Nettuno: il trionfo della matematica
Nettuno: il trionfo della matematica
Il primo pianeta ad essere scoperto è stato Urano il 13 marzo 1781 da William e Caroline
Herschel. E 'stato scoperto per il semplice fatto che visto al telescopio si è mostrato come un piccolo
disco.. Gli unici pianeti che sono stati scoperti sono Nettuno e Plutone. Questi sono stati previsti per
mezzo d’ ingegnosi metodi matematici basati sulla legge di gravitazione di Newton quindi
osservati vicini alle loro posizioni previste.
Galileo il 27 gennaio 1613, registrò due stelle. Uno era
Nettuno e l'altra una stella vera. Sorprendentemente, Galileo
osservò la coppia di nuovo la notte seguente, quando notò che le
due stelle sembravano essere leggermente più lontane. A questo
punto Galileo era a un passo dallo scoprire che una delle stelle
era il pianeta Nettuno. Galileo, purtroppo era affascinato da
Giove e per questo motivo tralasciò l’osservazione delle due stelle.
Negli anni successivi Nettuno
fu visto e registrato diverse volte senza mai essere riconosciuto come
un pianeta. Lalande (1732-1807), un astronomo francese le cui
tavole delle posizioni planetarie sono state le più accurate fino al
19° secolo, registrò Nettuno nei giorni 8 e 10 maggio 1795 senza
riconoscere che era un pianeta e non una stella.
John Herschel registrò
come una stella.
Nettuno il 14 Luglio 1830 naturalmente
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In ambito astronomico, Von Lamont (1805-1879), un
astronomo scozzese che visse gran parte della sua vita a
Monaco di Baviera, famoso per la sua determinazione delle
orbite delle lune di Saturno e Urano e anche per l’aver scoperto
la fluttuazione periodica del campo magnetico della Terra,
registrò Nettuno in almeno tre occasioni, e cioè il 25 ottobre
1845 il 7 Settembre 1846 e l’11 settembre 1846.
Da un osservatore altamente qualificato come Von
Lamont, ci si sarebbe aspettati avesse riconosciuto il movimento
di Nettuno nel corso dei quattro giorni. Tuttavia non se ne accorse
e tutto questo avvenne solo qualche giorno prima che Nettuno
venisse scoperto.
La scoperta di Nettuno come detto sin ora non è
venuta da una qualsiasi di queste osservazioni casuali.
La scoperta piuttosto, viene da una analisi matematica
della deviazione dell’orbita di Urano dalla sua orbita
prevista.
L’astronomo Delambre produsse delle tabelle
contenenti le posizioni planetarie del Sole, di Giove, di
Saturno, d’Urano e dei satelliti Gioviani, tabelle
pubblicate nel 1792.
Bouvard (1767-1843), un astronomo
francese che fu direttore dell'Osservatorio di
Parigi, aveva già pubblicato nel 1808
accurate tabelle delle orbite di Giove e
Saturno
e a seguito delle discrepanze
dell’orbita di Urano s’impegnò per produrre
una versione corretta delle tabelle di
Delambre relative a Urano. Ovviamente egli
non poteva fare tutte le osservazioni anche
dopo aver preso in considerazione le
perturbazioni degli altri pianeti.
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Nel 1821 pubblicò le sue nuove tabelle di Urano ma scrisse:
... Lascio per il futuro il compito di scoprire se la difficoltà di conciliare i dati è collegato con
le osservazioni antiche, o se dipende da una causa estranea e non percepita che può avere agito sul
pianeta.
Anche se Bouvard aveva usato gli ultimi dati per determinare l'orbita di Urano, si è presto
notato che la posizione deviava rispetto alla posizione della sua tabella .
Il 3 LUG 1841 Adams , mentre era ancora uno studente a
Cambridge, scrisse:
Fatto
un appunto all'inizio di questa settimana, per
indagare, il più presto possibile dopo aver preso la laurea, le
irregolarità del moto di Urano, che sono ancora deviati , al fine di
sapere se può essere attribuito all'azione di un pianeta sconosciuto
al di là di esso, e, se possibile, determinare gli elementi della sua
orbita, ecc. , che probabilmente potrebbero portare alla sua
scoperta.
Non tutti però attribuirono i problemi dell'orbita di Urano
con un pianeta sconosciuto al di là di esso.
