Något är fel med Planet Uranus

När Uranus upptäcktes var det en viktig prestation för det vetenskapliga samfundet. Aldrig tidigare har någon upptäckt en planet av någon, för alla planeter fram till den punkten kunde ses utan teleskophjälp. När den hittades, studerades Uranus kraftigt. Astronomen Alexis Bouvard sammanställde till och med tabeller över olika positioner av Uranus i sin bana för att extrapolera sin bana. Människor började märka att när Keplers planetariska lagar (tre regler som alla kretsande kroppar följer) tillämpades på Uranus, hade det avvikelser som inte fanns inom observationsfel såsom gravitationsstörningar från de andra solsystemets objekt. 1821 kommenterade Bouvard i sin bok Tables for Uranus att, “... Svårigheten med att harmonisera de två systemen beror verkligen på felaktigheten i tidiga observationer eller om det beror på någon konstig och för närvarande okänd kraft som verkar på planeten och påverkar dess rörelse ”(Airy 123, Moreux 153). Många idéer kom till för att förklara detta, inklusive uppfattningen att tyngdkraften kan fungera annorlunda i det rymdsområdet (Lyttleton 216). År 1829 antog en forskare vid namn Harrison att inte en utan två planeter måste påverka Uranus omloppsbana (Moreux 153) Men det allmänna samförståndet var att en enda saknad planet måste existera förbi Uranus och dra på den med sin allvar (Lyttleton 216) .

Vad var de okända?

När du söker efter en ny planet finns det många mängder att lösa för. Du måste hitta planetsmassa (m n ) och dess genomsnittliga avstånd från solen (d n ) vilket skulle innebära att man känner till dess halv-huvudaxel och halvmollaxel (eftersom alla planetkroppar går i någon form av en ellips) . Detta skulle ge oss dess excentricitet (e n ). Vi vet inte heller om planeten kretsar runt vårt plan men eftersom alla planeter kretsar inom + -4 grader från ekliptiken är det ett säkert antagande att en okänd planet också kommer (Lyttleton 218).

Inledande vandringar

George Airy, som var Astronomical Royal of Britain och en central figur i denna berättelse, fördes först in i denna sökning av pastor TJ Hussey i ett brev från 17 november 1834. Han nämner i sitt brev hur han har hört talas om en möjlig planeten bortom Uranus och letade efter det med hjälp av ett reflektorteleskop, men till ingen nytta. Han presenterade idén att använda matematik som ett verktyg i sökningen men erkände för Airy att han inte skulle vara till stor hjälp i det avseendet. Den 23 november skriver Airy tillbaka till pastorn och medger att han också har varit upptagen med en möjlig planet. Han hade observerat att Uranus 'bana avviker mest 1750 och 1834, när den skulle vara på samma punkt. Detta var ett starkt bevis för ett objekt som dra på planeten, men Airy kände att tills fler observationer gjordes skulle inga matematiska verktyg vara till hjälp (Airy 124).

Återlämnandet av Halleys komet 1835 väckte också intresse för sökandet efter den åtta planeten. Efter 76 år fick forskare banan och förväntade sig att se den.

Problemet var, det kom en dag för sent.

Beräkningar gjordes snabbt och baserade på avvikelsen pekade det på ett trans-Uranus-objekt vid 38 AU. Med så många himmelskroppar som inte fungerade som de förutsågs, erbjöd Royal Academy of Sciences 1842 ett kontantpris till alla som kunde hitta den saknade planeten (Weintraub 111).

John Couch Adams |

John Couch Adams och hans metod

Adams, en brittisk astronom, var en grundstudent när han började sin sökning efter den saknade planeten 1841. Han hade sammanställt sig ytterligare observationsfel i Uranus omloppsbana. Från och med 1843 började han sina beräkningar för de okända som nämnts tidigare och 1845 slutade han äntligen (Lyttleton 219).

Bland de verktyg han använde för att lösa för Neptunes bana var en falsk korrelation känd som Bodes lag som noterade att avståndet från Saturn till solen var två gånger avståndet från Jupiter till solen och att avståndet från Uranus till solen var två gånger avståndet från Saturn till Sun, och så vidare. I huvudsak säger det att avståndet från en planet till solen är två gånger avståndet från den föregående planeten till solen. Som det visar sig misslyckas Bodes lag med korrekt placering av Merkurius och det krävs att en planet placeras mellan Mars och Jupiter om mönstret ska hålla kvar. Bodes lag kommer i slutändan att misslyckas även på Neptune (217).

