Yeni Mezundan Lisans Astrofizik Tavsiyeleri–1.Bölüm

Geçen haftalardaki ‘Yeni Mezundan Lisans Tavsiyeleri’ serisinin üzerine, kendi alanım hakkında benzer formatta bir yazı yazmak istedim. Bir önceki yazılar fizik lisans hayatını, genel fizik temellerinin ötesinde ağırlıklı olarak gözlemsel/deneysel/hesaplamalı tarafta ele alıp, aralarda belirli bir konu üzerine özelleşme kısmını çeşitli araştırma dersleri ve çalışmalarıyla üstü örtük bir şekilde çiziyor. Bu yazıdaki amacım ise, eğer yüksek lisans ya da doktorada astrofizik alanında devam etmeyi planlayorsanız, lisans boyunca aşama aşama her kademede neler yapılması, nelere dikkat edilmesi ve hangi kaynaklara başvurulması gerektiği üzerine gene kendi deneyimlerimden yola çıkarak bir referans kaynak oluşturmak. Bu yazıda belirteceklerimin astrofizik özelinde her alt başlık için de geçerli olmayacağının farkındayım ama en azından ilk üç başlık az çok astrofizik temelleri atmak adına konuya ilgi duyan birisi için yönlendirici, faydalı noktalar içerecektir. Ana başlıkları her ne kadar sınıf sınıf yazmasam da belirteceğim dört aşama üç aşağı beş yukarı birinci sınıftan son sınıfa kadar sürekli bir tayf oluşturuyor. Yazı dizisi iki bölümden oluşuyor: ilk bölümde ‘Astronomiye İlk Adım’ ve ‘Astronomiye Giriş’, ikinci bölümde ise ‘Astrofiziğe Giriş’ ve ‘Kozmoloji-Yüksek Enerji Astrofiziği’ başlıkları yer alıyor.

Tekrar hatırlatmak gerekirse; yakın zamanda mezuniyetimle birlikte Boğaziçi Fizik bölümünde geride bıraktığım senelerin hem tekrar üzerinden geçmek hem de yaptığım/yapmadığım/yapamadığım şeyleri kendi deneyimim ışığından buradan paylaşamak istedim. Bütün değerlendirmeler naçizane, kendi görüşlerimi yansıtmakla beraber doğruluğu ya da evrenselliği üzerine herhangi bir iddiam bulunmamakta.. Dolayısıyla yazılanları belki de sadece ‘öz-değerlendirme’ ve ‘öneri/tavsiye’ şeklinde algılamak gerek..

Astronomiye İlk Adım

• Astronomi konusu, özellikle fizik bölümünde okuyan bir kişi için geçmişte özel bir deneyim ya da ilgi durumu olmadığı takdirde genelde uzaktan bakılan, çoğu zaman tüm lisans hayatı boyunca en ufak bir ders almadan es geçilen bir alan. Ama diyelim ki bu konuyu en temel düzeyde öğrenmek istemeye karar verdin ve çocukluktan beri merak ettiğin yıldızlar, gezegenler, galaksiler hakkında birşeyler okumak istedin.. İlk etapta konuya ‘yumuşak’ bir giriş için astronomi konusunda genel okuyucuya hitap eden bir dille yazılmış fakat içerdiği konuları etraflıca ele alıp her satırından yepyeni şeyler öğreneceğin Astronomy Today kitabını alıp şöyle baştan sona, ağzın açık kala kala okumanı öneririm. Bu kitaptaki konuların anlatımı ve onlara eşlik eden grafikler, görseller şu anda bile yeni bir kavram öğrendiğimde dönüp dönüp baktığım nitelikte. Kitapta herhangi bir denklem bulunmuyor, dolayısıyla daha birincisi sınıfta kolaylıkla okunabilecek bir kaynak. İlk adım olarak bu tip bir kitaptan, astronomideki temel kavramları, konu edilen gökcisimleri ve sınıflandırmaları, en önemlisi bu bilgileri bize onca uzak ve bizle bağlantısı çoğu zaman sadece elektromanyetik dalga olan cisimlerden hangi dahice yöntemler kullanarak elde ettiğimizi iyice öğrenmelisin. Örneğin bir paralaks metodu, ya da başka yıldızların etrafındaki gezegenleri keşif metodları gibi astronominin çok temel yöntemlerini en azından aklında biraz resmetmeye başlamalısın.

