Tūkstančius metų žmonės plika akimi stebėjo Merkurijų, Venerą, Marsą, Jupiterį ir Saturną. Bet
Matematiniai ryšiai
Prieš tai, kai Izaokas Niutonas atrado gravitacijos dėsniusastronomai kosminius objektus rado naudodami savo regėjimą ir pasitelkę teleskopą. Tačiau jo darbas leido matematinėmis išraiškomis apsvarstyti ryšį tarp Saulės sistemos dangaus kūnų. Tai leido astronomams daryti prognozes apie planetas, kometas ir kitus objektus, naudojant tiksliai apibrėžtas formules.
Pavyzdžiui, jei planetos ir mėnulio orbitaatitinka Niutono dėsnius, bet ne tiesioginius stebėjimus, tada mokslininkai gali daryti prielaidą, kad kažkoks nežinomas objektas sistemai daro papildomą gravitaciją. Pavyzdžiui, tai leido astronomams padaryti išvadą apie Neptūno egzistavimą.
Neptūno planeta, atrasta 1846 m., naudojant daugybę matematinių skaičiavimų, kaip buvo pastebėta „Voyager 2“ skrydžio metu 1989 m. Šaltinis: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
Naudojant matematinius skaičiavimus apie įtakąNežinomo objekto gravitacija į Urano orbitą, prancūzų matematikas Urbainas Le Verjė numatė aštuntosios Saulės sistemos planetos egzistavimą.Tai atsitiko 1846 m., o po 143 metų zondas „Voyager 2“ stebėjo Neptūną iš pirmų lūpų.
Ieškoti Vulcan
1859 m. Le Verrier naudojo tą patįmatematinius skaičiavimus ir bandė paaiškinti Merkurijaus orbitos sutrikimą. Jis pasiūlė, kad mažytė Vulkano planeta galėtų skrieti pakankamai arti Saulės, kad ją užstotų saulės šviesa, bet pakankamai didelė, kad sutrikdytų Merkurijaus orbitą.
„Jei tiki Izaoko Niutono gravitacijos teorija, tadaMerkurijaus orbitos viduryje aptiktas nedidelis svyravimas, kurio negalima paaiškinti Veneros ar Žemės trauka, turi tik vieną interpretaciją. Gali būti, kad yra neatrasta planeta arba asteroidų grupė, kurios negalima stebėti iš Žemės, nes ji yra arti Saulės“, – interviu „National Geographic“ dalinosi Masačusetso technologijos instituto mokslo žurnalistikos profesorius Tomas Levensonas.
Vulkano nuotrauka: Wikimedia Commons
Ši nauja Merkurijaus orbitos svyravimo teorijaantroje pusėje prasidėjo „vulkanomanijos“ laikotarpis. Astronomai mėgėjai ir profesionalūs mokslininkai ėjo ieškoti tariamos planetos, o kai kurie net tvirtino ją matę savo akimis.
Buvo atliktas pirmasis iš šių „stebėjimų“.Prancūzų astronomas mėgėjas Edmondas Modestas Lescarbault 1859 m. Dirbdamas laikinojoje observatorijoje, įrengtoje kiemo pastogėje, jis nukreipė savo teleskopą į Saulę ir pamatė, kaip atrodė, mažytė, apvali planeta. Vėliau savo pastebėjimais jis pasidalijo su Le Verrier, o jo reputacija suvaidino tam tikrą vaidmenį – visi buvo įsitikinę Vulkano egzistavimu. Be to, atsižvelgiant į tą erą, mokslininkai neturėjo pagrindo abejoti atradimu. Faktas yra tas, kad jis puikiai atitinka vyraujančią Visatos idėją, pagrįstą Niutono gravitacijos dėsniais.
Ką mes žinome apie neegzistuojančią planetą?
Manoma, kad ugnikalnio masė turėtųatitinka Merkurijaus masę, kad padarytų gravitacinį poveikį „kaimynui“. Tačiau Le Verrier manė, kad to nepakanka, ir buvo linkęs manyti, kad asteroidų grupė yra būtina.