Tillsammans med att använda Bodes lag, använde Adams också en cirkulär bana som sitt första försök till en lösning. Han visste att det inte skulle vara korrekt men det var en bra utgångspunkt att jämföra den med observationsdata och förfina dem till en mer elliptisk bana eftersom han itererade fler lösningar (Moreux 158).

När han arbetade i dessa beräkningar behövde Adams data från tidigare observationer och han kontaktade Challis, som var ansvarig för observatoriet i Cambridge. I ett brev av den 13 februari 1844 skriver Challis till Airy. Han begärde felen i de "geocentriska longituderna" och "heliocentriska longituderna" i Uranus, från 1818 till 1826. Airy gör det ännu bättre och skickar data från 1754 till 1830 samt anteckningar om eventuella avvikelser från andra publicerade material som fanns vid tiden (Airy 129).

George Biddel Airy |

Airy and His Mistake

I ett brev av den 22 september 1845 skriver Challis till Airy om Adams avslutade arbete och hans önskan att träffa Challis och Airy för att diskutera dem. Airy svarar den 29 september att ett sådant möte skulle vara en bra idé och att Adams bör skriva till Airy för att avgöra datumet (Airy 129).

Den 21 oktober 1845 skickar Adams sitt arbete till Airy i hopp om att han skulle hjälpa honom i sökandet efter Neptun. Adams verkade inte ha tillräckligt övertygelse i sitt arbete för att officiellt lämna in det för publicering och skulle så småningom revidera sitt arbete flera gånger. Adams var främst en matematiker och en astronom sekund. Han kanske ville ha sitt arbete i mer kapabla händer innan han tog steget att göra sitt arbete officiellt. (Rawlins 116).

Officiellt uppskattar Airy inte helt vad han har fått. Han anser att vissa delar av Adams arbete antas vara antal när Adams i verkligheten hade gjort hårda beräkningar över dessa element. Airy var också mer fokuserad på hur Adams arbete kunde hjälpa till att lösa ett problem med radienvektorn i Uranus, eller avståndsproblemet som hjälpte till att ge upphov till en ny planet i första hand än med implikationerna av Adams arbete. Han skriver tillbaka till Adams den 5 november och uttrycker detta (Lyttleton 221-2, Airy 130).

Slutligen nämner han också i sitt brev till Adams att han har oro för om uppgifterna tar hänsyn till nyligen uppmätta fel i banorna mellan Jupiter och Saturn på grund av tyngdkraft mellan dem alla. Naturligtvis, att inte få hans begäran uppfyllt och istället behandlas alla dessa kommentarer och frågor gjorde Adams galna. Han svarar inte på Airy (222-3).

Urbain Le Verrier |

Gå in i Le Verrier

Ungefär samma tid uppmuntrar en astronom med namnet Arago, chef för Parisobservatoriet, en ung fransk astronomnamn Urbian Le Verrier att hitta denna saknade planet (Moreux 153). Medvetet om Adams och hans arbete använde Le Verrier vissa liknande tekniker som Adams. Han kände också att Bodes lag var ett acceptabelt verktyg för att hitta avståndet till Neptun från solen. Han gjorde också liknande slutsatser om banans plan såväl som det maximala antalet grader det kan vara över / under ekliptiken (155).

Le Verrier gjorde många olika beräkningar från Adams. Han började med att spåra Uranus '84-åriga omloppsbana och ta hänsyn till alla kända påverkan inklusive gravitationsdrag från Saturnus och Jupiter. För att bestämma denna bana behövde Le Verrier känna till elementen i en elliptisk bana som bäst passar. Han behövde också veta vad hans osäkerhetsvärden var för var och en av de beräknade värdena (Lyttleton 231). Med hjälp av denna modell, ursprungliga mätningar av Uranus och strömmätningar (vid den tiden) av Uranus, gjorde han en beräkning för massan av Neptun som han ansåg skulle vara mindre än Uranus (Moreux 154).

