Der Astronom William Herschel entdeckte 1781 Uranus. Es war der erste Planet, der durch ein Teleskop entdeckt wurde und der erste, der seit der Antike nicht mehr ständig beobachtet wurde. In den Jahren nach seiner Entdeckung verfolgten Astronomen den neuen Planeten sehr sorgfältig. Sie entdeckten Störungen in seiner Umlaufbahn, von denen einige durch die Gravitationseffekte von erklärt werden könnten bekannte Planeten wie Jupiter und Saturn, während andere zur Entdeckung des bisher unbekannten Planeten führten Neptun.
Dynamik des Sonnensystems
Als Uranus entdeckt wurde, waren die physikalischen Gesetze, die die Dynamik des Sonnensystems bestimmen, sehr gut verstanden. Die einzige beteiligte Kraft ist die Schwerkraft, die mit den Newtonschen Bewegungsgesetzen kombiniert werden kann, um eine umfassende mathematische Beschreibung der Planetenbahnen zu ermöglichen. Die resultierenden Gleichungen sind äußerst rigoros und ermöglichen es, die Bewegung eines Planeten über den Himmel mit hoher Genauigkeit vorherzusagen. Dies war bereits für die zuvor bekannten Planeten getan worden und für Uranus innerhalb von zwei Jahren nach seiner Entdeckung.
Orbitale Diskrepanzen
Anfangs schien die Bewegung von Uranus den Vorhersagen sehr gut zu folgen. Allmählich begann jedoch die beobachtete Position des Planeten von seiner erwarteten Position abzuweichen. Um 1830 betrug die Diskrepanz mehr als das Vierfache des Durchmessers des Planeten und konnte nicht mehr ignoriert werden. Eine Erklärung, die von einigen Astronomen bevorzugt wurde, war, dass Newtons Formulierung der Gravitation falsch war, was zu Vorhersagen führte, die ungefähr, aber nicht genau richtig waren. Die einzige andere Möglichkeit war, dass ein unbekanntes Objekt irgendwo im äußersten Bereich des Sonnensystems kreiste.
Vorhersage eines neuen Planeten
Die ursprünglichen Berechnungen der Bahn von Uranus berücksichtigten die Gravitationseffekte aller bekannten Objekte im Sonnensystem. Der Haupteffekt kam von der Sonne, aber es gab störende Effekte von den Riesenplaneten Jupiter und Saturn. Die beobachtete Diskrepanz deutete darauf hin, dass jenseits der Umlaufbahn von Uranus ein weiterer großer Planet darauf wartete, entdeckt zu werden. Theoretisch könnte die Umlaufbahn dieses unentdeckten Planeten anhand der beobachteten Störungen in der Position von Uranus mit angemessener Genauigkeit berechnet werden. Diese Berechnungen wurden 1843 von einem englischen Astronomen, John Couch Adams, durchgeführt, aber leider wurde ihre Bedeutung in England damals nicht erkannt.
Die Entdeckung von Neptun
Berechnungen, die denen von Adams sehr ähnlich waren, wurden kurz darauf von einem französischen Wissenschaftler, Urbain Le Verrier, durchgeführt. Mit Le Verriers Zahlen entdeckten Astronomen der Berliner Sternwarte 1846 den vorhergesagten Planeten, der ihm später den Namen Neptun gab. Nach der Entdeckung von Neptun und bis weit in das 20. Jahrhundert hinein gab es Kontroversen darüber, ob seine Existenz die Reststörungen in der Umlaufbahn von Uranus vollständig erklärte. Aber die meisten Astronomen glauben heute, dass dies tatsächlich der Fall ist.