Airy , l'Astronomo Reale, credeva in un'altra
popolare, e cioè che la legge
dell'inverso del quadrato della
gravità non funzionava su grandi distanze.
teoria
Tuttavia, dopo che Adams aveva fatto un primo esame degli
effetti che un pianeta sconosciuto potrebbe avere avuto su Urano,
Airy incoraggiò il giovane Adams nella sua convinzione che era sulla
strada giusta, tant’è che gli forni i dati dell’osservatorio di
Greenwich su Urano nel febbraio 1844.
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Nel giugno 1845 Arago , direttore dell'Osservatorio di
Parigi, persuase Le Verrier per iniziare a lavorare sul problema
dell'orbita di Urano.
Le Verrier presto decise di dedicarsi completamente al
problema assegnatogli e mise da parte il lavoro che aveva fatto
sino allora sulle comete.
Né Le Verrier né Adams
sapevano che entrambi stavano
lavorando allo stesso problema.
Nel settembre 1845 Adams
aveva fatto uno studio più
approfondito del problema e in
questo modo aveva dedotto l'orbita
del pianeta perturbante.
Inoltre aveva anche calcolato la massa del pianeta e la sua
posizione relativa al 1 ° ottobre 1845. A questo punto mandò le sue
previsioni a James Challis, il direttore dell'Osservatorio di Cambridge.
Adams in questo frangente stava allargando il campo della matematica . Infatti la teoria di
gravitazione di Newton era stata usata si molte volte per calcolare gli effetti dei corpi gli uni sugli
altri, ma non era mai stata utilizzata per predire la posizione di un corpo dalle osservazioni degli
effetti della sua gravità dovuta ad altri corpi.
Ovviamente Adams era molto fiducioso della sua teoria e di conseguenza nel "nuovo
pianeta". Un tentativo di Adams per dare ad Airy informazioni sul "nuovo pianeta" non gli riusci
quando Adams visitò Greenwich il 23 settembre mentre stava andando nella sua casa in
Cornovaglia.
Airy in quel periodo era in Francia.
Il 21 ottobre 1845 Adams fece un secondo tentativo per incontrare Airy a Cambridge.
Gli fu detto che Airy era a Londra, ma che sarebbe tornato presto. A questo punto Adams
tornò nel pomeriggio, ma Airy era a cena.
Airy aveva l'abitudine piuttosto strana di cenare alle 3,30 ogni pomeriggio così Adams
venne allontanato. A questo punto Adams lasciò un manoscritto con la sua ricerca sul l'orbita di
Urano in cui mostrava che, data l'orbita proposta per il nuovo pianeta, gli errori nella posizione di
Urano erano estremamente piccoli.
Airy a questo punto era chiaramente interessato al lavoro di Adams e il 5 novembre, scrisse
ad Adams chiedendogli quello che sembrava essere una domanda un pò tecnica. Voleva sapere se
il postulato "nuovo pianeta", spiegava , non solo le discrepanze nella longitudine di Urano, ma anche
le discrepanze nel suo raggio vettore.
Questa domanda è stata formulata dall’Airy per tentare di distinguere tra la teoria del
"nuovo pianeta" e il fallimento della legge dell’inverso del quadrato.
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Tuttavia Adams , visto il comportamento di Airy non rispose. A questo punto Adams decise di
cercare il nuovo pianeta da solo.
Intanto Il 10 novembre (1845) Le Verrier pubblicò il suo primo articolo relativo alle sue
indagini. In essa egli dimostrò che le perturbazioni sull'orbita di Urano a causa di Giove e Saturno,
non potevano spiegare le osservazioni.
Il 1 Giugno 1846 Le Verrier pubblicò un secondo articolo in cui mostrava che una varietà di
altre possibili cause non potevano spiegare l'orbita di Urano, e deduceva che l'unica causa possibile
poteva essere un pianeta ancora più lontano dal Sole oltre Urano.
A supporto di quanto scritto diede alcuni dettagli di una possibile orbita del "nuovo pianeta"
con una posizione prevista per l'inizio del 1847.
Le Verrier coinvolse l'Osservatorio di Parigi nella ricerca del nuovo pianeta, ma questi dopo
una breve ricerca ne persero l’interesse.
Il 23 giugno i documenti con i risultati di Le Verrier giunsero nella mani di Airy il quale
immediatamente si rese conto che le previsioni di Le Verrier e le previsioni di Adams per la
posizione del "nuovo pianeta" erano quasi identici.
Tre giorni più tardi scrisse a Le Verrier la stessa domanda circa il raggio vettore, come
aveva fatto con Adams .
Stranamente Airy , che ora sapeva che sia Adams che Le Verrier erano giunti a soluzioni
quasi identiche allo stesso problema, non disse nulla ne all’uno nell’altro.
