El planeta Neptuno fue predicho matemáticamente antes de ser observado directamente. Con una predicción de Urbain Le Verrier , las observaciones telescópicas que confirmaron la existencia de un planeta mayor se realizaron en la noche del 23 al 24 de septiembre, equinoccio de otoño de 1846, [1] en el Observatorio de Berlín , por el astrónomo Johann Gottfried Galle (ayudado por Heinrich Louis d'Arrest ), trabajando a partir de los cálculos de Le Verrier. Fue un momento sensacional de la ciencia del siglo XIX y una confirmación dramática de la teoría gravitacional de Newton . En la acertada frase de François Arago , Le Verrier había descubierto un planeta "con la punta de su pluma".
En retrospectiva, después de su descubrimiento, resultó que había sido observado muchas veces antes, pero no reconocido, y hubo otros que hicieron cálculos sobre su ubicación que no llevaron a su observación. En 1846, el planeta Urano había completado casi una órbita completa desde su descubrimiento por William Herschel en 1781, y los astrónomos habían detectado una serie de irregularidades en su trayectoria que no podían explicarse por completo mediante la ley de gravitación universal de Newton . Sin embargo, estas irregularidades podrían resolverse si la gravedad de un planeta más lejano y desconocido estuviera perturbando su trayectoria alrededor del Sol.
En 1845, los astrónomos Urbain Le Verrier en París y John Couch Adams en Cambridge comenzaron por separado los cálculos para determinar la naturaleza y la posición de dicho planeta. El éxito de Le Verrier también condujo a una tensa disputa internacional sobre la prioridad, porque poco después del descubrimiento George Airy , en ese momento astrónomo real británico , anunció que Adams también había predicho el descubrimiento del planeta. [2] Sin embargo, la Royal Society le otorgó a Le Verrier la medalla Copley en 1846 por su logro, sin mencionar a Adams. [3] Sin embargo, la Royal Society también le otorgó a Adams la medalla Copley en 1848.
El descubrimiento de Neptuno condujo al descubrimiento de su luna, Tritón , por William Lassell solo diecisiete días después. [4]
Neptuno es demasiado tenue para ser visible a simple vista : su magnitud aparente nunca es más brillante que 7,7. [5] Por lo tanto, las primeras observaciones de Neptuno solo fueron posibles después de la invención del telescopio . Hay evidencia de que Neptuno fue visto y registrado por Galileo Galilei en 1613, Jérôme Lalande en 1795 y John Herschel en 1830, pero no se sabe que ninguno lo haya reconocido como un planeta en ese momento. [6] Estas observaciones previas al descubrimiento fueron importantes para determinar con precisión la órbita de Neptuno. Neptuno aparecería de manera prominente incluso en los primeros telescopios, por lo que es probable que haya otros registros de observaciones anteriores al descubrimiento. [7]
Los dibujos de Galileo muestran que observó a Neptuno el 28 de diciembre de 1612 y nuevamente el 27 de enero de 1613; [8] en ambas ocasiones, Galileo confundió a Neptuno con una estrella fija cuando apareció muy cerca (en conjunción ) a Júpiter en el cielo nocturno . [9] Históricamente se pensó que él creía que era una estrella azul fija, por lo que no se le atribuye su descubrimiento. En el momento de su primera observación en diciembre de 1612, estaba estacionaria en el cielo porque acababa de volverse retrógrada ese mismo día; debido a que recién estaba comenzando su ciclo retrógrado anual, se pensó que el movimiento de Neptuno era demasiado leve y su tamaño aparente demasiado pequeño para parecer claramente un planeta en el pequeño telescopio de Galileo . [10] Sin embargo, en julio de 2009, el físico de la Universidad de Melbourne David Jamieson anunció nueva evidencia que sugería que Galileo era de hecho consciente de que había descubierto algo