منذ آلاف السنين، لاحظ الناس عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل بالعين المجردة. لكن
العلاقات الرياضية
قبل أن يكتشف إسحاق نيوتن قوانين الجاذبيةوجد علماء الفلك أجسامًا فضائية باستخدام بصرهم ولجأوا إلى مساعدة التلسكوب. لكن عمله جعل من الممكن النظر في العلاقة بين الأجرام السماوية للنظام الشمسي في شكل تعبيرات رياضية. سمح ذلك لعلماء الفلك بعمل تنبؤات حول الكواكب والمذنبات والأجسام الأخرى باستخدام صيغ محددة جيدًا.
على سبيل المثال، إذا كان مدار الكوكب والقمرتتوافق مع قوانين نيوتن، ولكن ليس للملاحظات المباشرة، فيمكن للعلماء أن يفترضوا أن بعض الأجسام غير المعروفة تمارس جاذبية إضافية على النظام. على سبيل المثال، هذا ما سمح لعلماء الفلك بالاستنتاج حول وجود نبتون.
تم اكتشاف كوكب نبتون عام 1846 باستخدام الكثير من الحسابات الرياضية، كما شوهد أثناء تحليق فوييجر 2 عام 1989. المصدر: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
استخدام الحسابات الرياضية حول التأثيرجاذبية جسم غير معروف في مدار أورانوس ، تنبأ عالم الرياضيات الفرنسي أوربان لو فيرييه بوجود الكوكب الثامن في النظام الشمسي ، حدث هذا في عام 1846 ، وبعد 143 عامًا ، لاحظ مسبار فوييجر 2 نبتون مباشرة.
ابحث عن فولكان
في عام 1859 ، استخدم Le Verrier نفس الشيءوحاولت الحسابات الرياضية تفسير اضطراب مدار عطارد. واقترح أن كوكب فولكان الصغير قد يدور بالقرب من الشمس بدرجة كافية ليحجبه ضوء الشمس ، لكنه كبير بما يكفي لتعطيل مدار عطارد.
"إذا كنت تؤمن بنظرية الجاذبية لإسحاق نيوتن ، إذناكتشاف تذبذب طفيف في منتصف مدار عطارد ، والذي لا يمكن تفسيره بسحب كوكب الزهرة أو الأرض ، له تفسير واحد فقط. قد يكون هناك كوكب غير مكتشف أو مجموعة من الكويكبات التي لا يمكن ملاحظتها من الأرض بسبب قربها من الشمس ، "توم ليفنسون ، أستاذ الصحافة العلمية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، شارك في مقابلة مع ناشيونال جيوغرافيك.
صورة البركان: ويكيميديا كومنز
هذه النظرية الجديدة للتذبذب المداري لعطاردتمثل بداية فترة "البراكين" في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. ذهب علماء الفلك الهواة والعلماء المحترفون للبحث عن الكوكب المفترض ، بل وادعى البعض أنهم رأوه بأعينهم.
تم عمل أول هذه "الملاحظات"عالم الفلك الهواة الفرنسي إدموند موديست ليسكاربولت عام 1859. أثناء عمله في مرصد مؤقت أقيم في سقيفة في الفناء الخلفي ، وجه تلسكوبه نحو الشمس ورأى ما بدا أنه كوكب صغير مستدير. في وقت لاحق ، شارك ملاحظاته مع Le Verrier ، ولعبت سمعته دورًا - كان الجميع مقتنعًا بوجود فولكان. بالإضافة إلى ذلك ، بالنظر إلى تلك الحقبة ، لم يكن لدى العلماء سبب وجيه للشك في الاكتشاف. الحقيقة هي أنها تتناسب تمامًا مع الفكرة السائدة عن الكون ، بناءً على قوانين الجاذبية لنيوتن.
ماذا نعرف عن كوكب غير موجود؟
ويعتقد أن كتلة البركان ينبغيتتوافق مع كتلة عطارد من أجل ممارسة تأثير الجاذبية على "الجار". ومع ذلك ، اعتقد Le Verrier أن هذا لم يكن كافيًا ، وكان يميل إلى الاعتقاد بأن مجموعة من الكويكبات لا غنى عنها.
