Wat zijn de oorzaken van verstoringen die zijn ontdekt in de baan van planeet Uranus?

Astronoom William Herschel ontdekte Uranus in 1781. Het was de eerste planeet die door een telescoop werd ontdekt en de eerste die sinds de oudheid niet constant werd geobserveerd. In de jaren na de ontdekking volgden astronomen de nieuwe planeet zeer nauwkeurig. Ze ontdekten verstoringen in zijn baan, waarvan sommige verklaard konden worden door de zwaartekrachtseffecten van bekende planeten zoals Jupiter en Saturnus, terwijl andere leidden tot de ontdekking van de tot nu toe onbekende planeet Neptunus.

Tegen de tijd dat Uranus werd ontdekt, waren de natuurkundige wetten die de dynamiek van het zonnestelsel beheersen heel goed begrepen. De enige kracht die hierbij betrokken is, is de zwaartekracht, die kan worden gecombineerd met de bewegingswetten van Newton om een ​​uitgebreide wiskundige beschrijving te geven van de banen van planeten. De resulterende vergelijkingen zijn uiterst rigoureus, waardoor de beweging van een planeet aan de hemel met een hoge mate van nauwkeurigheid kan worden voorspeld. Dit was al gedaan voor de eerder bekende planeten, en het werd gedaan voor Uranus binnen twee jaar na zijn ontdekking.

Aanvankelijk leek de beweging van Uranus de voorspellingen goed te volgen. Geleidelijk aan begon de waargenomen locatie van de planeet echter af te wijken van de verwachte positie. Tegen 1830 was het verschil meer dan vier keer de diameter van de planeet en kon niet langer worden genegeerd. Een verklaring, waar sommige astronomen de voorkeur aan geven, was dat Newtons formulering van de zwaartekracht onjuist was, wat resulteerde in voorspellingen die ongeveer maar niet precies correct waren. De enige andere mogelijkheid was dat een onbekend object ergens in de buitenste regionen van het zonnestelsel cirkelde.

De oorspronkelijke berekeningen van de baan van Uranus hielden rekening met de zwaartekrachtseffecten van alle bekende objecten in het zonnestelsel. Het primaire effect was van de zon, maar er waren storende effecten van de reuzenplaneten Jupiter en Saturnus. De waargenomen discrepantie suggereerde dat er buiten de baan van Uranus nog een grote planeet wachtte om ontdekt te worden. In theorie zou de baan van deze onontdekte planeet met redelijke precisie kunnen worden berekend op basis van de waargenomen verstoringen in de positie van Uranus. Deze berekeningen werden in 1843 uitgevoerd door een Engelse astronoom, John Couch Adams, maar helaas werd hun betekenis destijds niet erkend in Engeland.

Berekeningen die sterk lijken op die van Adams werden kort daarna uitgevoerd door een Franse wetenschapper, Urbain Le Verrier. Met behulp van de cijfers van Le Verrier ontdekten astronomen van het Observatorium van Berlijn de voorspelde planeet in 1846, en deze kreeg vervolgens de naam Neptunus. Na de ontdekking van Neptunus en tot ver in de 20e eeuw was er controverse over de vraag of het bestaan ​​ervan de resterende verstoringen in de baan van Uranus volledig verklaarde. Maar de meeste astronomen geloven tegenwoordig dat dit inderdaad het geval is.