• Opsiyonel olarak, astronomi konusuna ilgi duyduğunu göz önünde bulundurarak, konuya motivasyonunu sadece kağıt üzerindeki ‘ders notları’ ve kitaplardaki etkileyici resimlerin ötesinde, biraz sahaya inerek, küçük bir dürbün ya da teleskop ile gözlemler yapmanı, kısacası ‘amatör astronomi’ alanını keşfederek bu konuyu bir taraftan da hobi haline getirmeni öneririm. Biliyorum en  başta teleskop gibi bir aletin ulaşılmaz, müthiş pahalı olduğunu düşünüyorsun ama dedenden kalma bir dürbünü ufak bir tripoda takıp Ay’a batığında kraterlerin tüm detayını, Jüpiter’e baktığında dört büyük Galileo uydusunu ve biraz güç olsa da Satürn’ün halkasını seçebileceğini iddia ediyorum, inanmıyorsan hemen dene ve beni yalancı çıkar! Astronominin en güzel tarafı, uğraştığı konu olan gökyüzünün bir çift göze sahip herkes için açık bir laboratuvar olması(evet çıplak gözle dahi neler yapılacağını bilsen hayret edersin!). Dolayısıyla böyle ufak çaplı, keşif şeklinde çalışmalar seni konuya daha fazla bağlayıp müthiş derecede bilinçlendirecek, bunların yanında nur topu gibi bir de hobin olacak.. İnsanın hobisini iş olarak yapması gibi bir keyif yok, haberin olsun.. Bu konuda Türkçe’de yayınlanmış çok güzel kitaplar var örneğin biraz fikir vermesi açısından geçmişte üzerinde birşeyler yazdığım ‘Yıldızların Altında Bir Yıl’ tüm bu pragrafta anlattığımı etkileyici bir dil ile anlatıyor. Dediğim gibi bu madde tamamen ‘opsiyonel’.. İlerde göreceksin, teleskoptan bir kere bile bakmamış astrofizikçiler tanıyacaksın; iyi astrofizik yapmak için gözlem yapmış olmanın bir ön şart olmadığını göreceksin fakat çalıştığım objeleri ufak bir çaba sarf edip gözümü küçük bir teleskoba dayayarak görebiliyorsam neden bunu yapmayım ki? Parçacık fizikçiler, katı halciler ne yapsın peki? Bu konuda Türkçe’de yayınlanmış en kapsamlı rehberlerden biri Alp Akoğlu’nun hazırladığı “Gökyüzü Gözlemciliği’ el kitabı.. Mutlaka göz gezdirmelisin..

• Bu aşamada yapılacak bir başka şey ise ikinci maddeyle bağlantılı olarak dünya genelinde yayınlanan basılı amatör astronomi dergilerini takip etmek: İngilizce: Astronomy Magazine, Sky&Telescope Magazine; Fransızca: Ciel et Espace; Almanca: Sterne und Weltraum gibi.. Bu dergiler genellikle astrofozikçilerin veya konunun uzmanı bilim yazarlarının astronomi konusundaki gelişmeleri genel okuyucu kitelesine anlaşılabilir şekilde aktardıkları, aynı zamanda amatör astronomlar için çeşitli pratik bilgiler ve tekniklerin yer aldığı müthiş yararlı kaynaklar.. Konuların içeriği öylesine yoğun ki, teknik bir formatta olmasalar dahi bu dergiler astrofizik hayatın boyunca sana her ay eşlik edecek, takip etmeye ne kadar erken başlarsan o kadar iyi edersin. Yine buna paralel, konuyla ilgili haftalık ve aylık yayınlanan çok kaliteli sesli-yayınlar(podcast) mevcut. Bunlardan benim favorilerim: Starstuff, Jodcast, Planetary  Radio ve Big Picture Science.. İstanbul trafiğinde kulaklığını takıp zaman geçirmek için bire birler, söylemesi..