inusual sobre esta "estrella". Galileo, en uno de sus cuadernos, anotó el movimiento de una estrella de fondo (Neptuno) el 28 de enero y un punto (en la posición de Neptuno) dibujado con una tinta diferente sugiere que lo encontró en un boceto anterior, dibujado la noche del 6 de enero, lo que sugiere una búsqueda sistemática entre sus observaciones anteriores. Sin embargo, hasta ahora no hay evidencia clara de que identificara este objeto en movimiento como un planeta, ni de que publicara estas observaciones del mismo. No hay evidencia de que alguna vez intentara observarlo nuevamente. [11]
En 1847, Sears C. Walker , del Observatorio Naval de los Estados Unidos, buscó en registros históricos y estudios posibles avistamientos del planeta Neptuno antes del descubrimiento . Encontró que las observaciones realizadas por el personal de Lalande en el Observatorio de París en 1795 apuntaban en la dirección de la posición de Neptuno en el cielo. En las observaciones del catálogo del 8 y del 10 de mayo de 1795 se observó una estrella en la posición aproximada esperada para Neptuno. La incertidumbre de la posición se anotó con dos puntos. Esta notación también se utilizó para indicar un error de observación, por lo que no fue hasta que se revisaron los registros originales del observatorio que se estableció con certeza que el objeto era Neptuno y que el error de posición en las observaciones realizadas con dos noches de diferencia se debía al movimiento del planeta en el cielo. [12] El descubrimiento de estos registros de la posición de Neptuno en 1795 condujo a un mejor cálculo de la órbita del planeta. [13]
John Herschel casi descubrió Neptuno de la misma manera que su padre, William Herschel , había descubierto Urano en 1781: por observación casual. En una carta de 1846 a Wilhelm Struve , John Herschel afirma que observó a Neptuno durante un barrido del cielo el 14 de julio de 1830. Aunque su telescopio era lo suficientemente potente como para resolver a Neptuno en un pequeño disco azul y mostrar que era un planeta, no lo reconoció en ese momento y lo confundió con una estrella. [14]
En 1821, Alexis Bouvard había publicado tablas astronómicas de la órbita de Urano , haciendo predicciones de posiciones futuras basadas en las leyes de movimiento y gravitación de Newton . [15] Observaciones posteriores revelaron desviaciones sustanciales de las tablas, lo que llevó a Bouvard a plantear la hipótesis de algún cuerpo perturbador. [16] Estas irregularidades, tanto en la longitud eclíptica del planeta como en su radio vector (su distancia al Sol), podrían haberse explicado por varias hipótesis: el efecto de la gravedad del Sol a una distancia tan grande podría diferir de la descripción de Newton; o las discrepancias podrían ser simplemente un error de observación; o tal vez Urano estaba siendo atraído o perturbado por un planeta no descubierto. [ cita requerida ]
John Couch Adams se enteró de estas irregularidades cuando todavía era estudiante y se convenció de la hipótesis de la perturbación. Adams creía que podía utilizar los datos observados sobre Urano y la ley de gravitación de Newton para deducir la masa , la posición y la órbita del cuerpo perturbador. [ cita requerida ] Después de sus exámenes finales en 1843, Adams fue elegido miembro de su universidad [17] y pasó las vacaciones de verano en Cornualles comenzando sus cálculos. [ cita requerida ]
En términos modernos, el problema es un problema inverso : un intento de deducir los parámetros de un modelo matemático a partir de datos observados. Aunque el problema es simple para las matemáticas modernas y las computadoras electrónicas , en ese momento implicaba muchos cálculos manuales laboriosos. Adams comenzó asumiendo una posición nominal para el cuerpo hipotético, utilizando la ley empírica de Bode . Luego calculó la trayectoria proyectada de Urano dada la posición supuesta del cuerpo perturbador y luego calculó la diferencia entre su trayectoria proyectada y las observaciones registradas. Luego ajustó las características del cuerpo perturbador en función de estas diferencias y repitió el proceso, realizando esencialmente un análisis de regresión . [ cita requerida ]
