyleniyor. Makinenin en güncel gelgit gözlemlerini alıp tahminlere yansıtacak şekilde tasarlandığı aktarılıyor. Sinüs dalgalarının çok çeşitli fonksiyonlar için genel amaçlı bir yaklaşım sunduğu, bunun derin sinir ağlarına özgü bir şey olmadığı vurgulanıyor. Charles Darwin’in oğlu George Darwin’in de bu makinenin tasarım ve geliştirilmesine büyük katkı sağlayan isimlerden biri olduğu tanıtılıyor. George Darwin Wikipedia bakılabilir. Ayrıca Thomas Young, Sir George Airy gibi başka ünlü isimlerin de gelgit tahminiyle ilgilendiği belirtiliyor
23 Nisan 1014’teki Clontarf Savaşı’ndan (İrlanda) söz ediliyor. O gün sabah 5:30’da Vikingler lehine yüksek gelgit varken, tüm gün süren savaşta akşam 5:55’te yeniden yüksek gelgit olduğu, bunun Vikinglerin kaçış yolunu kapattığı ve birçoğunun gelgite kapıldığı anlatılıyor. Bu tarihteki gelgit saatlerinin Samuel Haughton tarafından 1860’ta hesaplandığı bilgisi paylaşılıyor. İlgili hikâye için BBC In Our Time bölümüne bağlantı veriliyor
San Francisco Körfezi’nin (SF bay) fiziksel modelini görüp görmediğiniz soruluyor. YouTube videosu öneriliyor
Veritasium’un bu konuda yaptığı video (2 yıl önce yayımlanmış) öneriliyor: YouTube videosu
D-Day ile ilgili olarak "gelgit tahmininin ne kadar önemli olduğunu hayal etmek mümkün" ifadesinin olumlu mu olumsuz mu olduğu soruluyor. Antik insanların da zaten gelgitleri tahmin ettiğine değinilerek, modern anlatının bir tür "kibir" olabileceğine dair kışkırtıcı bir görüş öne sürülüyor. Hacker News kullanınca "downvote = keyfin kaçması ve soruya cevap vermek istememek" anlamına geldiğinin görüldüğü, demokratik haber sıralaması fikrinin sahte olduğu eleştirisi yapılıyor
Fiziksel olarak gelgitin, Ay’ın yörüngesi tarafından sadece <i>uyarılan</i> karmaşık su hareketleri olduğu özetleniyor. Basit bir dalga değil. Dünya’nın kendisi de iki çıkıntıya sahip olsa da yüzeydeki su çok daha karmaşık hareketler sergiliyor
Yüksek lisans döneminde bir astronomi profesöründen duyduğu, "gelgitler yüzünden parlak genç araştırmacıların kariyerlerinin karaya oturduğu" anekdotu aktarılıyor. Gelgit matematiğinin son derece çetin olduğu vurgulanıyor. Homojen ve gelgit kilitli (hep aynı yüzü dönük) sistemlerde bile işlerin çok hızlı karmaşıklaştığı belirtiliyor. Gelgitlerin çok önemli olduğu da ekleniyor. İki gökcisminin birbirine yakın geçtiğinde gelgit etkilerinin muazzam olabildiği ve taraflardan birini parçalayabildiği anlatılıyor. Tidal disruption event Wikipedia bağlantısı paylaşılıyor
Son dönemde astrofizikte, gelgit kilitli gezegenlerin atmosferlerini koruyup koruyamayacağı ve yaşama elverişli olup olamayacağı yeniden tartışılıyor. Atmosfer modellemelerinde eğilim, "imkânsız"dan "belki mümkün"e kaymış görünüyor
İlgili kavramlar için bağlantılar veriliyor: Roche limit Wikipedia, Roche lobe Wikipedia. Günümüzde ağır elementlerin büyük bölümünün tip 1a kütle aktarımı süpernovalarında oluştuğunun düşünüldüğü, bu nedenle kayalık gezegenlerin ve hatta insanların varlığının bile nihayetinde gelgit olgularına borçlu olabileceği düşüncesi dile getiriliyor