För att få en känsla av hur oroväckande beräkningarna båda män arbetade med, tänk på följande: Under en del av hans arbete fick Le Verrier 40 möjliga lösningar för ett visst värde, baserat på okända som Uranus-satelliter, utbud av Uranus 'bana, olika rymdfysik eller förändringar i tyngdkraften. Han löst för varje värde och bestämde sedan vilken som passade bäst till hans data (Lyttleton 232, Levenson 36-7). Tänk också på detta: The Thebut of the Perbutations, som innehåller några av Le Verrier- och Adams-beräkningarna, har nämnda värden för egenskaperna Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune. Detta omfattar 5 volymer och uppgår till cirka 2300 sidor. De faktiska beräkningarna bakom värdena i boken tar ungefär 3-4 gånger så mycket utrymme (Moreux 156).

Diagram som visar Adams och Le Verrier predicitons och den faktiska platsen vid upptäckten. Observera att detta diagram gjordes dagar innan Neptune slutförde sin första observerade bana, som tar 165 år. |

Jakten är på, Konspirationen planerad

Le Verrier publicerar sin första uppsättning beräkningar den 10 november 1845 och senare sin andra uppsättning den 1 juni 1846. Intressant mellan dessa publikationer läser Airy om Le Verriers arbete i december 1845 och kommenterar hans förmåga att införliva Jupiter och Saturnus störningar på Uranus och därmed minskar fel i hans arbete. Med Adams arbete på släpet konstaterar han likheterna med Le Verrier och övertalas ytterligare av de monteringsbevis som omger honom. Ännu otroligt nog är Airy fortfarande bekymrad över radievektorproblemet och uppskattar inte den verkliga betydelsen bakom arbetet. Utan att avslöja Adams arbete skriver Airy till Le Verrier den 26 juni 1846 om Uranus radiusvektorproblem som fortfarande plågade honom. Le Verrier skriver tillbaka och förklarar hur hans arbete löser problemet. Airy skriver inte tillbaka (Lyttleton 224, Airy 131-2)

Det tog honom 11 månader att slutföra sina slutliga beräkningar men den 31 augusti 1846 gjorde Le Verrier sitt förutsägelse före Acad mie i Frankrike: Neptun skulle vara 326 grader, 32 den 1 januari 1847 (155) . Nästa dag, 1 september 1846, publicerar Le Verrier sina resultat i Comptes Rendus, en fransk vetenskaplig tidskrift. Vid det här laget hade det gått sju månader sedan Airy fått Adams arbete (Lyttleton 224, Levenson 38).

Som det visar sig hade Airy en hemlig sökning efter Neptune som startades med Challis hjälp. Eftersom den förväntade platsen för Neptune var i en region som observatoriet inte hade katalogiserat tidigare, var Challis inte alltför hoppfull med oddsen för framgång. Varför? Man måste ta reda på vad som är stjärnor, kometer, asteroider och så vidare innan man kan bestämma en planet så att rätt åtskillnad kan göras och man hävdar inte felaktigt att en planet har hittats (Lyttleton 225).

I en chockerande vändning av händelser började Airy denna jakt utan att avslöja för varken Adams eller Le Verrier att han använde deras arbete. Han läste Le Verrier s verk i överflöd den 24 juni, månader före dess slutliga publicering med tillstånd av en vän till Le Verrier, och höll ett möte i styrelsen för besökare vid Royal Observatory i Cambridge den 29 juni där han påpekar många av likheterna mellan Adams och Le Verrier s arbete. Det var på grund av denna likhet som han initierade sökningen, inte på grund av den möjliga sanningen i Adams första inlämning. Airy nämner hur om uppgiften fördelades mellan observatorier, då risken för upptäckt skulle öka. Allmän överenskommelse nåddes i frågan men ingen spelplan fastställdes för att gå vidare (Rawlins 117-8, Airy 133).

Några veckor senare den 9 juli skriver Airy till Challis och ber om hans hjälp i sökningen. Challis hade varit närvarande vid mötet och så kände till avtalet i Adams och Le Verrier arbete. Som Challis medgav i ett brev, kan jag dock säga att detta samtidiga bevis på verkligheten hos det störande organet från två oberoende undersökningar, vägde mig starkt med att komma till beslutet att göra observationerna inför stor mängd arbetskraft som de kan förväntas innebära. Huruvida Airy verkligen var orolig för radievektorproblemet är säkert tveksamt och var troligtvis en täckning för honom att vara hemlig i sin verksamhet (Rawlins 121, Airy 133).