El 13 de febrero de 1844, James Challis , director del Observatorio de Cambridge , se puso en contacto con el astrónomo real George Biddell Airy en el Observatorio Real de Greenwich y solicitó datos sobre la posición de Urano para Adams. [1] Adams completó algunos cálculos el 18 de septiembre de 1845. [1]
Se supone que Adams comunicó su trabajo a Challis a mediados de septiembre de 1845, pero hay cierta controversia sobre cómo lo hizo. La historia y la fecha de esta comunicación solo parecen haber salido a la luz en una carta de Challis al Athenaeum fechada el 17 de octubre de 1846. [18] Sin embargo, no se identificó ningún documento hasta 1904, cuando el astrónomo Ralph Allan Sampson encontró una nota en los papeles de Adams que describe "el Nuevo Planeta" y está respaldada, con una letra que no es de Adams, con la nota "Recibido en septiembre de 1845". [19] [18] Aunque esto se ha tomado a menudo para establecer la prioridad de Adams, [3] [20] algunos historiadores han cuestionado su autenticidad sobre la base de que "el Nuevo Planeta" no era un término corriente en 1845, [21] y sobre la base de que la nota está fechada después del hecho por alguien que no es Adams. [22] Además, los resultados de los cálculos son diferentes de los que se comunicaron a Airy unas semanas después. [18] Adams ciertamente no le dio a Challis cálculos detallados [3] y Challis no se impresionó con la descripción de su método de aproximación sucesiva de la posición del cuerpo, ya que no estaba dispuesto a iniciar un laborioso programa de observación en el observatorio. Challis finalmente comentaría que "si bien el trabajo era seguro, el éxito parecía ser muy incierto". [21]
Mientras tanto, el 10 de noviembre de 1845, Urbain Le Verrier presentó a la Academia de Ciencias de París una memoria sobre Urano y demostró que la teoría preexistente no explicaba su movimiento. [20] Sin conocer el trabajo de Adams, intentó una investigación similar y el 1 de junio de 1846, en una segunda memoria presentada en una reunión pública de la Academia, dio la posición, pero no la masa ni la órbita, del cuerpo perturbador propuesto. Le Verrier situó a Neptuno a un grado de su posición de descubrimiento. [23]
Al recibir en Inglaterra la noticia de la predicción de junio de Le Verrier, George Airy reconoció inmediatamente la similitud de las soluciones de Le Verrier y Adams. Hasta ese momento, el trabajo de Adams había sido poco más que una curiosidad, pero la confirmación independiente de Le Verrier impulsó a Airy a organizar un intento secreto para encontrar el planeta. [24] [25] En una reunión de julio de 1846 de la Junta de Visitantes del Observatorio de Greenwich, con Challis y Sir John Herschel presentes, Airy sugirió que Challis buscara urgentemente el planeta con el telescopio ecuatorial Cambridge de 11,25 pulgadas , "con la esperanza de rescatar la materia de un estado que es ... casi desesperado". [26] La búsqueda comenzó mediante un método laborioso el 29 de julio. [3] Adams continuó trabajando en el problema, proporcionando al equipo británico seis soluciones en 1845 y 1846 [22] [27] que hicieron que Challis buscara en la parte equivocada del cielo. Sólo después de que se anunció el descubrimiento de Neptuno en París y Berlín se hizo evidente que Neptuno había sido observado el 8 y el 12 de agosto, pero como Challis carecía de un mapa estelar actualizado, no fue reconocido como planeta. [20]
