Gök aydınlığı

Gök aydınlığı veya gece aydınlığı, gezegen atmosferlerinin yaydığı çok zayıf bir ışıktır. Dünya ele alınacak olursa, bu olgu geceleri gökyüzünün hiçbir zaman tamamen karanlıkta kalmamasına neden olur. Bu durum yıldızlardan gelen ışıklar ve güneş ışınlarının atmosferde yayılımı denklemden çıkarıldığında dahi geçerlidir.

Bu olgu ilk kez 1868 yılında İsveçli bilim insanı Anders Ângström tarafından belirlendi. Bu olgu keşfedildiğinden beri konu hakkında laboratuvarlarda çalışılmış ve sürecin parçası olan çeşitli kimyasal reaksiyonların elektromanyetik enerji yaydığı gözlemlenmiştir. Bilim insanları Dünya'nın atmosferinde olabilecek süreçlerden bazılarını belirlemiş ve astronomşar bu enerji yayılımlarının varlığını doğrulamıştır.

Gök aydınlığı üst atmosferdeki çeşitli süreçlerin sonucudur. Gün boyu Güneş ışınları tarafından elektriksel olarak yüklenmiş moleküllerin veya atomların eski konumlarına dönmeleri, kozmik ışınların üst atmosfere çarpması ve birkaç yüz kilometre yükseklikte ana olarak oksijen ve nitrojen moleküllerinin hidroksil iyonlarıyla reaksiyonu bu süreçlere örnek olarak verilebilir. Güneş'ten gelen dağınık ışıklardan dolayı, bu olgu gündüzleri fark edilemez.

En gelişmiş teknolojilere sahip gözlemevlerinde bile gök aydınlığı, teleskopların hassaslığını görülebilir dalga boylarında kısıtlar. Kısmen bu sebepten dolayı, uzaya konuşlandırılmış Hubble Uzay Teleskobu gibi teleskoplar görünür dalga boylarında dünya yüzeyindeki teleskoplardan silik (belirsiz) nesneleri gözlemlemede çok daha iyidir.

Geceleri gök aydınlığı çıplak gözle görülmeye yetecek kadar parlak olabilir ve genellikle mavimsi renktedir. Gök aydınlığı yayılımı oldukça düzenli olmasına rağmen, yerdeki bir gözlemciye en parlak ufuk çizgisinin 10 derece yukarısında görünür. Bunun nedeni biri ne kadar yatay bakarsa o kadar derin bir gökyüzüne bakmış olur. Ancak çok düşük açılarda atmosferik radyasyon azalımı gök aydınlığının görünür parlaklığını düşürür.

Gök aydınlığı oluşma mekanizmalarından biri nitrojen atomunun oksijen atomuyla birleşip nitrik oksit (NO) oluşturmasıdır. Bu süreç sırasında bir foton yayılır ve bu fotonun dalga boyu nitrik oksidin karakteristik dalga boylarından biridir. Güneş enerjisi üst atmosferde bulunan nitrojen (N₂) ve oksijen (O₂) moleküllerini atomlarına ayrıştırdığından dolayı, bu işlem için gerekli olan serbest halde atomlar mevcuttur. Ve bu atomlar birbirleriyle tepkimeye girip nitrik oksit oluşturabilir. Gök aydınlığına neden olabilecek diğer atom veya moleküllere hidroksil (OH),^[1][2][3] moleküler oksijen (O), sodyum (Na) and lityum (Li),^[4] örnek olarak verilebilir (bknz. Sodyum katmanı).

Gökyüzünün parlaklığının birimi genel olarak astronomik büyüklükler bölü saniyenin (açı ölüçüsü) karesidir.

Öncelikle görünür büyüklükleri foton akılarına çevirmemiz lazım: bu açıkça kaynağın spektrumuna (tayf) bağlıdır, ama bunu başlangıçta göz ardı edelim. Görünür dalga boylarında S₀(V), diyaframın santimetre karesi ve dalga boyunun mikrometresi başına düşen sıfırıncı kadir (parlaklık birimi) yıldızları tarafından oluşan güç miktarı parametresine ihtiyacımız vardır.${\displaystyle S_{0}(V)=4.0\times 10^{-12}}$ W cm⁻² µm⁻¹.^[5] Örneğin V=28 yıldızı normal bir V bandı filtresinden (${\displaystyle B=0.2}$ µm bant genişliği, frekansı ${\displaystyle \nu \sim 6\times 10^{14}}$ Hz) gözlemlenirse, teleskop aparatına saniyede santimetrekareye düşen foton sayısı ${\displaystyle N_{s}}$ :

${\displaystyle N_{s}=10^{-28/2.5}\times {\frac {S_{0}(V)\times B}{h\nu }}}$

(burada ${\displaystyle h}$ planck sabiti, ${\displaystyle h\nu }$ ise tek bir fotonun enerjisidir.)

