Nettuno: il trionfo della matematica

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2 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 ( ), 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 Nettuno il 14 Luglio 1830 naturalmente come una stella. Pagina 1

3 In ambito astronomico, Von Lamont ( ), 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 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 Bouvard ( ), 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. Pagina 2

4 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 Pagina 3

5 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. del pianeta perturbante. Nel settembre 1845 Adams aveva fatto uno studio più approfondito del problema e in questo modo aveva dedotto l'orbita Inoltre aveva anche calcolato la massa del pianeta e la sua posizione relativa al 1 ottobre 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. Pagina 4

6 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 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. Pagina 5

7 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! Pagina 6

8 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. Pagina 7

9 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 , 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. Pagina 8

10 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 ( ), 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 (antonio_staff) Grafica: Realizzazione dispense: Testi lezioni: Dany Gozzi Antonio De Pieri Antonio De Pieri Skylive Telescopi Remoti Pagina 9