Le Verrier no sabía que su confirmación pública de los cálculos privados de Adams había puesto en marcha una búsqueda británica del supuesto planeta. El 31 de agosto, Le Verrier presentó una tercera memoria, en la que se indicaba la masa y la órbita del nuevo cuerpo. Tras no haber tenido éxito en sus esfuerzos por interesar a ningún astrónomo francés en el problema, Le Verrier finalmente envió sus resultados por correo a Johann Gottfried Galle en el Observatorio de Berlín . [ cita requerida ]
Galle recibió la carta de Le Verrier en la mañana del 23 de septiembre. Galle, un asistente en el Observatorio de Berlín , procedió a pedirle al director del observatorio, Johann Franz Encke , que usara su telescopio Fraunhofer (apertura de 9 pulgadas /24,4 cm). Encke celebró su 55 cumpleaños ese día y permitió el uso del telescopio. La conversación de Galle y Encke fue escuchada por Heinrich Louis d'Arrest , un estudiante que trabajaba en el observatorio, quien emocionado le pidió a Galle permiso para unirse a las observaciones. Galle permitió que d'Arrest se uniera e incluso le pidió que realizara los preparativos. Al principio siguieron las instrucciones de Le Verrier para buscar un disco en el cielo, pero sin éxito. También utilizaron el mapa del cielo estándar, pero pronto notaron que faltaban estrellas en este mapa del cielo. d'Arrest sugirió que un mapa del cielo publicado recientemente, Hora XXI, podría compararse con el cielo actual para buscar la característica de desplazamiento de un planeta , en lugar de una estrella estacionaria . Este mapa formaba parte de una serie que estaba esperando otro mapa, por lo que no se distribuyó en todo el mundo en ese momento. Con el mapa estelar en sus manos regresaron al telescopio Fraunhofer. Galle estaba en el telescopio leyendo las posiciones de las estrellas mientras que d'Arrest estaba sentado en una mesa cercana y verificaba las coordenadas con el mapa de Hora XXI. No pasó mucho tiempo antes de que d'Arrest exclamara: "¡Esa estrella no está en el mapa!". [28]
El descubrimiento se hizo gracias al mapa celeste Hora XXI de la Academia de Ciencias de Berlín, completado por Carl Bremiker . [28] Originalmente, Bessel propuso un plan para crear mapas estelares para ayudar al descubrimiento de cometas y planetas menores . En este plan, los catálogos de Bradley , Lalande y Piazzi se reducirían de acuerdo con un esquema uniforme y se cotejarían con los catálogos de zonas dentro de los 15 grados del ecuador . Las estrellas catalogadas se complementarían con estrellas no catalogadas que pudieran verse en un "buscador de cometas". Veinticuatro astrónomos participarían en el trabajo, cada uno de los cuales realizaría una hora de ascensión recta . [29] El trabajo en el mapa Hora XXI comenzó en 1826, pero no se completó hasta 1844 y se imprimió en 1845. [28]
Neptuno fue descubierto poco después de medianoche, [1] después de menos de una hora de búsqueda y a menos de un grado de la posición que había predicho Le Verrier, una coincidencia notable. Después de dos noches más de observaciones en las que se verificaron su posición y movimiento, Galle respondió a Le Verrier con asombro: "el planeta cuyo lugar has [calculado] realmente existe " (énfasis en el original). El telescopio del descubrimiento era un refractor acromático de montura ecuatorial de la firma Merz und Mahler de Joseph Fraunhofer . [30]
Al anunciarse el descubrimiento, Herschel, Challis y Richard Sheepshanks , secretario de Asuntos Exteriores de la Royal Astronomical Society , anunciaron que Adams ya había calculado las características y la posición del planeta. Airy, finalmente, publicó un relato de las circunstancias, y las memorias de Adams se imprimieron como apéndice del Almanaque Náutico . [20] Sin embargo, parece que la versión publicada por Airy había sido editada por la omisiòn de una "fase crucial" para disfrazar el hecho de que Adams había citado solamente la longitud media y no los elementos orbitales. [21]