Airy var fast besluten att vara den som skulle hitta den nya planeten. Han var så desperat att använda teleskopet i Cambridge att han var villig att betala Challis, som inte var ombord först, en stor summa pengar. Han kunde subtilt nämna denna betalning i 9 juli-brevet och sa att det skulle vara för en assistent om det behövs. Han säger vidare att Challis 'Northumberland Telescope var perfekt eftersom Airys läge var dåligt baserat på var himlen behövde observeras. Ingen tvekan om att Airy gjorde en konspiration, för många av hans brev avslöjar hans hemlighet. För ett bra exempel letar du inte längre än ett brev till Challis den 13 november 1846 (upptäckten efter Neptunus): Saken är en delikatesse, jag kommer inte att kompromissa med någon Allt jag är som ni kommer att tillåta mig att publicera din korrespondens med mig om detta ämne, eller utdrag ur det som tagits efter min bedömning? Faktum är att när Neptune hittades Airy förstörde många korrespondenser han hade vid den tiden. Flera brev skickades mellan 30 juni och 21 juli och slutligen den 27 juli, månader innan Le Verrier publicerade sitt slutverk, började deras hemliga uppdrag (Rawlins 118-20, Airy 135, 142).

Det är ingen överraskning att Challis missade att hitta Neptune. Adams lösning inkluderade ett spann av natthimlen som täckte longitud mellan 315 och 336 grader. Det är så mycket att se över. Adams skickade också så många revisioner av sitt arbete att delar av sökningen blev överflödig (Rawlins 120).

Istället för att vänta på vad han trodde var ytterligare passivitet, höll Adams upptagen. Även om han verkligen kunde ha initierat sökningen själv, mycket mindre publicerat sina beräkningar, var han upptagen med att revidera sitt arbete som Le Verrier. Adams hävdade den 2 september 1846, i ett brev till Airy, bara några dagar efter att Le Verrier publicerade sitt senaste arbete med beräkningarna, att han inte hade initierat sökningen ännu eftersom han inte ville jaga efter något som inte var mer bestämt att vara korrekt. Le Verrier skulle fortsätta att publicera en reviderad lösning. Adams skulle inte. Le Verriers nya verk återspeglar nyligen uppgifter från Uranus och andra himmelsföremål medan Adams handlade mer om att basera på en idé snarare än på observationer. En av dessa var att ändra Bodes lag så att avståndet minskades med 1/30 och därmed minskade excentricitetsfelen. Allt detta är ytterligare bevis på hans brist på tro på hans arbete (Rawlins 116-7, Airy 137).

Den 18 september 1846 skriver Le Verrier ett brev till Dr. Galle, direktören för Berlinobservatoriet, om många ämnen och som ett post-manus nämner sina beräkningar för Neptun (Moreux 156, Levenson 39). Den 23 september mottar Galle Le Verriers brev. Berlinobservatoriet hade nyligen sammanställt en karta över den antagna regionen där Neptunus skulle befinna sig, så de skulle kunna berätta vad som var ett himmelsföremål och vad som var en planet (Lyttleton 225). Samma dag som han fick brevet började Galle och hans assistent d'Arrest sökningen på natten. Inom den första timmen efter sökningen hittades en "stjärna som inte finns på kartan", som d'Arrest förkunnade, bara 52 'från dess förväntade plats (Moreux 157, Levenson 39). De tog en extra natt för att bekräfta sin upptäckt och tillkännagav den formellt till världen den 25 september (Lyttleton 226).

När nyheterna nådde Storbritannien, slutade Challis sin sökning. Det noterades inte förrän genom att granska deras arbete att Challis hade observerat Neptunus flera gånger under sin jakt och aldrig hade insett det. I ett brev från 12 oktober berättar Challis Airy att han hade ett obemärkt fynd av planeten i början av augusti. Han fortsätter och säger hur han den 12 augusti har märkt en stjärna i åttonde storleken som inte matchade med hans 31 juli-observation av samma del av himlen. Han hade varit upptagen med att fylla i en katalog med kometobservationer och hade inte tid att titta över gamla resultat än. Han var för upptagen med att samla in data. Den ytterligare förolämpningen mot skada var undersökningen av området den 29 september efter att Le Verrier hade publicerat en ny uppsättning resultat. Challis trodde att han sa en skiva men var inte säker. Sammantaget hade Neptune observerats två gånger under de första fyra dagarna på sökningen och många fler gånger genomgående (Airy 143, Lyttleton 225).