Le Verrier rispose alla domanda di Airy dicendo che le
deviazioni erano effettivamente a causa di un "nuovo pianeta". Il 29
giugno Airy incontrò Challis e John Herschel a Greenwich e disse loro
che
... La probabilità di scoprire un nuovo pianeta in base a
deduzioni teoriche era possibile se l’osservatorio si fosse impegnato
nella ricercarlo.
Il 9 luglio Airy chiese a Challis di iniziare una ricerca presso
l'Osservatorio di Cambridge. Challis era un po 'riluttante: infatti egli
scrisse più tardi:
E’ una cosa cosi nuova l’intraprendere osservazioni facendo
affidamento a deduzioni puramente teoriche che sicuramente il lavoro
è certo mentre il successo alquanto dubbio .
Nonostante le sue riserve, Challis inizio la ricerca il 29 luglio 1846, registrando le stelle
nella zona predetta da Adams .
Egli osservò nelle notti del 29 e 30 luglio, del 4 e 12 agosto e registrò i risultati. Controllò
confrontando le prime 39 stelle registrate il 12 agosto, con quelle registrate il 30 Luglio.
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Se avesse continuato il suo confronto avrebbe scoperto il "nuovo pianeta", pianeta che aveva
registrato il 12 agosto, ma che non era nell'area di ricerca il 30 luglio. Aveva anche registrato il
pianeta il 4 agosto ma non confrontò mai questi dati.
Sempre nel mese di agosto John Herschel visitando un astrofilo, tale William Dawes gli
disse del "nuovo pianeta", ma, questi, dal momento che aveva solo un piccolo telescopio, pensò non
valesse la pena fare la ricerca.
Il 31 agosto Le Verrier pubblicò il suo terzo articolo sul "nuovo pianeta".
Questa volta dette anche i dettagli della orbita prevista e la massa.
Inoltre dedusse anche il diametro angolare e scrisse:
Dovrebbe essere possibile vedere il nuovo pianeta in buoni telescopi e distinguere le
dimensioni del suo disco. Questo è un punto molto importante .... se un semplice studio del suo
aspetto fisico può sostituire la determinazione rigorosa delle posizioni di tutte le stelle, la ricerca
procede molto più rapidamente.
Adams scrisse a Airy il 2 settembre dando ulteriori dettagli attraverso l'analisi del
problema. La sua prima soluzione era quella di assumere la distanza per il "nuovo pianeta" il
doppio rispetto a quello di Urano dal sole.
Egli era infelice per questa condizione arbitraria della sua soluzione e pertanto si era rifatto
all'analisi matematica per trovare una migliore stima della distanza del "nuovo pianeta", provando
con distanze diverse e con le perturbazioni osservate di Urano.
Nel frattempo Dawes, pur pensando (in questo
caso erroneamente) che non poteva osservare il
"nuovo pianeta", improvvisamente si ricordò del suo
amico William Lassell, un altro astrofilo , birraio di
mestiere, che aveva appena completato la costruzione
di un grande telescopio che sarebbe stato in grado di
registrare il disco del pianeta.
Pertanto scrisse a Lassell dandogli le posizione
previste di Adams .
Purtroppo Lassell si era slogato la caviglia ed era costretto a letto.
Lesse la lettera e la diede alla sua cameriera la quale la perse.
La notte successiva la caviglia non gli faceva più male, e per questo si mise a cercare,
invano, la lettera con le posizioni previste.
Come si può ben capire la sua possibilità di fama eterna era sfumata!
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Il 10 settembre John Herschel in una riunione della British Association a Southampton parlò
del "nuovo pianeta", Herschel era un matematico molto fine e riponeva molta fiducia nella
matematica, fiducia che molti astronomi all’epoca non avevano.
A questo punto Adams intende presentare un documento sulla sua ricerca in occasione della
riunione della British Association a Southampton.
Tuttavia, la sezione A, della British Association concluse la sua sessione un giorno prima del
previsto e per questo motivo Adams arrivò a Southampton troppo tardi per annunciare le sue
previsioni.
Nel frattempo Le Verrier scrive all’'astronomo tedesco Galle il 18
settembre chiedendogli di ricercare il "nuovo pianeta" nella sua
posizione prevista.
Galle ricevette la lettera in data 23 settembre e insieme al suo
assistente Heinrich D’Arrest iniziò la notte stessa la ricerca
nell’osservatorio di Berlino.
D’Arrest suggeri di utilizzare
l’ultima carta stellare che era stata
appena stata prodotta.
