Bilimsel konuşursak neden küre şeklinde diye ifade etmemiz gerekir. Uzağa gitmeyelim, dünyamızı ele alalım. Fizikte yoğunluk diye bir kavram var biliyorsunuz, bir cismin kütlesini hacime bölerseniz yoğunluğunu bulursunuz.
Dünyamızın kütlesi 5.97*10^24 kg, Yarıçapı ise 6371 km. Yarıçapını bildiğimiz bir kürenin hacmini V=(4/3) π R^3 formülünden kolayca bulabiliriz. Unutmayalım kg’ı gr’a ve km’yi de cm’e çevirerek formüle koyacağız. Çıkan rakam 1.08*10^27 cm^3. Dünyanın kütlesini (5.97*10^27 gr) bu çıkan rakama bölersek 5.52 gibi bir sayı buluruz, hesabı doğru yapmışız, Wiki 5.51 veriyor. Uzun hesaptan sonra dünyamızın ortalama yoğunluğunu 5.52 gr/cm^3 olarak bulduk.
Şimdi bahçeye inin ve biraz toprak alın, sakın dışarı çıkmayın. Eve getirdiğiniz toprağı çamur yapın ve bu çamurdan güzel bir küp yapın. Bir küpün hacimini biliyorsunuz, bir kenarını ölçün ve onun üçüncü kuvvetini bulun. Annenizin mutfak terazisini koyun ağırlığını ölçün. Bu iki sayıyı birbirine bölün dersem bilenler hemen ne yapıyorsun hoca derler çünkü ağılık ile kütle arasında fark var. Herneyse tüm bilgileri hesap ederek elinizdeki çamurun yoğunluğunu hesap ederseniz bulacağınız değer 2.2 ile 2.9 gr/cm^3 arasında değişir. Yeryüzünde nereye giderseniz gidin, en sert kayayı seçin yoğunluk yazdığım aralıkta olur. Demir madenine de gitmeyin lütfen.
Dünyanın kabuğundaki yoğunluk ile ortalama yoğunluk arasındaki fark bize ne söylüyor acaba? Yerin iç katmanlarına gittikçe yoğunluğun gittikçe arttığını ifade ediyor. Peki neden durum böyle? Bu soruya yanıt vermek için gezegenlerin nasıl oluştuğunu bilmeniz gerekiyor. Bundan 4.5 milyar yıl önce güneş oluşurken ekvator bölgesindeki parçacıkları çekim kuvveti ile kendine çekemedi. Bunun nedeni beni takip edenler bilir. Bir disk oluştu ve çevre biraz soğuduğunda da bu parçacıklar birbirlerine çarparak yoğunlaştılar. Gittikçe yoğunlaşan parçacıklar çarpışmaya devam etti ve toplandı gezegenleri oluşturdu.
Dünyamız bu şekilde oluşurken çarpışmaların sonucunda sıcak akışkan ve çok hızlı dönen bir gezegendi, yaklaşık 5 saatte bir dönüyordu. Dönen akışkan bir yapı küresel olmak zorundadır, çünkü hidrostatik denge durumundadır. Eğer dönen katı bir cisim ise şeklini değiştirmeye direnir ama eğer basınç yeteri kadar artarsa şekli bozulur ve sonunda kırılır. Kütlesi büyük cisimlerde dönme ve çekim kuvvetleri katı cismin direncini kırar ve cismi küresel olmaya zorlar.
Kütlesi büyük cisimlerin çekim kuvveti de büyüktür. Hidrostatik dengede olmasına karşın içindeki çeşitli elementlerin atomlarını düşünün. Bir demir atomuna uygulanan kuvvet ile bir Kalsiyum atomuna uygulanan kuvvet aynı olur mu? Doğal olarak olmaz. İşte bu soğum sürecinde atom ağırlığı yüksek olan elementler yavaş yavaş merkezde, hafif olanlarda gezegenin kabuğunda toplanır. Ortalama yoğunluğun büyük olmasının nedeni merkezde demir bir çekirdek (yoğunluğu 13 gr/cm^3) ve onu saran sıvı demir çekirdek (yoğunluğu 10-11 yöresinde) olmasından kaynaklanır. Mağma katmanına değinmedim dikkat ederseniz, onun yoğunluğu ortalama yoğunluk yöresinde.
Gökbilim dünyasında bir çok asteroid fotoğrafı görüyoruz, yuvarlak değiller, neden? Güneşe yakın oluşan gezegenler zamanla soğuduklarında demir bir çekirdek, onun üzerinde silikat bir manto ve katı bazaltik kabuk oluşturdu. Bu tür gök cisimlerinin küresel olması için bir çap sınırı var. Yaklaşık çapı 1000 km olan cisimler küre şeklindedir. Güneşten uzak gök cisimlerde sadece buz ve kayalık bir yapı vardır. Bu tür cisimlerin hidrostatik dengenin sağlanması için çap nispeten küçüktür ve 500 km yöresindedir.
Göktaşı bulan dostlar hemen beni ararlar, hocam hem ağır hem de mıknatısı çekiyor diye. Neden olduğunu yukarıda yazdıklarımdan anlamışınızdır. Çapı küçük olduğu için küreselleşemeyen bu cisimlerde kimyasal yapı katmanlaşamamıştır ve o nedenle demir ve nikel gibi ağır elementler fazladır. ABD’li zenginler neden uzay madenciliğine başladılar? Gözlerine kestirdikleri asteroidi Ay yörüngesine yerleştirerek parçalayıp dünyaya getirecekler, çünkü bol miktarda ağır element içeriyorlar. O cisimlerin tayfını alıyorlar ve hangi elementten ne kadar var diyerek kaç milyar dolar yapacağını hesaplıyorlar.
Konunun özü çekim ve dönme kuvvetini yarattığı hidrostatik denge. Yine konu ile yazılacak bir çok ek bilgi var ama yeteri kadar uzun oldu zaten. Umarım yararlanırsınız. Sevgilerimle…