Quali sono le cause delle perturbazioni scoperte nell'orbita del pianeta Urano?

L'astronomo William Herschel scoprì Urano nel 1781. È stato il primo pianeta ad essere scoperto attraverso un telescopio e il primo a non essere stato costantemente osservato fin dall'antichità. Negli anni successivi alla sua scoperta, gli astronomi hanno seguito con molta attenzione il nuovo pianeta. Hanno scoperto perturbazioni nella sua orbita, alcune delle quali potrebbero essere spiegate dagli effetti gravitazionali di pianeti conosciuti come Giove e Saturno, mentre altri hanno portato alla scoperta del pianeta finora sconosciuto Nettuno.

Quando fu scoperto Urano, le leggi fisiche che governavano la dinamica del sistema solare erano ben comprese. L'unica forza coinvolta è la gravità, che può essere combinata con le leggi del moto di Newton per fornire una descrizione matematica completa delle orbite planetarie. Le equazioni risultanti sono estremamente rigorose e consentono di prevedere il movimento di un pianeta attraverso il cielo con un alto grado di precisione. Questo era già stato fatto per i pianeti precedentemente conosciuti, ed è stato fatto per Urano entro due anni dalla sua scoperta.

Inizialmente, il moto di Urano sembrava seguire molto bene le previsioni. Gradualmente, tuttavia, la posizione osservata del pianeta iniziò a divergere dalla sua posizione prevista. Nel 1830 la discrepanza era più di quattro volte il diametro del pianeta e non poteva più essere ignorata. Una spiegazione, favorita da alcuni astronomi, era che la formulazione della gravità di Newton fosse errata, dando luogo a previsioni approssimativamente ma non esattamente corrette. L'unica altra possibilità era che un oggetto sconosciuto stesse orbitando da qualche parte nei confini esterni del sistema solare.

I calcoli originali dell'orbita di Urano tenevano conto degli effetti gravitazionali di tutti gli oggetti conosciuti nel sistema solare. L'effetto principale proveniva dal sole, ma c'erano effetti perturbanti dai pianeti giganti Giove e Saturno. La discrepanza osservata suggeriva che c'era un altro grande pianeta in attesa di essere scoperto oltre l'orbita di Urano. In teoria, l'orbita di questo pianeta sconosciuto potrebbe essere calcolata con ragionevole precisione sulla base delle perturbazioni osservate nella posizione di Urano. Questi calcoli furono effettuati nel 1843 da un astronomo inglese, John Couch Adams, ma sfortunatamente il loro significato non fu riconosciuto in Inghilterra all'epoca.

Calcoli molto simili a quelli di Adams furono effettuati da uno scienziato francese, Urbain Le Verrier, poco dopo. Utilizzando le figure di Le Verrier, gli astronomi dell'Osservatorio di Berlino scoprirono il pianeta previsto nel 1846 e successivamente gli fu dato il nome di Nettuno. Dopo la scoperta di Nettuno e fino al XX secolo, ci fu una controversia sul fatto che la sua esistenza spiegasse pienamente le perturbazioni residue nell'orbita di Urano. Ma la maggior parte degli astronomi oggi crede che sia davvero così.