Tūkstošiem gadu cilvēki ar neapbruņotu aci ir novērojuši Merkuru, Venēru, Marsu, Jupiteru un Saturnu. Bet
Matemātiskās attiecības
Pirms Īzaks Ņūtons atklāja gravitācijas likumusastronomi kosmosa objektus atrada, izmantojot savu redzi un izmantojot teleskopu. Bet viņa darbs ļāva apsvērt attiecības starp Saules sistēmas debess ķermeņiem matemātisku izteiksmju veidā. Tas ļāva astronomiem izteikt prognozes par planētām, komētām un citiem objektiem, izmantojot precīzi definētas formulas.
Piemēram, ja planētas un mēness orbītaatbilst Ņūtona likumiem, bet ne tiešiem novērojumiem, tad zinātnieki var pieņemt, ka kāds nezināms objekts iedarbojas uz sistēmu papildu gravitāciju. Piemēram, tas ļāva astronomiem secināt par Neptūna esamību.
Planēta Neptūns, kas tika atklāta 1846. gadā, izmantojot daudzus matemātiskos aprēķinus, kā tas tika novērots Voyager 2 aplidošanas laikā 1989. gadā. Avots: NASA/JPL/Voyager-ISS/Džastins Kovarts
Izmantojot matemātiskos aprēķinus par ietekmiNezināma objekta gravitācija Urāna orbītā, franču matemātiķis Urbains Le Verjē prognozēja Saules sistēmas astotās planētas eksistenci.Tas notika 1846. gadā, un 143 gadus vēlāk zonde Voyager 2 novēroja Neptūnu no pirmavotiem.
Meklēt Vulcan
1859. gadā Le Verrier izmantoja to pašumatemātiskos aprēķinus un mēģināja izskaidrot Merkura orbītas traucējumus. Viņš ierosināja, ka mazā planēta Vulkāns varētu riņķot pietiekami tuvu Saulei, lai to aizēnotu saules gaisma, taču pietiekami liela, lai izjauktu Merkura orbītu.
“Ja ticat Īzaka Ņūtona gravitācijas teorijai, tadnelielas svārstības atklāšanai Merkura orbītas vidū, ko nevar izskaidrot ar Veneras vai Zemes pievilkšanu, ir tikai viena interpretācija. Var būt neatklāta planēta vai asteroīdu grupa, ko nevar novērot no Zemes, jo tā atrodas tuvu Saulei, ”intervijā National Geographic dalījās Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta zinātnes žurnālistikas profesors Toms Levensons.
Vulkāns Foto: Wikimedia Commons
Šī jaunā Merkura orbitālās svārstības teorijaiezīmēja "vulkanomānijas" perioda sākumu 19. gadsimta otrajā pusē. Astronomi amatieri un profesionāli zinātnieki ir devušies meklēt iecerēto planētu, un daži pat apgalvojuši, ka to redzējuši savām acīm.
Pirmais no šiem "novērojumiem" tika veiktsFranču astronoms amatieris Edmonds Modests Leskarbo 1859. gadā. Strādājot pagaidu observatorijā, kas iekārtota piemājas šķūnī, viņš pavērsa savu teleskopu uz Sauli un ieraudzīja, šķiet, niecīgu, apaļu planētu. Vēlāk viņš dalījās savos novērojumos ar Le Verjē, un savu lomu spēlēja viņa reputācija – visi bija pārliecināti par Vulkāna esamību. Turklāt, ņemot vērā šo laikmetu, zinātniekiem nebija pamata šaubīties par atklājumu. Fakts ir tāds, ka tas lieliski iekļaujas dominējošajā Visuma idejā, kuras pamatā ir Ņūtona gravitācijas likumi.
Ko mēs zinām par neesošu planētu?
Tiek uzskatīts, ka vulkāna masai vajadzētuatbilst dzīvsudraba masai, lai radītu gravitācijas ietekmi uz "kaimiņu". Tomēr Le Verjē uzskatīja, ka ar to nepietiek, un sliecās uzskatīt, ka asteroīdu grupa ir neaizstājama.