Larry Niven’in bazı bilimkurgu kısa öykülerinde de gelgit mekanizmaları nedeniyle gökcisimlerinin parçalanması (ya da neredeyse parçalanması) temasının geçtiği belirtiliyor
Lisansüstü düzeyde fiziksel oşinografi dersi almış olmasına rağmen gelgit çıkıntısı hikâyesini öğrenmediğini ve hâlâ bu modele inandığını anlatan bir yorum var. O derste gelgitlerden çok okyanus akıntılarına odaklanıldığı, bu yüzden gelgitlerin derinlemesine işlenmediği hatırlatılıyor. Bu yazıda karşılaşılan açıklamanın çok faydalı olduğu söyleniyor
Bu açıklamanın şaşırtıcı derecede mükemmel olduğu ve özellikle yükseklik ısı haritası sayesinde neler olduğunu sezgisel olarak anlamaya yardımcı olduğu söyleniyor. Ardından şu soru soruluyor: Eğitimde neden hep gelgit çıkıntısı grafiği, özellikle de karşı taraftaki çıkıntı, gösteriliyor? "Uzak taraftaki çıkıntı"nın sezgisel olarak anlaşılması en zor şey olduğu, bu sistemin karmaşıklığı düşünüldüğünde de neredeyse anlamsız bir kavram olması gerektiği ileri sürülüyor. İlk öğrenimde "yalnızca Ay tarafında çıkıntı" gösteren bir modelin daha doğru olacağı düşünülüyor. Elbette bunun da gerçeklikle tam örtüşmediği, ama en azından daha kullanışlı ve gerçekliğe daha yakın bir ilk model olabileceği öne sürülüyor
Karşı taraftaki çıkıntı olmadan 12 saatlik gelgitin açıklanamayacağı söyleniyor. Tek çıkıntı olursa yalnızca 24 saatlik gelgit açıklanabilir. Gerçekte iki çıkıntılı model gözlenen periyodiklikle uyuştuğu için çoğu insanın bilmek istediği şeyin bu kadar olduğu ifade ediliyor. Yüksek lisans düzeyinde bir oşinografi dersinde bunun neden öğretildiğini kendisinin de anlamadığını ekliyor
Bunun ideal bir model olduğu açıklanıyor. Yalnızca Dünya’nın tamamı tek bir okyanusla (derin suyla) kaplıysa doğru. Eğitim açısından ise böyle basit modellerin bir çerçeve kurup sonrasında gerçek hayattaki düzeltmeleri öğrenmeye yardımcı olan bir "pedagojik araç" olduğu vurgulanıyor. Bir top mermisini parabolik yörüngeyle anlatmaya benzetiliyor
Söz konusu animasyonun gerçekten harika olduğu söyleniyor ve yapan kişi de bulunmuş: Svetlana Erofeeva laboratuvar tanıtım sayfası, ayrıca benzer animasyonlar sunan TPXO resmî sitesi paylaşılıyor
Gelgit çıkıntısının yer değiştirme değil, bir forcing function olduğu yorumu yapılıyor. Newton’un kuvvet ile yer değiştirmeyi karıştırmış olabileceği şüpheli bulunuyor. Kaçırılan noktanın ne olduğu soruluyor
6 ay önce dolunay döneminde bir hafta boyunca sahilde kalırken yaklaşık 12 saat aralıklarla ayak bileğine kadar yükselen suyu deneyimlediğini anlatan bir yorum var. StackExchange yazısını da okuduğunu, ama bunun fazla analize takılmış göründüğünü söylüyor. Sürtünmesiz düzlem, noktasal kütle ya da lise fiziğindeki ideal modeller gibi, fazla karmaşık düşünülürse sanki hiç roket yapılamayacakmış gibi hissettirdiği ifade ediliyor. O hâlde hangi basitleştirici varsayımlarla analiz yapılabileceği soruluyor. Dünya pürüzsüz, rijit bir küre ve üzerinde ince bir su tabakası olsaydı ne olurdu diye düşünülüyor. Dünya-Ay sisteminin kütle merkezinin Dünya merkezinden yarıçapın yaklaşık 3/4’ü kadar içeride olduğu ve ikisinin bu nokta etrafında döndüğü hatırlatılıyor. Pek çok yerde 12 saatin biraz üstünde olan gelgit döngüsünün bu modelle açıklanıp açıklanamayacağı soruluyor