Astronomiye Giriş

• Konuya ilk aşamada ısınma ve genel fikir edinme adımlarından sonra bu noktada artık yavaş yavaş astronomiye sistematik bir şekilde eğilmeye başlıyoruz. Artık işin içine basit de olsa matematik ve fizik giriyor, çeşitli gözlemsel tekniklerin detayları dahil olmaya başlıyor. Bu noktada, tam da bu seviyeyi çok iyi gözeten, konuya meraklı birinci ve ikinci sınıf öğrencileri göz önüne alıp hazırlanmış, temel diferansiyel denklemin ötesinde hiç bir matematiksel arkaplan beklemeyen fakat buna rağmen ele aldığı her konuyu oldukça etraflıca anlatan harika bir kitap: ‘Astronomy – A Physical Perspective’ (Marc L. Kutner). Astronomy Today’de ele alınan tüm konuları bahsettiğim şekilde ele alan bu kitap konuya dair geliştirdiğin genel düşüncelerin arasındaki boşlukları yavaş yavaş doldurmaya başlayacak.

• Astronomiye giriş kısmında mutlaka bahsetmem gereken, geçen yazı dizisinin 1.sınıf kısmında sözünü ettiğim ‘zarf-arkası’ ve ‘order-of-magnitude’ hesabı yapabilme becerisi.. Bu konu iyi bir astronom ve astrofizikçinin ‘alet çantasındaki’ paha biçilmez bir beceri özelliğini taşıyor. Astronomide sürekli çalışacağın ‘astronomik rakamları’ manipüle etmek, bunlar üzerinden elde ettiğin ‘kaba’ sonuçları yorumlamak ve belki de en önemlisi ‘ölçekleme’ kavramını kafana iyi oturtmalısın.. Fizikteki ‘küresel inek yaklaşımını’ bu aşamada gerçek anlamda uygulamayı öğrenmen gerekecek. Önereceğim kaynaklar için bir önceki yaz dizisine başvurabilirsin.

• Geçen yazı dizisinde önerdiğim, ikinci sınıf itibariyle alıp takip edebileceğin, bölümde açılan ‘Astronomiye Giriş’ dersi, astronomiye tam anlamıyla bir matematiksel ve fiziksel bir giriş olacak. Bu derste göreceğin hem temel astrofiziksel kavramlar hem de gözlemsel yöntemler senin her aşamada yanında olacaklar; o yüzden temelleri atarken kavramlar üzerinde oturup epey düşünmeni, ders materyalleri ve özellikle konuyla ilgili bulduğun problemlerle bolca zaman geçirmeni tavsiye ederim. Özellikle, astronomların fizkçileri bu alandan uzak tutmak için kasıtlı olarak geliştirdikliklerinden şüphelendiğim ‘parlaklık-kadir sistemini’ ve  Hertzsprung-Russell(HR) diyagramını çok iyi anlamaya bak. Özellkle HR diyagramındaki eksenlerdeki parametrelerin gözlemsel olarak ve teorik olarak nasıl elde edildiği, bu diyagramın renk-renk, renk-kadir diyagamlarıyla nasıl bir ilişkisi olduğunu etraflıca öğrenmeye çalış. Hatta yapabiliyorsan git bir yıldız katalogundan verileri çek ve kendi HR diyagramını oluştur(Bölümde aldığım Deneysel Fizik dersinde Erkcan(Özcan) hocamın yaptığı bir R uyulaması sana fikir verecektir). Bu derste referans kaynak için kullanılabilecek Erika-Bohm-Vitense’nin efsane üçlüsü ‘Introduction to Stellar Astrophysics’ kitabını öneririm.. İlk kitap temel astronomi kavramları ve gözlemlere eğilirken, ikinci kitap artık yavaş yavaş temel astrofizik kavramlarına giriş yapıyor.. İkinci ve üçüncü kitaplar bünyeyi biraz zorlayabilir ama ileri seviye konu ve yöntemlere önceden göz ucuyla aşina olmak her zaman kârınadır; üçüncü sınıfta yapacakların için ufak bir ‘teaser’ gibi düşün.. Astrofizik bu dersle birlikte yavaş yavaş gerçek yüzünü göstermeye başlayacak, ilk etapta oldukça karmaşık görünen, onlarca parametreli denklemlerin üstesinden nasıl geleceğini yavaş yavaş öğreneceksin, merak etme.

