Csillagászati forradalom volt a Neptunusz felfedezése

Széles viharzóna az Neptunusz egyenlítőjének közelében

A Naptól számított nyolcadik, utolsó óriásbolygó, a Neptunusz, a távcső 17. század elején történt feltalálása után még csaknem két és fél évszázadig láthatatlan maradt a csillagászok számára. Pontosabban fogalmazva, nem is annyira láthatatlan, hanem inkább felismerhetetlen bolygónak bizonyult, amelynek létezését az 1781-ben felfedezett Uránusz keringésében mutatkozó zavarok matematikai modellezésével Urbain Le Verrier jósolta meg olyan pontosan, hogy Johann Galle, a berlini obszervatórium csillagásza 1846. szeptember 23. éjjelén pont ott találta meg az ismeretlen bolygót, ahol Le Verrier számításai szerint lennie kellett.

Forradalmat indított a távcső feltalálása

Azt már az ókori világ csillagászai is felismerték, hogy vannak olyan szabad szemmel csillagnak látszó égitestek az égbolton, amelyek mozgása teljesen eltér a többi állócsillagétól. Ezeket a különleges égitesteket planétáknak, azaz bolygóknak nevezték el.

Egészen a 18. század végéig csak öt bolygó volt ismert, a Merkúr, a Vénusz, a Mars, a Jupiter és a Szaturnusz.

Ezért sem véletlen, hogy a csillagászattal hosszú évszázadokon át kéz a kézben járó asztrológia mind a mai napig csak ezt az öt bolygót veszi figyelembe az asztrológiai képletek felállításánál.

A Naprendszer bolygói (a Pluto törpebolygó és az „X bolygó” nélkül) Forrás: NASA

A csillagászati megfigyelések egészen a 17. század elejéig szabad szemmel történtek.

Az égitestek mozgását szögmérők, kvadránsok, és más műszerek segítségével figyelték meg, a mérési eredményeket pedig táblázatokban foglalták össze, aminek a nagy földrajzi felfedezések korában különösen a hajósok vették komoly hasznát a tengeri navigációban illetve helymeghatározásban.

A csillagászati megfigyelések eredményeit főleg a tengerészeti navigációban használták fel a nagy földrajzi felfedezések idején Forrás: Pinterest

Az észlelő csillagászat forradalmát a távcső feltalálása hozta el a 17. század elején. Az első lencsés távcsövet 1608 körül találták fel a Németalföldön. Teljes bizonyossággal nem tudjuk, hogy ki lehetett az, aki először fordította az égbolt felé a „telescopiumot". A rendelkezésre álló források szerint egy angol nemes úr,

Thomas Harriot volt az első, aki 1609-ben a Holdra irányította a látcsövét.

A derék nemes beszámolt az égitest felszínén megpillantott „furcsaságokról", amelyeket rajzon is megörökített, de nem lévén tudósember, nem tudta a látottakat értelmezni.

A híres olasz fizikus és csillagász Galileo Galilei használta először a távcsövet tudományos célú csillagászati megfigyelésekre Forrás: Wikimedia Commons

Az első tudományos igényű távcsöves csillagászati megfigyelések a híres olasz fizikus és asztronómus, Galileo Galilei nevéhez fűződnek. Galilei a Németalföldről beszerzett első, körülbelül tizenötszörös nagyítású távcsövével 1610 januárjában kezdte el a csillagászati észleléseit, azonnal forradalmi jelentőségű felfedezéseket téve. (Galilei később maga is több lencsés távcsövet épített, a legnagyobb teljesítményű műszerének 35 X-ös volt a nagyítása.)

Halvány állócsillagnak vélte a Neptunuszt

Galilei nagy érdeklődéssel fordította távcsövét a bolygók felé. Ő fedezte fel a Jupiter négy nagy holdját, a Ganymedest, az Európát, az Iót, és a Callistót, amit firenzei mecénása tiszteletére, Medici-csillagoknak nevezett el.

Galilei távcsövei Forrás: Wikimedia Commons/Museo Galileo, Florence/Sailko

Az olasz csillagász felismerte, hogy a „Medici-csillagok" a Jupiterrel egy rendszert alkotva az anyabolygójuk körül keringő égitestek.

