במשך אלפי שנים, אנשים צפו במרקורי, נוגה, מאדים, צדק ושבתאי בעין בלתי מזוינת. אֲבָל
יחסים מתמטיים
לפני שאיזק ניוטון גילה את חוקי הכבידהאסטרונומים מצאו עצמים בחלל באמצעות הראייה שלהם ונעזרו בטלסקופ. אבל עבודתו אפשרה לשקול את היחס בין גרמי השמים של מערכת השמש בצורה של ביטויים מתמטיים. זה איפשר לאסטרונומים ליצור תחזיות לגבי כוכבי לכת, שביטים ועצמים אחרים באמצעות נוסחאות מוגדרות היטב.
לדוגמה, אם מסלול כוכב הלכת והירחתואמים את חוקי ניוטון, אבל לא לתצפיות ישירות, אז מדענים יכולים להניח שעצם לא ידוע כלשהו מפעיל כוח משיכה נוסף על המערכת. למשל, זה מה שאפשר לאסטרונומים להסיק על קיומו של נפטון.
כוכב הלכת נפטון, שהתגלה ב-1846 תוך שימוש בהרבה חישובים מתמטיים, כפי שנראה במהלך הטיסה של וויאג'ר 2 ב-1989. מקור: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
שימוש בחישובים מתמטיים על השפעהכוח הכבידה של עצם לא ידוע אל מסלולו של אורנוס, המתמטיקאי הצרפתי אורבן לה ורייר חזה את קיומו של כוכב הלכת השמיני של מערכת השמש. זה קרה ב-1846, ו-143 שנים מאוחר יותר, הגשושית וויאג'ר 2 צפה בנפטון ממקור ראשון.
חפש את וולקן
בשנת 1859, Le Verrier השתמש באותוחישובים מתמטיים וניסו להסביר את ההפרעה של מסלולו של מרקורי. הוא הציע שכוכב הלכת הזעיר וולקן עשוי להקיף קרוב מספיק לשמש כדי להיות מוסתר על ידי אור השמש, אבל גדול מספיק כדי לשבש את מסלולו של מרקורי.
"אם אתה מאמין לתורת הכבידה של אייזק ניוטון, אזלגילוי של טלטלה קלה באמצע מסלולו של מרקורי, שלא ניתן להסביר על ידי המשיכה של נוגה או כדור הארץ, יש רק פרשנות אחת. ייתכן שיש כוכב לכת שלא התגלה או קבוצת אסטרואידים שלא ניתן לצפות בהם מכדור הארץ בגלל קרבתם לשמש", שיתף טום לבנסון, פרופסור לעיתונות מדעית במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, בראיון לנשיונל ג'יאוגרפיק.
צילום הר געש: ויקימדיה קומונס
התיאוריה החדשה הזו של תנודת המסלול של מרקוריסימן את תחילתה של תקופת "וולקנומניה" במחצית השנייה של המאה ה-19. אסטרונומים חובבים ומדענים מקצועיים הלכו לחפש את כוכב הלכת כביכול, וחלקם אף טענו שראו אותו במו עיניהם.
הראשונה מבין ה"תצפיות" הללו נעשתהאסטרונום חובב צרפתי אדמונד מודסט לסקרבו בשנת 1859. כשהוא עבד במצפה כוכבים מאולתר שהוקם בסככה בחצר האחורית, הוא כיוון את הטלסקופ שלו אל השמש וראה מה שנראה ככוכב לכת זעיר ועגול. מאוחר יותר הוא שיתף את לה ורייר בתצפיותיו, והמוניטין שלו שיחק תפקיד - כולם היו משוכנעים בקיומו של וולקן. בנוסף, לאור אותו עידן, למדענים לא הייתה סיבה מועטה לפקפק בתגלית. העובדה היא שזה מתאים באופן מושלם לרעיון הרווח של היקום, המבוסס על חוקי הכבידה של ניוטון.
מה אנחנו יודעים על כוכב לכת שאינו קיים?
