Care sunt cauzele perturbațiilor descoperite pe orbita planetei Uranus?

Astronomul William Herschel l-a descoperit pe Uranus în 1781. A fost prima planetă care a fost descoperită printr-un telescop și prima care nu fusese sub observație constantă din cele mai vechi timpuri. În anii de după descoperirea sa, astronomii au urmărit cu mare atenție noua planetă. Au descoperit perturbații pe orbita sa, dintre care unele ar putea fi explicate prin efectele gravitaționale ale planete cunoscute precum Jupiter și Saturn, în timp ce altele au dus la descoperirea planetei necunoscute până acum Neptun.

Până la descoperirea lui Uranus, legile fizice care guvernează dinamica sistemului solar erau foarte bine înțelese. Singura forță implicată este gravitația, care poate fi combinată cu legile mișcării lui Newton pentru a oferi o descriere matematică cuprinzătoare a orbitelor planetare. Ecuațiile rezultate sunt extrem de riguroase, permițând prezicerea mișcării unei planete peste cer cu un grad ridicat de precizie. Acest lucru se făcuse deja pentru planetele cunoscute anterior și a fost făcut pentru Uranus în termen de doi ani de la descoperirea sa.

Inițial, mișcarea lui Uranus părea să urmeze foarte bine previziunile. Treptat, însă, locația observată a planetei a început să devieze de la poziția sa așteptată. Până în 1830, discrepanța era de peste patru ori mai mare decât diametrul planetei și nu mai putea fi ignorată. O explicație, favorizată de unii astronomi, a fost că formularea gravitațională a lui Newton a fost eronată, rezultând predicții care erau aproximativ, dar nu precis corecte. Singura altă posibilitate era că un obiect necunoscut orbita undeva în zona exterioară a sistemului solar.

Calculele inițiale ale orbitei lui Uranus au luat în considerare efectele gravitaționale ale tuturor obiectelor cunoscute din sistemul solar. Efectul principal a fost de la soare, dar au existat efecte perturbatoare de pe planetele gigantice Jupiter și Saturn. Discrepanța observată a sugerat că există o altă planetă mare care așteaptă să fie descoperită dincolo de orbita lui Uranus. În teorie, orbita acestei planete nedescoperite ar putea fi calculată cu o precizie rezonabilă pe baza perturbațiilor observate în poziția lui Uranus. Aceste calcule au fost efectuate în 1843 de un astronom englez, John Couch Adams, dar din păcate semnificația lor nu a fost recunoscută în Anglia la acea vreme.

Calcule foarte asemănătoare cu cele ale lui Adams au fost efectuate de un om de știință francez, Urbain Le Verrier, la scurt timp după aceea. Folosind cifrele lui Le Verrier, astronomii de la Observatorul din Berlin au descoperit planeta prevăzută în 1846 și ulterior i s-a dat numele de Neptun. În urma descoperirii lui Neptun și până în secolul al XX-lea, a existat o controversă cu privire la existența acestuia în legătură cu existența perturbărilor reziduale pe orbita lui Uranus. Dar majoritatea astronomilor de astăzi cred că acesta este într-adevăr cazul.