En “sade” haliyle astrofizik.. Onlarca parametreli denklemlerle her karşılaştığımda hissettiklerimi ne de güzel ifade etmiş..

• Öğrenmeye başladığın temel kavramları ve yöntemleri bir taraftan da laboratuvar şeklinde uygulama isteği duyacaksın ama Türkiye’de ne yazık ki yüksek lisansa gelip konu üzerinde araştırma yapmaya başlamadan ne bir gerçek gözlemsel veri görürsün, ne de bunlar üzerinde ufak bir takım hesaplamalar ve analizler yaparsın.. Olaya bu denli Fransız kalmamak adına, giriş dersinde gördüklerini hemen uygulamak için sana muhteşem bir program önereceğim: SalsaJ. Bu program ‘Hands-on-Universe’ adında bir eğitim ağının geliştirdiği ve temel amacı lise öğrencilerini(!) gerçek gözlem verileriyle tanıştırıp gerçek astronomi biliminin nasıl yapıldığını tattırmak olan, çok kolay kullanılabilir bir arayüze ve programla yapabileceğin sayısız aktiviteye sahip bir program. Sana SalsaJ’yi ne kadar övsem azdır, o yüzden gidip indirip en az bir aktivitesini yapmadan gidersen, tüm bu yazıları yazmak için saatlerini harcayan yazar olarak hakikaten gözüm açık gider, o derece.. Yapman gereken programı indirip kurarak, internet sayfasındaki Cepheid değişken yıldızlardan, Samanyolu Galaksisi merkezindeki karadeliğe, Mars’taki volkanlardan Exoplanetlere kadar çeşili konulardaki aktiviteleri gözüne kestirip, aktivite sayfasından sana sağlanan gerçek verileri indirmek, yönergelerden de yardım alarak analiz etmek.. Daha asronomiye giriş aşamasındaki bilgilerinle neler yapabildiğini görünce şaşıracaksın.. Bu program için özel geliştirilen bir proje var ki bunun için ayrı bir yazı hazırlamayı planlıyorum: Salsa Radyo Teleskop Projesi. Bu projede İsveç’te iki radyo teleskop dışarıdan ilgili herkese ücretsiz, hiçbir beklenti içinde olmadan kullanıma açık ve sen de önceden randevu alıp sisteme ufak bir program kurarak bağlanarak gözlemler yapabiliyorsun. Örneğin bu teleskoplarla yapılabilecek Samanyolu Galaksi Dönüş eğirileri ve haritalama projelerinin adım adım anlatıldığı muhteşem bir Kullanıcı Rehberi var(Türkçe çevirisi de çok yakında bu sayfaya eklenecek). Her astrofizikçi adayı lisans öğrencisinin mutlaka değerlendirmesi gereken bir fırsat bu... Bu teleskoplardan aldığın verileri SalsaJ ile ya da biraz programlama biliyorsan bu veriler için özel geliştirilmiş Matlab kütüphanelerini kullanarak analiz edebilir, ortaya güzel bir bilimsel çalışma çıkarabilirsin. Konuyla ilgili geçen yıl İTÜ Fizik Haftasın’da yaptığım sunumun pdf haline de şu bağlantıdan erişebilirsiniz: .pdf(3MB)

