El planeta Neptuno fue predicho matemáticamente antes de ser observado directamente. Con una predicción de Urbain Le Verrier , las observaciones telescópicas que confirmaban la existencia de un planeta importante fueron realizadas en la noche del 23 al 24 de septiembre de 1846, [1] en el Observatorio de Berlín , por el astrónomo Johann Gottfried Galle (asistido por Heinrich Louis d' Arrest ), 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 newtoniana . Según 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 enteramente mediante la ley de gravitación universal de Newton . Sin embargo, estas irregularidades podrían resolverse si la gravedad de un planeta desconocido más lejano perturbara su trayectoria alrededor del Sol.
En 1845, los astrónomos Urbain Le Verrier en París y John Couch Adams en Cambridge comenzaron por separado cálculos para determinar la naturaleza y posición de dicho planeta. El éxito de Le Verrier también provocó una tensa disputa internacional sobre la prioridad, porque poco después del descubrimiento, George Airy , entonces astrónomo real británico , anunció que Adams también había predicho el descubrimiento del planeta. [2] Sin embargo, la Royal Society otorgó a Le Verrier la medalla Copley en 1846 por su logro, sin mencionar a Adams. [3] La Royal Society, sin embargo, también otorgó a Adams la medalla Copley en 1848.
El descubrimiento de Neptuno llevó al descubrimiento de su luna, Tritón , por William Lassell apenas 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 sólo 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 destacada incluso en los primeros telescopios, por lo que es probable que se produzcan otros registros de observación previos 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 ) de Júpiter en el cielo nocturno . [9] Históricamente se pensaba 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 estacionario en el cielo porque acababa de volverse retrógrado ese mismo día; Como apenas estaba comenzando su ciclo retrógrado anual, se pensaba que el movimiento de Neptuno era demasiado ligero 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 David Jamieson de la Universidad de Melbourne anunció nuevas pruebas que sugerían que Galileo era consciente de haber descubierto algo inusual acerca de esta "estrella". Galileo, en uno de sus cuadernos, notó el movimiento de una estrella de fondo (Neptuno) el 28 de enero y un punto (en la posición de Neptuno) dibujado con otra tinta sugiere que lo encontró en un boceto anterior, dibujado la noche de enero. 6, sugiriendo una búsqueda sistemática entre sus observaciones anteriores. Sin embargo, hasta el momento no hay pruebas claras de que haya identificado este objeto en movimiento como un planeta, ni de que haya publicado estas observaciones del mismo. No hay evidencia de que alguna vez haya intentado observarlo nuevamente. [11]
En 1847, Sears C. Walker , del Observatorio Naval de Estados Unidos, buscó en registros históricos y estudios en busca de posibles avistamientos previos al descubrimiento del planeta Neptuno. Descubrió que las observaciones realizadas por el personal de Lalande en el Observatorio de París en 1795 estaban en la dirección de la posición de Neptuno en el cielo. En las observaciones del catálogo del 8 de mayo y nuevamente 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 utilizaba 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 el error de posición en las observaciones realizadas con dos noches de diferencia se debía a la posición del planeta. movimiento a través del 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 convertir a Neptuno en un pequeño disco azul y demostrar 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 de la eclíptica del planeta como en su radio vector (su distancia al Sol), podrían haber sido explicadas 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 errores de observación; o tal vez Urano estaba siendo atraído, o perturbado, por un planeta no descubierto. [ cita necesaria ]
John Couch Adams se enteró de estas irregularidades cuando aún era estudiante y se convenció de la hipótesis de la perturbación. Adams creía que podía utilizar los datos observados en Urano y la ley de gravitación de Newton para deducir la masa , la posición y la órbita del cuerpo perturbador. [ cita necesaria ] Después de sus exámenes finales en 1843, Adams fue elegido miembro de su universidad [17] y pasó las vacaciones de verano en Cornualles comenzando a realizar sus cálculos. [ cita necesaria ]
En términos modernos, el problema es 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 cálculos manuales muy 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 basándose en estas diferencias y repitió el proceso, esencialmente realizando un análisis de regresión . [ cita necesaria ]
El 13 de febrero de 1844, James Challis , director del Observatorio de Cambridge , contactó 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 ciertamente completó algunos cálculos el 18 de septiembre de 1845. [1]