V bandında aysız bir gecede yüksek irtifa gözlemevinde gök aydınlığından gelen yayılım V = 22'dir (saniye kare başına). Mükemmel gözlem koşullarında, bir yıldızın görüntüsü boylamasına 0.7 saniye ve alanı 0.4 saniye karedir. Yani gök aydınlığından gelen yayılım V = 23'e karşılık gelir. Foton sayısını hesaplayacak olursak ${\displaystyle N_{a}}$:

${\displaystyle N_{a}=10^{-23/2.5}\times {\frac {S_{0}(V)\times B}{h\nu }}}$

Karada bulunan bir gözlemevinde ${\displaystyle A}$ alanlı bir teleskopta sinyalin gürültüye oranı, Poisson istatistiğine göre: (kayıpları ve deektörün gürültüsünü ihmal edersek)

${\displaystyle S/N={\sqrt {A}}\times {\frac {N_{s}}{\sqrt {N_{s}+N_{a}}}}}$

dir.

Eğer 10 m çaplı karada bulunan ideal bir teleskop ve çözümlenmemiş bir yıldız varsayarsak: her saniye, büyütülmüş yıldız görüntüsünden 35, gök aydınlığından ise 3500 foton gelir. Böylece bir saatte yaklaşık ${\displaystyle 1.3\times 10^{7}\pm 3500}$ foton gök aydınlığından, ${\displaystyle 1.3\times 10^{5}}$ kaynaktan (yıldızdan) gelir; böylece S/N oranı yaklaşık 35 olur.

Bunu maruz kalma zamanı hesaplayıcılarıyla bulunan “gerçek” cevaplarla kıyaslayabiliriz. 8m'lik VLT teleskobu, FORS 24 Mayıs 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. hesaplayıcısına göre 40 saatlik bir gözlem sonucu V=28'e ulaşılır. Ancak Hubble'ın aynı gözlem için sadece 4 saat harcaması gerekir (ACS hesaplayıcısına göre). Farazi bir 8m'lik Hubble teleskobunun ise sadece 30 dakikaya ihtiyacı vardır.

Bu hesaplamalardan da açıkça görülmelidir ki gözlenen alanı azaltmak silik nesnelerin gökaydınlığından daha rahat ayırt edilmesini sağlar. Fakat uyarlanabilir optik teknikleri sadece kızılötesi bölgede çalışır ve bu bölgede gökyüzü çok daha aydınlıktır. Uzay teleskoplarında görüntü alanını kısıtlamak gibi bir sorun yoktur, zira gök aydınlığı onları etkilemez.

Yüksek-güçlü radyo sinyalleri kullanılarak Dünya'nın iyonosferinde gök aydınlığını uyarmak deneyler yapılmıştır. Bu radyo dalgaları iyonosferle etkileşerek zayıf ama görülebilir belirli dalga boylarındaki optik ışınları uyarırlar.

Venus Express adlı uzay aracı Venüs'ün üst atmosferinde kızılötesine yakın ışık yayılımları tespit etti. Bu yayılım nitrik oksit (NO) ve moleküler oksijenden geliyordu.^[6] Bilim insanları benzer bir olayı laboratuvarda gözlemledi: NO üretimi sırasında morötesi ve kızılötesine yakın yayılımlar gözlemlediler. Bu gözleme kadar atmosferde oluşan kızılötesine yakın ışımalar sadece teorikti.^[7]

• Kutup ışıkları

• Description and Images27 Kasım 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Sky Brightness Information27 Şubat 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. for Roque de los Muchachos Observatory
• Night-side Glow Detected at Mars Space.com interview24 Ekim 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• Stereoscopic Observations of HAARP Glows from HIPAS, Poker Flat, and Nenana, Alaska by R.F. Wuerker et Al.
• An improved signal-to-noise ratio of a cool imaging photon detector for Fabry - Perot interferometer measurements of low-intensity air glow by T P Davies and P L Dyson
• Space Telescope Imaging Spectrograph Instrument Handbook for Cycle 13