En Francia e Inglaterra surgió una gran controversia sobre los méritos de los dos astrónomos. En Inglaterra, Airy fue muy criticado. Adams era un joven tímido que, naturalmente, se resistía a publicar un resultado que pudiera establecer o arruinar su carrera. Airy y Challis fueron criticados, en particular por James Glaisher , [3] por no haber ejercido su papel adecuado como mentores de un joven talento. Challis se mostró arrepentido, pero Airy defendió su propia conducta, afirmando que la búsqueda de un planeta no era la función del Observatorio de Greenwich. En general, Airy ha sido defendido por sus biógrafos. [3] En Francia, las afirmaciones hechas a favor de un inglés desconocido fueron criticadas por restarle mérito al logro de Le Verrier . [20]
La Royal Society otorgó a Le Verrier la medalla Copley en 1846 por su logro, sin mencionar a Adams, pero la reputación académica de Adams en Cambridge y en la sociedad estaba asegurada. [3] Cuando se conocieron los hechos, algunos astrónomos británicos impulsaron la opinión de que los dos astrónomos habían resuelto independientemente el problema de Neptuno y atribuyeron la misma importancia a cada uno. [3] [20] Pero el propio Adams reconoció públicamente la prioridad y el crédito de Le Verrier (sin olvidar mencionar el papel de Galle) en el documento que presentó a la Royal Astronomical Society en noviembre de 1846:
Menciono estas fechas simplemente para demostrar que mis resultados fueron obtenidos de manera independiente y antes de la publicación de los de M. Le Verrier, y no con la intención de interferir con sus justas reivindicaciones a los honores del descubrimiento; porque no hay duda de que sus investigaciones fueron publicadas por primera vez en el mundo y condujeron al descubrimiento real del planeta por el Dr. Galle, de modo que los hechos mencionados anteriormente no pueden restar, en lo más mínimo, el crédito debido a M. Le Verrier.
—Adams (1846) [31]
Poco después se criticó a Adams y Le Verrier por haber sido demasiado optimistas en la precisión que afirmaban tener en sus cálculos y que ambos habían sobreestimado enormemente, al utilizar la ley de Bode , la distancia del planeta al Sol. Además, se sugirió que ambos habían logrado obtener la longitud casi correcta sólo por una "casualidad de sincronización orbital". Esta crítica fue discutida en detalle por Danjon (1946) [2] , quien ilustró con un diagrama y una discusión que, si bien las órbitas hipotéticas calculadas tanto por Le Verrier como por Adams para el nuevo planeta eran de hecho de un tamaño muy diferente en general al del Neptuno real (y en realidad similares entre sí), ambas estaban mucho más cerca del Neptuno real en ese segmento crucial de la órbita que abarca el intervalo de años para el que se hicieron las observaciones y los cálculos que en el resto de las órbitas calculadas. Por lo tanto, se demostró que el hecho de que ambos calculadores utilizaran un eje mayor orbital mucho más grande que el real no era tan importante y no era el parámetro más relevante. [ cita requerida ]
El nuevo planeta, llamado inicialmente «Le Verrier» por François Arago , recibió por consenso el nombre neutro de Neptuno. Su predicción matemática fue una gran hazaña intelectual, pero demostró también que la ley de gravitación de Newton, que Airy casi había puesto en tela de juicio, prevalecía incluso en los límites del Sistema Solar . [20]
Adams no guardaba ningún rencor hacia Challis o Airy [3] y reconoció su propio fracaso a la hora de convencer al mundo astronómico: [21]
Sin embargo, no podía esperar que los astrónomos prácticos, que ya estaban plenamente ocupados con importantes trabajos, sintieran tanta confianza en los resultados de mis investigaciones como yo mismo.