Gerçekte tam 12 saat olmadığı belirtiliyor. Gelgit zamanları her gün yaklaşık 30 dakika gecikiyor (her zaman tam 30 dakika da değil) ve bazı yerlerde yarım günlük periyot da görülmüyor. Suyun kıtaların içinden geçememesi de güçlü bir etken. İdeal modelde, yani Dünya’da hiç kıta yokmuş gibi varsayılırsa beklentiyle uyumlu sonuç çıkıyor; fakat gerçekte Yeni Zelanda gibi küçük kara parçalarında bile yalnızca birkaç kilometre arayla gelgit örüntülerinin tamamen farklı olabildiği, Panama’da da Pasifik ile Karayipler arasında büyük farklar olduğu örnek veriliyor. Buna Güneş’in kütleçekimi de ekleniyor. 50 derece üzerindeki bölgelerde kışın gündüz saatlerinde çok düşük gelgitin görülmemesi, yazın ise tersinin yaşanması gibi etkilerden söz ediliyor. Belirli bir noktadaki gelgit akışının periyodu öngörülebilir olsa da su seviyesi çok çeşitlilik gösterebiliyor
StackExchange yanıtındaki harita örnek gösterilerek, beyaz çizgilerin birleştiği yerlerin gelgit değişiminin olmadığı noktalar olduğu, mavinin düşük gelgit genliğini, kırmızının yüksek genliği gösterdiği, beyaz çizgilerin ise eşfaz çizgileri olup aynı anda su yüksekliğinin en fazla olduğu bölgeleri gösterdiği açıklanıyor. Genel olarak gelgit değişiminin kıtalar ve deniz tabanı yapısından derinden etkilendiği, bu yüzden çok karmaşık bir görünüm aldığı söyleniyor. Yine de basit modelle kıyaslandığında gerçek dünyanın çok daha karmaşık olduğu vurgulanıyor
StackExchange’teki kabul edilen yanıta bakılırsa, basit modelin bile hâlâ yeterli olmayabileceği ima ediliyor. Dünya ideal bir küre olsa bile, gerçekte okyanusun Dünya’nın dönüş hızına (yaklaşık 22 km/s) uyum sağlayacak şekilde hareket edebilmesi için yeterince derin olması gerekir deniyor
Animasyondaki Yeni Zelanda çevresi gelgitlerinin ilginç göründüğü gözlemleniyor; su yüksekliğindeki artış ve azalış sanki adanın etrafında saat yönünün tersine dolaşıyor gibi
Bunun çok dikkatli bir gözlem olduğu söyleniyor
Dünya ve gelgit çıkıntılarının 2D değil 3D olgular olduğu, kavramsal karışıklığın biraz da buradan kaynaklandığı belirtiliyor. Bu bağlamda tesseract’ın (4 boyutlu hiperküpün) anlamsız olduğu yorumu yapılıyor
TL;DR olarak, Newton’un kuvvetin yönünü doğru anladığı ama gerçek gelgit olgusunun yalnızca kuvvetle tam açıklanamadığı vurgulanıyor. Bunun nedenleri olarak 1) okyanusun yeterince derin olmaması nedeniyle gelgit dalgasının yavaş ilerlemesi, 2) diferansiyel denklemlere dayanan çözümün, yani gerçek Dünya’nın sınır koşullarının, kıtaların ve benzeri etkenlerin F=ma’nın ötesinde karmaşıklık yaratması gösteriliyor. StackExchange’teki ikinci yanıtın da mutlaka okunması öneriliyor