הוא האמין כי המסה של הר הגעש צריכהלהתאים למסה של מרקורי על מנת להפעיל השפעה כבידה על "השכן". עם זאת, לה ורייר האמין שזה לא מספיק, ונטתה להאמין שקבוצת אסטרואידים היא הכרחית.
עם זאת, התצפיות והרישומים של לסקרבושהוא שמר עליהם, סיפק למתמטיקאי נתונים חשובים כדי שיוכל לנסות לקבוע את מסלולו של וולקן, את המרחק מהשמש ומאפיינים נוספים. מתוך נתונים אלה, לה ורייר חישב מסלול מעגלי בקירוב של כוכב הלכת. הוא העריך את המרחק של וולקן מהכוכב בכ-21 מיליון ק"מ. כידוע, למרקורי יש את המסלול האקסצנטרי ביותר מבין כל כוכבי הלכת של מערכת השמש, אך בהתקרבותו הקרובה ביותר לשמש בפריהליון, הוא כ-45.8 מיליון ק"מ.
לה ורייר חישב את תקופת המהפכה:המדען לקח כ-19 ימים ו-18 שעות עם נטיית מסלול של כ-12 מעלות ו-10 דקות ביחס לאקליפטיקה. לפני מותו בשנת 1877, עשה המתמטיקאי מספר ניסיונות לחזות את מעברו של וולקן דרך השמש לפני מותו, אך זה לא עלה על הדעת.
מלבד החישובים של לה ורייר, מעט יותר יכול להיותלומר בוודאות על כוכב לכת שאחרי הכל, לא באמת היה קיים. אם הוא היה קיים, הוא היה חם פי כמה ממרקורי, מכיוון שהוא היה קרוב יותר מפי שניים לשמש. זו אולי הסיבה שכמה משקיפים שטענו שראו את וולקן טענו שיש לו גוון אדמדם.
מי קבר את החיפוש אחר וולקן?
למרות שחוקי ניוטון היו מועילים בניבויהשפעות כבידה, הן אינן האמת האולטימטיבית. לכן, כאשר אלברט איינשטיין החל לפתח את תורת היחסות הכללית שלו, כוכב הלכת החמקמק וולקן היה חשוב לו מאוד.
העובדה היא שמרקורי היה "שטח ניסוי" עבורפיתוח תורת היחסות הכללית שלו. אם הייתה יכולה להסביר את תנודת מסלולו של מרקורי מבלי "להסתמך" על קיומו של וולקן, היא לא רק הייתה פותרת תעלומה גדולה באסטרונומיה ובפיסיקה. תורת היחסות הכללית החליפה לחלוטין את ניוטון ואת חוקי התנועה והכבידה שלו בתיאור היקום.
גילוי המפתח של תורת היחסות הכלליתרעיון הכבידה של איינשטיין היה יותר מסתם כוח בין שני גופים, כפי שסבר ניוטון. עבור איינשטיין, זו הייתה תוצאה של "הטבילה" של המסה ב"בד" של מה שהוא כינה מרחב-זמן.
על פי היסודות של תורת היחסות הכללית,המרחב והזמן אינם סטטיים, אלא דינמיים ונתונים לשינוי. איך זה קורה תלוי בנוכחות ובתנועה של חומר ואנרגיה. מסה ענקית כמו השמש יוצרת עקומות במרחב-זמן. זה נורמלי שהכוכב ישפיע על תנועת העצמים. למשל, במסלול של מרקורי.
ללא מרחב-זמן מעוקלמסה אחרת, כמו כוכב הלכת וולקן, שתגרום לו להתנדנד. אבל לפי תורת היחסות הכללית, מרקורי מתנהג בדיוק כפי שאיינשטיין חזה. כתוצאה מכך, יותר מ-100 שנים לאחר פרסום תורת היחסות הכללית, כוכב הלכת וולקן נותר היפותטי ולא חיפש אותו עוד.
קרא עוד
האם המודל הסטנדרטי של הפיזיקה כבר לא רלוונטי? העיקר בעבודתם החדשה של מדענים במאזן
מדענים 'החיו' אנזים קדום כדי להאכיל 9 מיליארד אנשים עד 2050
נמצאו עקבות לרעידת האדמה החזקה ביותר בתולדות האנושות