Tačiau Lescarbault pastebėjimai ir įrašaikuriuos saugojo apie juos, matematikui pateikė svarbių duomenų, kad jis galėtų pabandyti nustatyti Vulkano orbitą, atstumą nuo Saulės ir kitas charakteristikas. Remdamasis šiais duomenimis, Le Verrier apskaičiavo maždaug apskritą planetos orbitą. Jis įvertino Vulkano atstumą nuo žvaigždės apie 21 milijoną km. Kaip žinote, Merkurijus turi ekscentriškiausią orbita tarp visų Saulės sistemos planetų, tačiau artimiausiu metu prie Saulės perihelyje jis yra apie 45,8 mln.
Le Verrier apskaičiavo revoliucijos laikotarpį:mokslininkas užtruko apie 19 dienų ir 18 valandų, kai orbitos polinkis buvo apie 12 laipsnių ir 10 minučių ekliptikos atžvilgiu. Prieš mirtį 1877 m. matematikas keletą kartų bandė nuspėti Vulkano tranzitą per Saulę prieš mirtį, tačiau tai nepasiteisino.
Be Le Verrier skaičiavimų, mažai kas galėtų būtitikrai pasakyti apie planetą, kurios iš tikrųjų nebuvo. Jei jis egzistuotų, jis būtų daug kartų karštesnis nei Merkurijus, nes jis buvo daugiau nei du kartus arčiau Saulės. Galbūt dėl to kai kurie stebėtojai, kurie teigė matę Vulkaną, teigė, kad jis turi rausvą atspalvį.
Kas palaidojo Vulkano paieškas?
Nors Niutono dėsniai padėjo nuspėtigravitaciniai efektai, jie nėra galutinė tiesa. Taigi, kai Albertas Einšteinas pradėjo kurti savo bendrąją reliatyvumo teoriją, sunkiai suvokiama Vulkano planeta jam buvo labai svarbi.
Faktas yra tas, kad Merkurijus buvo „bandymo poligonas“.savo bendrosios reliatyvumo teorijos plėtrą. Jei jai pavyktų paaiškinti Merkurijaus orbitos svyravimą „nepasikliaudama“ Vulkano egzistavimu, ji ne tik įmintų didelę astronomijos ir fizikos paslaptį. Bendroji reliatyvumo teorija Visatos aprašyme visiškai pakeitė Niutoną ir jo judėjimo bei gravitacijos dėsnius.
Pagrindinis bendrosios reliatyvumo teorijos atradimasEinšteino gravitacijos idėja buvo daugiau nei tik jėga tarp dviejų kūnų, kaip tikėjo Niutonas. Einšteinui tai buvo masės „panardinimo“ į to, ką jis pavadino erdvėlaikiu, „audinį“ pasekmė.
Pagal bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindus,erdvė ir laikas nėra statiški, o dinamiški ir gali keistis. Kaip tai atsitiks, priklauso nuo materijos ir energijos buvimo bei judėjimo. Didžiulė masė kaip Saulė sukuria erdvėlaikio kreives. Normalu, kad žvaigždė paveiks objektų judėjimą. Pavyzdžiui, Merkurijaus orbitoje.
Be lenkto erdvėlaikiokokia nors kita masė, pavyzdžiui, Vulkano planeta, dėl kurios ji susvyruos. Tačiau pagal bendrąją reliatyvumo teoriją Merkurijus elgiasi tiksliai taip, kaip numatė Einšteinas. Dėl to, praėjus daugiau nei 100 metų po bendrosios reliatyvumo teorijos paskelbimo, Vulkano planeta liko hipotetinė ir jos nebeieškojo.
Skaityti daugiau
Ar standartinis fizikos modelis nebeaktualus? Svarbiausia apie naujus mokslininkų darbus priešpriešinėje
Mokslininkai „prikėlė“ senovinį fermentą, kuris iki 2050 m. pamaitins 9 milijardus žmonių
Rasti stipriausio žmonijos istorijoje žemės drebėjimo pėdsakai