ومع ذلك ، ملاحظات Lescarbault والسجلاتالتي احتفظ بها عنهم ، زود عالم الرياضيات ببيانات مهمة حتى يتمكن من محاولة تحديد مدار فولكان ، والمسافة من الشمس ، وخصائص أخرى. من هذه البيانات ، قام Le Verrier بحساب مدار دائري تقريبًا للكوكب. وقدر مسافة فولكان من النجم بنحو 21 مليون كيلومتر. كما تعلم ، يمتلك عطارد المدار الأكثر انحرافًا بين جميع كواكب النظام الشمسي ، ولكن عند أقرب اقترابه من الشمس عند الحضيض الشمسي ، يبلغ حوالي 45.8 مليون كيلومتر.
حسب Le Verrier فترة الثورة:استغرق العالم حوالي 19 يومًا و 18 ساعة مع ميل مداري يبلغ حوالي 12 درجة و 10 دقائق بالنسبة لمسير الشمس. قبل وفاته في عام 1877 ، قام عالم الرياضيات بعدة محاولات للتنبؤ بعبور فولكان عبر الشمس قبل وفاته ، لكن هذا لم يتحقق.
بصرف النظر عن حسابات Le Verrier ، لا يمكن أن يكون هناك شيء آخرأن نقول على وجه اليقين عن كوكب لم يكن موجودًا بالفعل. إذا كان موجودًا ، فسيكون أكثر سخونة من عطارد عدة مرات ، لأنه كان أقرب مرتين من الشمس. قد يكون هذا هو السبب وراء ادعاء بعض المراقبين الذين زعموا أنهم شاهدوا فولكان أن لونه ضارب إلى الحمرة.
من دفن البحث عن فولكان؟
على الرغم من أن قوانين نيوتن كانت مفيدة في التنبؤآثار الجاذبية ، فهي ليست الحقيقة المطلقة. لذلك ، عندما بدأ ألبرت أينشتاين في تطوير نظريته العامة للنسبية ، كان كوكب فولكان المراوغ مهمًا جدًا بالنسبة له.
الحقيقة هي أن عطارد كان "أرض اختبار"تطوير نظريته العامة في النسبية. إذا تمكنت من تفسير تذبذب مدار عطارد دون "الاعتماد" على وجود فولكان ، فلن تحل فقط لغزًا كبيرًا في علم الفلك والفيزياء. حلت النسبية العامة محل نيوتن وقوانينه للحركة والجاذبية في وصف الكون.
الاكتشاف الرئيسي للنظرية النسبية العامةكانت فكرة أينشتاين عن الجاذبية أكثر من مجرد قوة بين جسدين ، كما يعتقد نيوتن. بالنسبة لأينشتاين ، كان هذا نتيجة "انغماس" الكتلة في "نسيج" ما أسماه الزمكان.
وفقًا لأسس النظرية العامة للنسبية ،المكان والزمان ليسا ثابتين ، لكنهما ديناميكيان وقابلان للتغيير. كيف يحدث هذا يعتمد على وجود وحركة المادة والطاقة. كتلة ضخمة مثل الشمس تخلق منحنيات في الزمكان. من الطبيعي أن يؤثر النجم على حركة الأشياء. على سبيل المثال ، في مدار عطارد.
بدون انحناء الزمكانكتلة أخرى ، مثل كوكب فولكان ، ستؤدي إلى تذبذبها. لكن وفقًا للنسبية العامة ، يتصرف عطارد تمامًا كما توقع أينشتاين. نتيجة لذلك ، بعد أكثر من 100 عام من نشر النظرية العامة للنسبية ، ظل كوكب فولكان افتراضيًا ولم يعد يبحث عنه.
قراءة المزيد
هل النموذج القياسي للفيزياء لم يعد مناسبًا؟ الشيء الرئيسي حول العمل الجديد للعلماء في المصادم
العلماء يعيدون إحياء إنزيم قديم لإطعام 9 مليارات شخص بحلول عام 2050
تم العثور على آثار أقوى زلزال في تاريخ البشرية