Por el contrario, Le Verrier era arrogante y asertivo, lo que permitió que el establishment científico británico cerrara filas detrás de Adams mientras que los franceses, en general, encontraron poca simpatía por Le Verrier. [21] Entre 1874 y 1876, Adams fue presidente de la Royal Astronomical Society cuando le correspondió entregar la Medalla de Oro del año de la RAS a Le Verrier. [20]
La creencia convencional de que el descubrimiento de Neptuno debería "atribuirse tanto a Adams como a Le Verrier" [32] ha sido cuestionada recientemente [33], poniendo en duda los relatos de Airy, Challis y Adams en 1846. [34] [35]
En 1999, la correspondencia de Adams con Airy, que se había perdido en el Observatorio Real de Greenwich, fue redescubierta en Chile entre las posesiones del astrónomo Olin J. Eggen después de su muerte. [36] En una entrevista en 2003, el historiador Nicholas Kollerstrom concluyó que la afirmación de Adams sobre Neptuno era mucho más débil de lo que se había sugerido, ya que había vacilado repetidamente sobre la ubicación exacta del planeta, con estimaciones que oscilaban en 20 grados de arco. El papel de Airy como el superior inflexible que ignoraba deliberadamente al joven intelecto advenedizo fue, según Kollerstrom, en gran parte construido después de que se encontró el planeta, para aumentar el crédito de Adams, y por lo tanto de Gran Bretaña, por el descubrimiento. [37] Un artículo posterior de Scientific American escrito por Sheehan, Kollerstrom y Waff afirmó con más audacia "Los británicos robaron Neptuno" y concluyó "El logro fue solo de Le Verrier". [38]
Incluso antes del descubrimiento de Neptuno, algunos especulaban que un solo planeta no era suficiente para explicar la discrepancia en la órbita de Urano. El 17 de noviembre de 1834, el astrónomo aficionado británico reverendo Thomas John Hussey informó a Airy de una conversación que había tenido con Bouvard. Hussey informó que cuando sugirió a Bouvard que el movimiento inusual de Urano podría deberse a la influencia gravitatoria de un planeta no descubierto, Bouvard respondió que la idea se le había ocurrido y que había mantenido correspondencia con Peter Andreas Hansen , director del Observatorio Seeberg en Gotha , sobre el tema. La opinión de Hansen era que un solo cuerpo no podía explicar adecuadamente el movimiento de Urano, y postuló que había dos planetas más allá de Urano. [39]
En 1848, Jacques Babinet planteó una objeción a los cálculos de Le Verrier, afirmando que la masa observada de Neptuno era menor y su órbita mayor de lo que Le Verrier había predicho inicialmente. Postuló, basándose principalmente en una simple resta de los cálculos de Le Verrier, que debía existir otro planeta de aproximadamente 12 masas terrestres, al que llamó "Hiperión", más allá de Neptuno. [39] Le Verrier denunció la hipótesis de Babinet, diciendo: "[No hay] absolutamente nada por lo que se pueda determinar la posición de otro planeta, salvo hipótesis en las que la imaginación haya jugado un papel demasiado importante". [39]
Hasta 2024, no se ha encontrado ningún planeta grande más allá de Neptuno que explique la supuesta discrepancia, a pesar del descubrimiento de objetos transneptunianos (el más notable, Plutón ). Si bien la comunidad astronómica está ampliamente de acuerdo en que el "Planeta X", como se imaginó originalmente, no existe, varios astrónomos han recuperado el concepto de un planeta aún no observado para explicar otras anomalías observadas en el Sistema Solar exterior. [40]
El telescopio del Observatorio de Nuevo Berlín (1835-1913) que descubrió a Neptuno era un refractor acromático con una apertura de 9 pulgadas parisinas (9,6 pulgadas inglesas o 24,4 cm). Fabricado por la firma del fallecido Joseph Fraunhofer , Merz und Mahler , fue un telescopio de alto rendimiento de su época, con uno de los dobletes acromáticos más grandes disponibles y una montura ecuatorial finamente hecha , con un mecanismo de reloj para mover el tubo principal de 4 m (13,4′) al mismo ritmo que la rotación de la Tierra . Finalmente, el telescopio fue trasladado al Deutsches Museum de Múnich , Alemania, donde todavía se puede ver como una exhibición. [41] [42]
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