Tomēr Leskarbo novērojumi un ierakstiko viņš glabāja par tiem, sniedza matemātiķim svarīgus datus, lai viņš varētu mēģināt noteikt Vulkāna orbītu, attālumu no Saules un citus raksturlielumus. No šiem datiem Le Verjē aprēķināja aptuveni apļveida planētas orbītu. Viņš novērtēja Vulkāna attālumu no zvaigznes aptuveni 21 miljona km attālumā. Kā zināms, Merkūram ir ekscentriskākā orbīta starp visām Saules sistēmas planētām, bet tuvākajā Saules pieejā perihēlijā tas ir aptuveni 45,8 miljoni km.
Le Verjē aprēķināja revolūcijas periodu:zinātnieks aizņēma apmēram 19 dienas un 18 stundas ar orbītas slīpumu aptuveni 12 grādi un 10 minūtes attiecībā pret ekliptiku. Pirms nāves 1877. gadā matemātiķis veica vairākus mēģinājumus paredzēt Vulkāna tranzītu caur Sauli pirms viņa nāves, taču tas neizdevās.
Ja neskaita Le Verjē aprēķinus, maz kas cits varētu būtar pārliecību teikt par planētu, kura patiesībā nemaz neeksistēja. Ja tas pastāvētu, tas būtu daudzkārt karstāks nekā Merkurs, jo tas atrastos vairāk nekā divas reizes tuvāk Saulei. Iespējams, tāpēc daži novērotāji, kuri apgalvoja, ka ir redzējuši Vulkānu, apgalvoja, ka tam ir sarkanīga nokrāsa.
Kurš apglabāja Vulkāna meklējumus?
Lai gan Ņūtona likumi palīdzēja prognozētgravitācijas ietekme, tā nav galīgā patiesība. Tātad, kad Alberts Einšteins sāka izstrādāt savu vispārējo relativitātes teoriju, nenotveramā planēta Vulkāns viņam bija ļoti svarīga.
Fakts ir tāds, ka Merkurs bija "izmēģinājumu poligons".viņa vispārējās relativitātes teorijas attīstība. Ja viņa varētu izskaidrot Merkura orbītas svārstības, "nepaļaujoties" uz Vulkāna esamību, viņa ne tikai atrisinātu lielu astronomijas un fizikas noslēpumu. Vispārējā relativitāte Visuma aprakstā pilnībā aizstāja Ņūtonu un viņa kustības un gravitācijas likumus.
Galvenais vispārējās relativitātes teorijas atklājumsEinšteina ideja par gravitāciju bija vairāk nekā tikai spēks starp diviem ķermeņiem, kā uzskatīja Ņūtons. Einšteinam tās bija sekas masas "iegremdēšanai" tā, ko viņš sauca telpas-laika "audumā".
Saskaņā ar vispārējās relativitātes teorijas pamatiem,telpa un laiks nav statiski, bet dinamiski un pakļauti izmaiņām. Tas, kā tas notiek, ir atkarīgs no matērijas un enerģijas klātbūtnes un kustības. Tāda milzīga masa kā Saule rada līknes telpā-laikā. Tas ir normāli, ka zvaigzne ietekmēs objektu kustību. Piemēram, Merkura orbītā.
Bez izliekta telpa-laikakāda cita masa, piemēram, planēta Vulkāns, kas izraisīs tās šūpošanos. Bet saskaņā ar vispārējo relativitātes teoriju Merkurs uzvedas tieši tā, kā paredzēja Einšteins. Rezultātā vairāk nekā 100 gadus pēc vispārējās relativitātes teorijas publicēšanas planēta Vulkāns palika hipotētiska un vairs to nemeklēja.
Lasīt vairāk
Vai fizikas standarta modelis vairs nav aktuāls? Galvenais par jauno zinātnieku darbu pie kolidera
Zinātnieki “atdzīvina” senu fermentu, lai līdz 2050. gadam pabarotu 9 miljardus cilvēku
Atrastas cilvēces vēsturē spēcīgākās zemestrīces pēdas