Duizenden jaren lang hebben mensen Mercurius, Venus, Mars, Jupiter en Saturnus met het blote oog waargenomen. Maar
Wiskundige relaties
Voordat Isaac Newton de wetten van de zwaartekracht ontdekteastronomen vonden ruimtevoorwerpen met behulp van hun gezichtsvermogen en de hulp van een telescoop. Maar zijn werk maakte het mogelijk om de relatie tussen de hemellichamen van het zonnestelsel in de vorm van wiskundige uitdrukkingen te beschouwen. Hierdoor konden astronomen voorspellingen doen over planeten, kometen en andere objecten met behulp van goed gedefinieerde formules.
Bijvoorbeeld als de baan van de planeet en de maanovereenkomen met de wetten van Newton, maar niet met directe waarnemingen, dan kunnen wetenschappers aannemen dat een onbekend object extra zwaartekracht op het systeem uitoefent. Dit is bijvoorbeeld wat astronomen in staat stelde te concluderen over het bestaan van Neptunus.
De planeet Neptunus, ontdekt in 1846 met behulp van veel wiskundige berekeningen, zoals te zien tijdens de Voyager 2-flyby in 1989. Bron: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
Wiskundige berekeningen over invloed gebruikenzwaartekracht van een onbekend object in de baan van Uranus, voorspelde de Franse wiskundige Urbain Le Verrier het bestaan van de achtste planeet van het zonnestelsel. Dit gebeurde in 1846 en 143 jaar later observeerde de Voyager 2-sonde Neptunus uit de eerste hand.
Zoeken naar Vulcan
In 1859 gebruikte Le Verrier hetzelfdewiskundige berekeningen en probeerde de verstoring van de baan van Mercurius te verklaren. Hij suggereerde dat de kleine planeet Vulcanus dicht genoeg bij de zon zou kunnen draaien om door zonlicht te worden verduisterd, maar groot genoeg om de baan van Mercurius te verstoren.
"Als je de theorie van de zwaartekracht van Isaac Newton gelooft, dan...de ontdekking van een lichte schommeling in het midden van de baan van Mercurius, die niet kan worden verklaard door de aantrekkingskracht van Venus of de aarde, heeft slechts één interpretatie. Er is mogelijk een onontdekte planeet of een groep asteroïden die niet vanaf de aarde kan worden waargenomen vanwege de nabijheid van de zon”, vertelde Tom Levenson, hoogleraar wetenschapsjournalistiek aan het Massachusetts Institute of Technology, in een interview met National Geographic.
Foto van vulkaan: Wikimedia Commons
Deze nieuwe theorie van de orbitale schommelingen van Mercuriusmarkeerde het begin van de periode van "vulkanomanie" in de tweede helft van de 19e eeuw. Amateurastronomen en professionele wetenschappers zijn op zoek gegaan naar de veronderstelde planeet, en sommigen hebben zelfs beweerd deze met eigen ogen te hebben gezien.
De eerste van deze "waarnemingen" werd gedaanFranse amateur-astronoom Edmond Modest Lescarbault in 1859. Hij werkte in een geïmproviseerd observatorium in een schuur in de achtertuin, richtte zijn telescoop op de zon en zag wat leek op een kleine, ronde planeet. Later deelde hij zijn observaties met Le Verrier, en zijn reputatie speelde een rol - iedereen was overtuigd van het bestaan van Vulcan. Bovendien hadden wetenschappers gezien die tijd weinig reden om aan de ontdekking te twijfelen. Het feit is dat het perfect past in het heersende idee van het heelal, gebaseerd op de zwaartekrachtwetten van Newton.
Wat weten we over een niet-bestaande planeet?
Er wordt aangenomen dat de massa van de vulkaan zou moetencorresponderen met de massa van Mercurius om een zwaartekrachtseffect op de "buurman" uit te oefenen. Le Verrier was echter van mening dat dit niet genoeg was en was geneigd te geloven dat een groep asteroïden onmisbaar was.
