Ο αστρονόμος William Herschel ανακάλυψε τον Ουρανό το 1781. Ήταν ο πρώτος πλανήτης που ανακαλύφθηκε μέσω ενός τηλεσκοπίου και ο πρώτος που δεν ήταν υπό συνεχή παρακολούθηση από τα αρχαία χρόνια. Στα χρόνια μετά την ανακάλυψή του, οι αστρονόμοι παρακολούθησαν τον νέο πλανήτη πολύ προσεκτικά. Ανακάλυψαν διαταραχές στην τροχιά του, μερικές από τις οποίες θα μπορούσαν να εξηγηθούν από τα βαρυτικά αποτελέσματα του γνωστοί πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος, ενώ άλλοι οδήγησαν στην ανακάλυψη του μέχρι τώρα άγνωστου πλανήτη Ποσειδώνας.
Δυναμική ηλιακού συστήματος
Μέχρι τη στιγμή που ο Ουρανός ανακαλύφθηκε, οι φυσικοί νόμοι που διέπουν τη δυναμική του ηλιακού συστήματος ήταν πολύ καλά κατανοητοί. Η μόνη δύναμη που εμπλέκεται είναι η βαρύτητα, η οποία μπορεί να συνδυαστεί με τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα για να παρέχει μια ολοκληρωμένη μαθηματική περιγραφή των πλανητικών τροχιών. Οι προκύπτουσες εξισώσεις είναι εξαιρετικά αυστηρές, επιτρέποντας την πρόβλεψη της κίνησης ενός πλανήτη πέρα από τον ουρανό με υψηλό βαθμό ακρίβειας. Αυτό είχε ήδη γίνει για τους παλαιότερα γνωστούς πλανήτες και έγινε για τον Ουρανό μέσα σε δύο χρόνια από την ανακάλυψή του.
Τροχιακές διαφορές
Αρχικά, η κίνηση του Ουρανού φαίνεται να ακολουθεί τις προβλέψεις πολύ καλά. Σταδιακά, ωστόσο, η παρατηρούμενη θέση του πλανήτη άρχισε να αποκλίνει από την αναμενόμενη θέση του. Μέχρι το 1830 η απόκλιση ήταν μεγαλύτερη από τέσσερις φορές τη διάμετρο του πλανήτη και δεν μπορούσε πλέον να αγνοηθεί. Μία εξήγηση, που ευνοήθηκε από μερικούς αστρονόμους, ήταν ότι η διατύπωση της βαρύτητας του Νεύτωνα ήταν λάθος, με αποτέλεσμα προβλέψεις που ήταν περίπου αλλά όχι ακριβώς ακριβείς. Η μόνη άλλη πιθανότητα ήταν ότι ένα άγνωστο αντικείμενο ήταν σε τροχιά κάπου στα εξωτερικά άκρα του ηλιακού συστήματος.
Πρόβλεψη ενός νέου πλανήτη
Οι αρχικοί υπολογισμοί της τροχιάς του Ουρανού έλαβαν υπόψη τα βαρυτικά αποτελέσματα όλων των γνωστών αντικειμένων στο ηλιακό σύστημα. Το κύριο αποτέλεσμα ήταν από τον ήλιο, αλλά υπήρχαν ενοχλητικά αποτελέσματα από τους γιγάντιους πλανήτες Δία και Κρόνο. Η παρατηρούμενη απόκλιση υποδηλώνει ότι υπήρχε ένας άλλος μεγάλος πλανήτης που περιμένει να ανακαλυφθεί πέρα από την τροχιά του Ουρανού. Θεωρητικά, η τροχιά αυτού του μη ανακαλυφθέντος πλανήτη θα μπορούσε να υπολογιστεί με λογική ακρίβεια με βάση τις παρατηρούμενες διαταραχές στη θέση του Ουρανού. Αυτοί οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν το 1843 από έναν Άγγλο αστρονόμο, John Couch Adams, αλλά δυστυχώς η σημασία τους δεν αναγνωρίστηκε τότε στην Αγγλία.
Η ανακάλυψη του Ποσειδώνα
Οι υπολογισμοί πολύ παρόμοιοι με αυτούς του Adams πραγματοποιήθηκαν από έναν Γάλλο επιστήμονα, τον Urbain Le Verrier, λίγο αργότερα. Χρησιμοποιώντας τις φιγούρες του Le Verrier, οι αστρονόμοι στο Παρατηρητήριο του Βερολίνου ανακάλυψαν τον προβλεπόμενο πλανήτη το 1846 και στη συνέχεια του δόθηκε το όνομα του Ποσειδώνα. Μετά την ανακάλυψη του Ποσειδώνα και τον 20ο αιώνα, υπήρξε διαμάχη για το αν η ύπαρξή του εξηγούσε πλήρως τις υπολειπόμενες διαταραχές στην τροχιά του Ουρανού. Αλλά οι περισσότεροι αστρονόμοι σήμερα πιστεύουν ότι αυτό ισχύει.
