Астроном Уильям Гершель открыл Уран в 1781 году. Это была первая планета, которую открыли с помощью телескопа, и первая планета, которая не находилась под постоянным наблюдением с древних времен. Спустя годы после его открытия астрономы очень тщательно отслеживали новую планету. Они обнаружили возмущения на его орбите, некоторые из которых можно объяснить гравитационными эффектами известные планеты, такие как Юпитер и Сатурн, в то время как другие привели к открытию доселе неизвестной планеты Нептун.
Динамика солнечной системы
К тому времени, когда был открыт Уран, физические законы, управляющие динамикой Солнечной системы, были очень хорошо поняты. Единственная задействованная сила - это гравитация, которую можно объединить с законами движения Ньютона, чтобы обеспечить всестороннее математическое описание планетных орбит. Полученные в результате уравнения чрезвычайно строгие, что позволяет с высокой степенью точности предсказывать движение планеты по небу. Это уже было сделано для ранее известных планет, и это было сделано для Урана в течение двух лет после его открытия.
Орбитальные расхождения
Первоначально казалось, что движение Урана очень хорошо соответствует предсказаниям. Однако постепенно наблюдаемое положение планеты начало отклоняться от ожидаемого. К 1830 году это несоответствие было более чем в четыре раза больше диаметра планеты, и его уже нельзя было игнорировать. Одно из объяснений, одобренных некоторыми астрономами, заключалось в том, что формулировка гравитации Ньютоном была ошибочной, что приводило к приблизительным, но не совсем точным предсказаниям. Единственная другая возможность заключалась в том, что неизвестный объект находился на орбите где-то за пределами Солнечной системы.
Предсказание новой планеты
Первоначальные расчеты орбиты Урана учитывали гравитационные эффекты всех известных объектов Солнечной системы. Первичный эффект был от Солнца, но были возмущающие эффекты от планет-гигантов Юпитера и Сатурна. Наблюдаемое несоответствие предполагало, что за орбитой Урана должна была быть обнаружена еще одна большая планета. Теоретически орбиту этой неоткрытой планеты можно рассчитать с разумной точностью на основе наблюдаемых возмущений в положении Урана. Эти расчеты были выполнены в 1843 году английским астрономом Джоном Коучем Адамсом, но, к сожалению, их значение не было признано в Англии в то время.
Открытие Нептуна
Расчеты, очень похожие на расчеты Адамса, были выполнены вскоре после этого французским ученым Урбеном Леверье. Используя цифры Леверье, астрономы Берлинской обсерватории открыли предсказанную планету в 1846 году, и впоследствии ей было присвоено имя Нептун. После открытия Нептуна и в самом начале 20 века возникли разногласия по поводу того, полностью ли его существование объясняет остаточные возмущения на орбите Урана. Но большинство сегодняшних астрономов считают, что это действительно так.