Le VerrierAdamsFaktisk
Genomsnittlig avstånd från Sun (AU)36, 237, 230, 07
Excentricitet0, 2080, 1210, 0086
Massa (10 ^ 24 kg)212, 74298, 22103, 06
Plats (grader)327, 4330, 9328, 4

Verkningarna

För England var meddelandet ganska tydligt: ​​De missade en stor upptäckt en gång i livet. De hade kunskap om denna planet ett helt år innan den hittades och nu skulle ingen kredit gå till Adams, Airy eller Challis. Adams kan knappast bära all skylden, för Challis hade tydligt missat tecknen på Neptun och Airy har flera brott vi kan kreditera honom med. Airy hade informationen till hands och försökte övermanövrera båda männen, bara för att komma tomhänt. I ett försök att kanske rädda sin egen hud ger han Le Verrier offentligt kredit för fyndet och förtjänade Britains hån för resten av sitt liv. Trots detta lyckades Airy förhindra Le Verrier att vinna Royal Astronomical Society Medal för sitt arbete, vilket skulle ha inneburit att Adams arbete inte var i nivå med Le Verrier. Adams blev en inspiration för flera generationer av brittiska matematiker. Inte vid något tillfälle i sitt arbete lärde han sig om Le Verrier före upptäckten. Adams skulle erkänna sitt misstag att inte vara djärv med sitt arbete. I ett brev från den 17 december 1846 skrev Adams: "Jag tillåter helt att jag måste skylla mig hårt i denna fråga ... för att jag har litat på någon annan än mig själv att lämna de resultat jag kom fram till." För Le Verrier, det garanterade hans plats i fransk matematisk astronomi, en sockel delad med Lagrange och Laplace (Lyttleton 226, Rawlins 117-8).

Världen var upphetsad av fyndet, för aldrig tidigare hade matematik förutspått ett naturligt föremål. Detta förtroende för resultaten minskade emellertid när avvikelser noterades i de beräknade värdena och de verkliga (Lyttleton 227). Till exempel beräknade Adams en omloppsperiod på 227 år och Le Verrier fann att den var 218 år med hjälp av Keplers tredje lag (Periodkvadrat är proportionell mot genomsnittet kuberad avstånd). Det verkliga värdet på banan är 165 år. Denna skillnad var inte ett resultat av att använda Keplers tredje lag utan på grund av att använda Bodes lag för det genomsnittliga avståndet (229).

Det enda faktiska värdet de var nära, om man tittar på bordet, är platsen på himlen det skulle hittas. Det är möjligt att båda män helt enkelt hade tur med detta. Vi ska aldrig riktigt veta (233). Neptune, den sista planeten i vårt solsystem, visade sig vara den ultimata utmaningen inom matematisk astronomi.

Citerade verk

Airy, Georges. Royal Astronomical Society Vol. 7 nr. 9: 13 november 1846. Tryck. 16 nov 2014.

Levenson, Thomas. Jakten på Vulcan. Pandin House: New York, 2015. Tryck. 36-9.

Lyttleton, Raymond Arthur. Mysteries of the Solar System. Oxford: Clarendon P., 1968. 216-33. Skriva ut.

Moreux, The ophile. "Uranus & Neptune." Astronomi i dag . Trans. CF Russell. New York: EP Dutton och, 1926. 153-58. Skriva ut.

Rawlins, Dennis. "The Neptune Conspiracy." DIO 2.3 (1992): 116-21. Skriva ut.

Weintraub, David A. Är Pluto en planet? New Jersey: Princeton University Press, 2007: 111. Tryck.

  • Hur upptäcktes Cygnus X-1 och svarta hål?
    Cygnus X-1, följeslagare till den blå supergigantstjärnan HDE 226868, är belägen i stjärnbilden Cygnus på 19 timmar 58 minuter 21, 9 sekunder Höger uppstigning och 35 grader 12 9 Förklaring. Det är inte bara ett svart hål, utan det första ...
  • Kepler och hans första planlag
    Johannes Kepler levde i en tid av stor vetenskaplig och matematisk upptäckt. Teleskop uppfanns, asteroider upptäcktes och föregångarna till kalkylen var i verk under hans livstid. Men Kepler gjorde själv många ...