Adams supuestamente comunicó su trabajo a Challis a mediados de septiembre de 1845, pero existe cierta controversia sobre cómo. La historia y la fecha de esta comunicación sólo parecen haber salido a la luz en una carta de Challis al Ateneo 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 documentos de Adams. que describe "el Nuevo Planeta" y está respaldado, con una letra que no es la de Adams, con la nota "Recibido en septiembre de 1845". [19] [18] Aunque esto a menudo se ha tomado 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 comunicados a Airy unas semanas después. [18] Adams ciertamente no le dio a Challis ningún cálculo detallado [3] y Challis no quedó impresionado por la descripción de su método de aproximar sucesivamente la posición del cuerpo, y 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 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 ubicó 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 de Cambridge de 11,25 pulgadas , "con la esperanza de rescatar la cuestión de un Estado que está... casi desesperado". [26] La búsqueda se inició mediante un laborioso método el 29 de julio. [3] Adams continuó trabajando en el problema, proporcionando al equipo británico seis soluciones en 1845 y 1846 [22] [27] que enviaron a Challis a buscar 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, que ahora da la masa y la órbita del nuevo cuerpo. Habiendo fracasado en sus esfuerzos por interesar a algún astrónomo francés en el problema, Le Verrier finalmente envió sus resultados por correo a Johann Gottfried Galle en el Observatorio de Berlín . [ cita necesaria ]
Galle recibió la carta de Le Verrier la mañana del 23 de septiembre. Galle, asistente del Observatorio de Berlín , procedió a pedirle al director del observatorio, Johann Franz Encke , que utilizara su telescopio Fraunhofer (apertura de 9 pulgadas /24,4 cm). Encke celebró ese día su 55 cumpleaños 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 permiso a Galle 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 de buscar un disco en el cielo pero sin éxito. También utilizaron el mapa celeste estándar, pero pronto notaron que faltaban estrellas en este mapa celeste. d'Arrest sugirió que un mapa del cielo publicado recientemente, Hora XXI, podría compararse con el cielo actual para buscar el desplazamiento característico de un planeta , a diferencia del de una estrella estacionaria . Este mapa era parte de una serie, que estaba esperando otro mapa, razón por la cual no se distribuyó a nivel mundial en este momento. Con el mapa estelar en la mano regresaron al telescopio Fraunhofer. Galle estaba en el telescopio leyendo las posiciones de las estrellas mientras d'Arrest estaba sentado en una mesa cercana y comparaba las coordenadas con el mapa Hora XXI. No pasó mucho tiempo antes de que d'Arrest exclamara: "¡Esa estrella no está en el mapa!". [28]
El descubrimiento se realizó gracias al mapa celeste Hora XXI de la Academia de Ciencias de Berlín realizado 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 según un esquema uniforme y se cotejarían con los catálogos de zonas dentro de los 15 grados del ecuador . Las estrellas catalogadas debían complementarse con estrellas no catalogadas que pudieran verse en un "buscador de cometas". En el trabajo participarían veinticuatro astrónomos, cada uno de los cuales realizaría una hora de ascensión recta . [29] El trabajo en el gráfico 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 1 grado de la posición que Le Verrier había predicho, una coincidencia notable. Después de dos noches más de observaciones en las que se comprobó su posición y su movimiento, Galle respondió con asombro a Le Verrier: "el planeta cuyo lugar usted ha [calculado] existe realmente " (énfasis en el original). El telescopio descubierto fue un refractor acromático montado en el ecuador de la empresa Merz und Mahler de Joseph Fraunhofer . [30]
Al anunciar 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 publicó extensamente un relato de las circunstancias y las memorias de Adams se imprimieron como apéndice del Nautical Almanac . [20] Sin embargo, parece que la versión publicada por Airy había sido editada por la omisión de una "fase crucial" para disfrazar el hecho de que Adams había citado sólo la longitud media y no los elementos orbitales. [21]
En Francia e Inglaterra surgió una viva controversia sobre los méritos de los dos astrónomos. Hubo muchas críticas hacia Airy en Inglaterra. Adams era un joven tímido que naturalmente se mostraba reacio a publicar un resultado que pudiera establecer o arruinar su carrera. Airy y Challis fueron criticados, particularmente por James Glaisher , [3] por no ejercer su papel adecuado como mentores de un joven talento. Challis se arrepintió, pero Airy defendió su propio comportamiento, afirmando que la búsqueda de un planeta no era 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 consideradas una resta de crédito debido a los logros 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] A medida que se conocieron los hechos, algunos astrónomos británicos impulsaron la opinión de que los dos astrónomos habían resuelto de forma independiente 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 artículo que entregó a la Royal Astronomical Society en noviembre de 1846:
Menciono estas fechas simplemente para mostrar que llegué a mis resultados independientemente y antes de la publicación de los del señor Le Verrier, y no con la intención de interferir con sus justos derechos a los honores del descubrimiento; porque no hay duda de que sus investigaciones fueron publicadas por primera vez al mundo y condujeron al descubrimiento real del planeta por el Dr. Galle, de modo que los hechos expuestos anteriormente no pueden restar valor, en lo más mínimo, al crédito debido a M. El Verrier.