Ez azért nagy jelentőségű felfedezés a tudománytörténetben, mert Galilei megfigyelései bizonyították be először, hogy a világegyetemben nem a Nap az egyetlen olyan kitüntetett központ, ami körül égitestek keringenek.

Galilei távcsöves bemutatót tart a velencei dózsénak Forrás: Wikimedia Commons/Giuseppe Bertini

De Galilei figyelte meg elsőként a Vénusz fázisváltozásait, valamint a Szaturnusz gyűrűjét is, noha távcsövének kis nagyítása miatt nem ismerte fel a gyűrűrendszer valódi jellegét.

Altissimum planetam tergeminum observavi - A legszélső bolygót hármasnak észleltem"

– írta Galilei a Szaturnuszról, ami az ő idejében még a Naprendszer legkülső ismert bolygójának számított.

Galilei távcsöves észlelésinek első eredményeiről 1610-ben kiadott munkája, a Siderus nuncius egyik oldala, a Hold Galilei által készített rajzával Forrás: Wikimedia Commons/Wellcome Collection gallery

Noha a Naprendszer utolsó, nyolcadik bolygóját, a gázóriás Neptunuszt csak 1846-ban fedezték fel, illetve sikerült azonosítani,

egy szerencsés véletlen folytán mégis Galilleit tekinthetjük a Neptunusz első megfigyelőjének.

Galilei a Jupiter-holdak felfedezése után nagyon sok észlelést végzett, hogy pontosan kiszámíthassa a holdak pályaelemeit. 1613 elején a Jupiter elfedte a Neptunuszt, ezért 1612 decembere valamint 1613 januárjának vége között nagyon közel volt a Naprendszer legnagyobb bolygójához.

Galilei észlelési naplójának részlete, a Jupiter-holdak megfigyeléséről Forrás: Wikimedia Commons/Sidereus Nuncius/Gelileo Galilei

Charles Kowal tudománytörténész emiatt átvizsgálta Galilei fennmaradt megfigyeléseit, amiből kiderült, hogy a firenzei csillagász 1612 december 28. és 1613. január 28 között tizenhárom alkalommal végzett Jupiter észlelést,

és kétszer fel is tűnt neki a bolygóhoz szoros közelségben lévő „halvány állócsillag",

ami a modern számítások szerint egyértelműen a Neptunusz volt. Galileo Galilei 1613-ban azonban még nem ismerhette fel, hogy a Naprendszer legutolsó nagybolygóját pillantotta meg.

Új bolygót fedezett fel a muzsikusból lett csillagász

A nagy fényerővel és felbontóképességgel rendelkező távcsövek, a pontos csillagászati időmérő szerkezetek, valamint az egyre precízebb csillagtérképek elterjedése újabb csillagászati felfedezések egész sorához vezetett a 18-19. században.

17. század eleji mérőeszközök Forrás: Wikimedia Commons/Sage Ross

Johannes Kepler és Isaac Newton munkássága, valamint az egyre pontosabb észlelések nyomán látványos fejlődésnek indult az égi mechanika, ami lehetővé tette az égitestek mozgásának illetve pályaelemeinek egészen precíz meghatározását.

1610-es portré Johannes Keplerről, aki megalkotta a bolygók mozgásáról szóló róla elnevezett törvényeket Forrás: Wikimedia Commons

A 18. század egyik legnagyobb észlelőcsillagásza, a muzsikusból lett német-brit William Herschel 1781. március 13-án az angliai Bath-ban álló házának kertjében,

az általa készített nagy felbontású tükrös teleszkóppal egy zöldes fényű, addig ismeretlen bolygót fedezett fel.

Az Uránusz lett ezzel a Naprendszer hatodik ismertté vált bolygója ( a Föld nélkül). Herschel egész sorozat megfigyelést végzett az Uránuszról, hogy meghatározza a bolygó pályaelemeit. (Ő fedezte fel az Uránusz holdjai közül a Titániát és az Oberont is.)

William Herschel, az Uránusz felfedezője Forrás: Wikimedia Commons/Lemuel Francis Abbott

Természetesen a nagy visszhangot kiváltó felfedezés után számos csillagász irányította teleszkópját az új planéta felé, ezért egyre több adat gyűlt össze az Uránusz pályaelemeiről.

A legelső személy, aki határozottan azt állította, hogy léteznie kell egy Uránuszon túli ismeretlen bolygónak is, Hussey tiszteletes, egy kenti amatőrcsillagász volt.