• Bir önce bahsettiğim başlığa benzer bir şekilde, bu sefer konu olarak biraz daha dar, fakat yapabileceklerin anlamında da bir o kadar zengin bir kaynak da yüksek enerji astrofiziği alanında X-ışını astrofiziği özelinde yapabileceğin çeşitli projeler.. Lise seviyesinde matematik ve temel fizik kavramları kullanarak süpernovaların genişlemelerinden, nötron yıldızlarının dönüş hızlarını hesaplamaya, uzak bir kuazarın uzaklaşma hızından bir galaksi kümesinin merkezindeki gazın sıcaklığını bulmaya kadar çok çeşitli ve müthiş öğretici aktiviteler bunlar.. Astronom ve astrofizikçilerin sıklıkla kullandıkları ds9 programı ile yapıyorsun tüm bu analizleri ve temel ‘order-of-magnitude’ hesabıyla birçok sonuca varıyorsun. Sözü geçen aktiviteler Chandra X-Işını Uzay Teleskobunun sitesindeki ‘Chandra Education Data Analysis Software and Activities’ sayfasındaki başlıklardan yola çıkarak hazırlanmış. Bu sayfanın arayüzü epey eski olduğundan çok erişebilir olmasa da iyi bir kaynak; fakat asıl vermek istediğim bağlantı bu aktivitelerden yola çıkarak bu yılın başında Coursera’da Rutger Ünv.’den efsane kişilik Terry A. Matilyski’nin şu ana kadar izlediğim en iyi ders olan ‘Analyzing the Universe’ dersi.. Dersin videolarına ve arşivine Coursera’nın sayfasından kayıt olup hala erişebiliyorsun.. Derste her hafta farklı tip bir kaynak üzerinde durulup hem astronomi hem de veri anlamında oldukça detaylı bir şekilde ama dediğim gibi bir lise öğrencisinin dahi yapabileceği şekilde inceleniyor(abartmıyorum yahu..) Dersin yanında her hafta verilen ödevlere de mutlaka bakmalısın çünkü her ödevde ayrı bir senaryo daha ele alınıp farklı farklı konularda aydınlanmaya devam ediyorsun. Bu dersi takip ettikten sonra, kendi bölümlerimizde astronomi dersinde tahtada yok nötron yıldızıydı, yok karadelikti, yok efendim galaksi kümesiydi diye saatlerce kavramsal olarak resmetmek için şekilden şekile girileceğine bu yöntem neden uygulanmaz diye sorgulamaktan hal oldum, izle sen de öyle olacaksın.. Kısacası bu fırsatı kaçırma, ilerde astrofizikte özellikle veri analizi yapmak için gereken hemen hemen tüm becerileri burada kazanabilirsin, bilgin olsun..

• Son olarak bu aşamada, bir önceki yazı dizimin ilk senesinde özellikle üzerinde durduğum programlama ve bilgisayar becerilerini mutlaka ama mutlaka geliştirmeye başlamalısın.. Bu beceriler seni ilerleyen zamanlarda astrofizik araştırmalarına hızlıca girebilmeni ve özellikle analiz kısmında oldukça sağlam bir zemine basmanı sağlayacak. Dil olarak ise önerim kesinlikle Python gibi bir script dili ve Linux işletim sistemi öğrenmen.. Astronom ve astrofizikçilerin Python’u ne kadar sevdiğini gördüğünde şaşıracaksın (bknz: AstroPy)..

Bir yazıda toparlayabileceğimi düşünüp, yazarken konu konuyu açtığından iki parçaya ayırmak durumunda kaldığım bu yazı dizisi, bir sonraki bölümüyle ‘Astrofizik’e Giriş’ ve ‘Kozmoloji-Yüksek Enerji Astrofiziği’ başlıklarıyla devam edecek.. Her zamanki gibi önerileriniz ve “burası olmamış, bence bu böyle değil” gibi yorumlarınızı bekliyorum.. Ayrıca yazılardan yararlanıyorsanız ufak bir yorum bırakarak, en azından saatlerce emek verdiğim bu yazılarla ‘boşluğa haykırmadığımı’ bilmek adına ufak bir geri bildirim sağlayabilirsiniz.