Jak znaleźliśmy planetę, zanim ją zobaczyliśmy?

Neptun jest tak daleko, że gołym okiem go nie zobaczysz. Mimo to w 1846 roku znaleziono go prawie dokładnie tam, gdzie wcześniej obliczył matematyk. Jak można znaleźć planetę rachunkiem?

Grawitacja przyciąga wszystko do wszystkiego

Każde dwa ciała przyciągają się nawzajem, i to tym mocniej, im są cięższe i im bliżej siebie. Planety lecą do przodu i bez Słońca odleciałyby prosto przed siebie. Ale Słońce cały czas ciągnie je do siebie, więc krążą wokół niego.

Z grawitacji da się obliczyć orbitę

Jak działają grawitacja i ruch, opisał Isaac Newton. Jeśli wiesz, gdzie jest planeta i jak szybko leci, jego prawa powiedzą, gdzie będzie jutro, za rok i za sto lat. Astronomowie układali według nich tablice, gdzie na niebie będzie która planeta.

Planety przeciągają się też nawzajem

Planetę ciągnie nie tylko Słońce, słabiej ciągną ją też inne planety, zwłaszcza olbrzymy Jowisz i Saturn. Jej orbita trochę się więc wygina i rachunek jest trudniejszy, ale da się go zrobić.

Uran nie idzie tam, gdzie powinien

W 1781 roku William Herschel odkrył teleskopem nową planetę, Urana. Po kilkudziesięciu latach okazało się, że nie idzie tam, gdzie według obliczeń powinien, nawet gdy uwzględni się Jowisza i Saturna. Odchyłka była dużo mniejsza niż Księżyc na niebie, ale obliczenia nie powinny się tak mylić.

Coś go ciągnie

Do 1822 roku Uran wyprzedzał obliczenia, a potem zaczął się spóźniać. Dokładnie tak by się zachowywał, gdyby dalej od Słońca krążyła jeszcze jedna, wolniejsza planeta. Dopóki Uran ją doganiał, ciągnęła go do przodu, a gdy ją wyprzedził, ciągnęła go do tyłu.

Obliczenia zamiast teleskopu

Francuski matematyk Urbain Le Verrier szukał, gdzie musiałaby być nieznana planeta, żeby ciągnęła Urana właśnie tak. Liczył ręcznie prawie rok. W sierpniu 1846 roku wskazał miejsce na niebie, w które wystarczyło wycelować teleskop.

Znaleziony w jedną noc

Johann Galle z obserwatorium w Berlinie dostał list od Le Verriera 23 września 1846 roku i jeszcze tej samej nocy wycelował teleskop w obliczone miejsce. Około dwóch tarcz Księżyca od tego miejsca znalazł „gwiazdę”, której nie było na mapie. Gwiazdy stoją w miejscu, ale ta następnej nocy się przesunęła: to była planeta, Neptun.

Planeta, której nie było

Z obliczeniami nie zgadzała się też orbita Merkurego. Cała obraca się wokół Słońca trochę szybciej, niż według obliczeń powinna. Le Verrier przewidział więc planetę Wulkan jeszcze bliżej Słońca, ale nikt jej nigdy nie znalazł. Dopiero Einstein pokazał, że prawa Newtona nie są całkiem dokładne i najbardziej widać to blisko Słońca, gdzie grawitacja jest najsilniejsza.

Więc jak znaleźliśmy Neptuna?

Prawa Newtona mówią, gdzie będą planety. Kiedy Uran nie szedł zgodnie z obliczeniami, Le Verrier z odchyłki obliczył, gdzie musi być planeta, która go ciągnie. Teleskop znalazł ją potem prawie dokładnie tam.