—Adams (1846) [31]
Poco después se criticó que tanto Adams como Le Verrier habían sido demasiado optimistas en la precisión que afirmaban para sus cálculos y que ambos, utilizando la ley de Bode , habían sobreestimado enormemente la distancia del planeta al sol. Además, se sugirió que ambos lograron obtener la longitud casi correcta sólo debido a una "casualidad en la 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 en realidad de tamaño muy diferente en general al del planeta real. Neptuno (y en realidad similares entre sí), ambos estaban mucho más cerca del Neptuno real en ese segmento crucial de la órbita que cubre el intervalo de años para el cual se realizaron las observaciones y cálculos, que en el resto de las órbitas calculadas. Por lo tanto, se demostró que el hecho de que ambas calculadoras utilizaran un eje mayor orbital mucho más grande que el real no era tan importante ni era el parámetro más relevante. [ cita necesaria ]
El nuevo planeta, inicialmente llamado "Le Verrier" por François Arago , recibió por consenso el nombre neutro de Neptuno. Su predicción matemática fue una gran hazaña intelectual, pero también demostró que la ley de gravitación de Newton, que Airy casi había puesto en duda, prevalecía incluso en los límites del Sistema Solar . [20]
Adams no tenía ningún resentimiento hacia Challis o Airy [3] y reconoció su propio fracaso para 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, encontraban poca simpatía por Le Verrier. [21] En 1874-1876, Adams era presidente de la Real Sociedad Astronómica cuando le correspondió presentar la Medalla de Oro RAS del año a Le Verrier. [20]
La sabiduría 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 tras 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 entre 20 grados de arco. El papel de Airy como superior obstinado que ignora deliberadamente al joven intelecto advenedizo fue, según Kollerstrom, construido en gran medida después de que se encontró el planeta, con el fin de 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 más audazmente "Los británicos robaron Neptuno" y concluyó "El logro fue sólo de Le Verrier". [38]
Incluso antes del descubrimiento de Neptuno, algunos especulaban que un planeta por sí solo no era suficiente para explicar la discrepancia en la órbita de Urano. El 17 de noviembre de 1834, el astrónomo aficionado británico, el reverendo Thomas John Hussey, informó a Airy de una conversación que había tenido con Bouvard. Hussey informó que cuando le sugirió a Bouvard que el movimiento inusual de Urano podría deberse a la influencia gravitacional de un planeta no descubierto, Bouvard respondió que se le había ocurrido la idea y que había mantenido correspondencia con Peter Andreas Hansen , director del Seeberg. Observatorio de 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 más pequeña y su órbita más grande de lo que Le Verrier había predicho inicialmente. Postuló, basándose en gran medida en una simple resta de los cálculos de Le Verrier, que otro planeta de aproximadamente 12 masas terrestres, al que llamó "Hyperion", debe existir más allá de Neptuno. [39] Le Verrier denunció la hipótesis de Babinet, diciendo: "[No hay] absolutamente nada mediante el cual se pueda determinar la posición de otro planeta, salvo hipótesis en las que la imaginación juega un papel demasiado importante". [39]
Hasta 2024, no se ha encontrado ningún planeta grande más allá de Neptuno que pueda explicar cualquier supuesta discrepancia, a pesar del descubrimiento de objetos transneptunianos (en particular, Plutón ). Si bien la comunidad astronómica está ampliamente de acuerdo en que el "Planeta X", tal como se concibió originalmente, no existe, varios astrónomos han revivido el concepto de un planeta aún no observado para explicar otras anomalías observadas en el Sistema Solar exterior. [40]
El telescopio , en el Observatorio de Nuevo Berlín (1835-1913), que descubrió Neptuno era un refractor acromático con una apertura de 9 pulgadas París (9,6 pulgadas inglesas , o 24,4 cm). Fabricado por la firma del fallecido Joseph Fraunhofer , Merz und Mahler , era 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 los 4 m ( 13,4′) tubo principal a la misma velocidad que la rotación de la Tierra . Finalmente, el telescopio fue trasladado al Deutsches Museum de Múnich , Alemania, donde todavía se puede contemplar como exposición. [41] [42]
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