Ci vollero meno di 30 minuti per
individuare una stella non riportata sulla loro mappa.
Naturalmente sapevano di aver trovato il "nuovo pianeta",
ma aspettarono la conferma la notte seguente, osservando che si
era mosso rispetto alle stelle.
Di seguito la mappa stellare
previste e quella reale.
che mostra le posizioni
Galle scrisse a Le Verrier il
25 settembre, dicendo:
Monsieur, il pianeta di cui si
indicava la posizione esiste davvero.
Le Verrier replicò:
Vi ringrazio per la rapidità
con cui si è applicato alle mie
istruzioni.
Siamo così, grazie a voi, sicuramente in possesso di un nuovo mondo.
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Il Times riportò l'annuncio della scoperta di Galle, il 1 Ottobre 1846, con il titolo “ Pianeta Le
Verrier: Trovato “
Appena letto il titolo, Herschel scrisse a Lassell dicendogli:
Guardare per ricerca satelliti con tutte le possibili spedizioni.
Lassell iniziò ad osservare il 2 ottobre e il 10 ottobre scoprì la luna di Nettuno, Tritone.
Il 3 ottobre Herschel scrisse all'Ateneo di Cambridge rendendo pubblico il ruolo di Adams
nella scoperta di Nettuno.
I contributi di Adams, Challis e Airy sono stati pubblicati dalla Royal Astronomical Society.
Challis e Airy hanno riportato la storia delle predizioni di Adams mentre Adams pubblicò le sue
memorie “ nel libro
Una spiegazione delle irregolarità osservate nel moto di Urano, sull'ipotesi di disturbi causati
da un pianeta più distante, con una determinazione della massa, dell’orbita e la posizione del corpo
perturbatore “.
Una volta che l'orbita di Nettuno fu elaborata abbastanza bene, le osservazione più vecchie
furono controllate per vedere se fosse stato registrato in precedenza.
Quando si scopri che Lalande l’8 e il 10 Maggio 1795 aveva registrato la posizione di
Nettuno, contrassegnandola come una stella dubbia, senza aversi mai preso la briga di fare
ulteriori osservazioni per confermare i dati che certamente avrebbero portato alla scoperta di
Nettuno, ebbene questa notizia fece dire a Airy che
Challis non aveva colpa per la mancata scoperta di
Nettuno.
Una volta che l'orbita di Nettuno è stata calcolata
bene si è notato che sia Adams che Le Verrier sono stati
abbastanza fortunati con le loro previsioni.
Infatti entrambi avevano previsto posizioni che erano
molto vicine alla posizione attuale, ma entrambi avevano
previsto orbite
ove
Nettuno
sarebbe stato
vicino alla sua
posizione prevista intorno al 1840-1850, mentre altre
volte ( ci vogliono circa 165 anni per completare
un'orbita e in questo periodo ne ha portato a termine
una dal tempo dalla sua scoperta ) sarebbe stato molto
lontano dalle posizioni previste da Adams e Le Verrier.
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Nettuno: il trionfo della matematica
Il sistema solare non si è comportato come previsto.
Infatti Nettuno non ha seguito l'orbita calcolata, anche dopo aver preso in considerazione
l'attrazione gravitazionale di tutti gli altri pianeti conosciuti.
Percival Lowell (1855-1916), un astronomo americano,
interessato a Marte iniziò un'analisi matematica dell'orbita di
Urano, che era conosciuta in modo più preciso di quella di
Nettuno e nonostante ciò Nettuno non è riuscito a seguire il suo
percorso previsto.
Nel 1905 Lowell completando la mastodontica analisi dei
dati previde l'esistenza di un pianeta al di là di Nettuno, che era
responsabile per le perturbazioni.
Nel 1905, naturalmente, le osservazioni astronomiche
erano notevolmente migliorate grazie alla fotografia.
Una ricerca fu avviata presso l'Osservatorio Flagstaff nel
1915 e per i successivi due anni fotografarono la zona del cielo
in cui era stato previsto il "Pianeta X", come lo chiamava Lowell.
Non trovandosi nulla Lowell rifece l’analisi matematica, fatto questo, si fotografò
nuovamente la zona del cielo dove le sue previsioni collocavano il Pianeta X.
In realtà ci sono immagini di Plutone ( il pianeta X di Lowell ) su queste foto, ma è talmente
debole che non è stato riconosciuto.
Ma questa è un'altra storia
Relatori lezioni online:
Antonio De Pieri
Grafica:
Dany Gozzi
Realizzazione dispense:
Antonio De Pieri
Testi lezioni:
Antonio De Pieri
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