De observaties en verslagen van Lescarbaultdie hij over hen bewaarde, verschafte de wiskundige belangrijke gegevens zodat hij kon proberen de baan van Vulcanus, de afstand tot de zon en andere kenmerken te bepalen. Uit deze gegevens berekende Le Verrier een ongeveer cirkelvormige baan van de planeet. Hij schatte de afstand van Vulcan tot de ster op ongeveer 21 miljoen km. Zoals u weet, heeft Mercurius de meest excentrische baan van alle planeten van het zonnestelsel, maar bij zijn dichtste nadering tot de zon in het perihelium is hij ongeveer 45,8 miljoen km.
Le Verrier berekende de revolutieperiode:de wetenschapper deed er ongeveer 19 dagen en 18 uur over met een baanhelling van ongeveer 12 graden en 10 minuten ten opzichte van de ecliptica. Voor zijn dood in 1877 deed de wiskundige verschillende pogingen om de transit van Vulcanus door de zon voor zijn dood te voorspellen, maar dit liep op niets uit.
Afgezien van de berekeningen van Le Verrier, zou er weinig anders kunnen zijnom met zekerheid te zeggen over een planeet die toch niet echt bestond. Als het bestond, zou het vele malen heter zijn dan Mercurius, omdat het meer dan twee keer zo dicht bij de zon stond. Dit is misschien de reden waarom sommige waarnemers die beweerden Vulcanus te hebben gezien, beweerden dat het een roodachtige tint had.
Wie heeft de zoektocht naar Vulcan begraven?
Hoewel de wetten van Newton behulpzaam waren bij het voorspellenzwaartekrachteffecten, ze zijn niet de ultieme waarheid. Dus toen Albert Einstein zijn algemene relativiteitstheorie begon te ontwikkelen, was de ongrijpbare planeet Vulcanus erg belangrijk voor hem.
Feit is dat Mercurius een "proeftuin" was voorontwikkeling van zijn algemene relativiteitstheorie. Als ze de schommeling van de baan van Mercurius zou kunnen verklaren zonder te 'vertrouwen' op het bestaan van Vulcanus, zou ze niet alleen een groot mysterie in astronomie en natuurkunde oplossen. De algemene relativiteitstheorie verving Newton en zijn wetten van beweging en zwaartekracht volledig in de beschrijving van het heelal.
De belangrijkste ontdekking van de algemene relativiteitstheorieEinsteins idee van zwaartekracht was meer dan alleen een kracht tussen twee lichamen, zoals Newton geloofde. Voor Einstein was dit een gevolg van de "onderdompeling" van massa in het "weefsel" van wat hij ruimte-tijd noemde.
Volgens de fundamenten van de algemene relativiteitstheorie,ruimte en tijd zijn niet statisch, maar dynamisch en aan verandering onderhevig. Hoe dit gebeurt, hangt af van de aanwezigheid en beweging van materie en energie. Een enorme massa als de zon creëert krommingen in de ruimte-tijd. Het is normaal dat de ster de beweging van objecten beïnvloedt. Bijvoorbeeld in de baan van Mercurius.
Zonder gekromde ruimtetijdeen andere massa, zoals de planeet Vulcan, die ervoor zorgt dat hij gaat wiebelen. Maar volgens de algemene relativiteitstheorie gedraagt Mercurius zich precies zoals Einstein voorspelde. Als gevolg hiervan bleef de planeet Vulcan meer dan 100 jaar na de publicatie van de algemene relativiteitstheorie hypothetisch en zocht hij er niet meer naar.
Lees verder
Is het standaardmodel van de natuurkunde niet meer relevant? Het belangrijkste van het nieuwe werk van wetenschappers bij de versneller
Wetenschappers 'herrijzen' een oud enzym om tegen 2050 9 miljard mensen te voeden
Sporen gevonden van de sterkste aardbeving in de geschiedenis van de mensheid