A Voyager-2 képe az Uránuszról Forrás: NASA\JPL

Az Uránusz pályaháborgásaira többen is felfigyeltek. ( Az Uránusz a számított pályáján hol „késett", hol pedig „sietett" ezt az anomáliát hívják pályaháborgásnak, vagy perturbációnak.) John Couch Adams brit matematikus elhatározta, hogy Hussey teóriájából kiindulva

az Uránusz pályaháborgásából kiszámítja a feltételezett ismeretlen bolygó helyzetét.

John Couch Adams brit matematikus Forrás: Wikimedia Commons

Az elvégzett számítások eredményét 1845-ben el is küldte a Sir George Biddel Airy királyi csillagásznak, ám a hírneves cambridge-i professzor szkeptikus volt Hussey elméletével, és ezért nem is fogott hozzá az ismeretlen bolygó felkutatásához.

Tudománytörténeti diadal volt a Neptunusz felfedezése

Ezzel egy időben Franciaországban a Collège Stanisla égimechanika-professzora, Urbain Le Verrier figyelmét is felkeltette az Uránusz perturbációjának problematikája.

Le Verrier számításai egyértelműen megerősítették Hussey tiszteletes teóriáját,

a híres francia matematikus ugyancsak arra jutott, hogy az Uránusz pályaelmeiben kimutatható perturbációt egy nagytömegű ismeretlen bolygó okozza.

Urbain Le Verrier francia matematikus egykorú litográf portréja Forrás: Wikimedia Commons/Magnus Manske

Le Verrier az Uránuszon túl sejtett bolygó tömegét, pályaelemeit, valamint azt a pontot is meghatározta, ahol az égimechanika törvényszerűségei szerint az ismeretlen planétának lennie kell.

(Adams és Le Verrier számításai egy fokon belüli egyezést mutattak az ismeretlen bolygó helyzetéről.) Le Verrier számításait azonban ugyanolyan érdektelenség fogadta francia csillagászati körökben, mint Adams munkásságát Angliában.

Sir Airy szkeptikus volt az Uránuszon túli ismeretlen bolygó létezésével kapcsolatban Forrás: Wikimedia Commons

Az érdektelenségen felbőszült matematikus ezért mérgében egyik régi barátjának és kollégájának, a berlini obszervatórium észlelő csillagászának, Johann Gallénak írt, elküldve részére az ismeretlen bolygó helyzetére vonatkozó számításait is.

Galle 1846. szeptember 23-án kapta kézhez Le Verrier levelét,

és azonnal engedélyt kért a csillagvizsgáló igazgatójától, Johann Franz Encke professzortól, hogy az obszervatórium főműszerével, egy nagyteljesítményű Fraunhohher refraktorral (lencsés teleszkóppal) kutathasson az ismeretlen bolygó után.

Johann Galle, aki Le Verrier számításai alapján megtalálta a Neptunuszt Forrás: Wikimedia Commons

Encke professzor engedélyének birtokában Galle már aznap este hozzáfogott Le Verrier számításai alapján a titokzatos bolygó felkutatásához. Galle a segédjével, Henrich d'Arrest segítségével a Le Verrier által kiszámított koordináták irányába fordította a műszert, és alig fél órás keresés után egy olyan 8 magnitúdó fényességű objektumra bukkantak, ami nem volt rajta a legújabb csillagtérképen.

Széles viharzóna az Neptunusz egyenlítőjének közelében Forrás:W.M. Keck Observatory

Johann Galle gondosan feljegyezte az észlelés időpontját valamint az objektum pozícióját, majd másnap este ismét az égboltnak ugyanarra a pontjára irányította távcsövét. Az ismeretlen objektum az előző napi helyzetéhez illetve a látómezőben lévő többi csillaghoz képest elmozdult,

bizonyossá téve, hogy megtalálták a keresett bolygót.

A Neptunusz a Naprendszer legkülső óriásbolygója Forrás: Pixabay

A Neptunusz felfedezését az égi mechanika diadalának valamint a modern észlelőcsillagászat megszületésének tekinthetjük a tudomány történetében, mivel ez volt az első olyan égitest, amit kizárólag a fizika törvényszerűségeinek alkalmazásával, matematikai számítások alapján találtak meg.