Od tysięcy lat ludzie obserwują gołym okiem Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Ale
Relacje matematyczne
Zanim Isaac Newton odkrył prawa grawitacjiastronomowie znajdowali obiekty kosmiczne za pomocą wzroku i korzystając z pomocy teleskopu. Ale jego praca umożliwiła rozważenie związku między ciałami niebieskimi Układu Słonecznego w postaci wyrażeń matematycznych. Umożliwiło to astronomom dokonywanie prognoz dotyczących planet, komet i innych obiektów przy użyciu dobrze zdefiniowanych wzorów.
Na przykład, jeśli orbita planety i księżycaodpowiadają prawom Newtona, ale nie bezpośrednim obserwacjom, wówczas naukowcy mogą założyć, że jakiś nieznany obiekt wywiera dodatkową grawitację na układ. Na przykład to pozwoliło astronomom wyciągnąć wnioski na temat istnienia Neptuna.
Planeta Neptun odkryta w 1846 roku przy użyciu wielu obliczeń matematycznych, co widać podczas przelotu Voyagera 2 w 1989 roku. Źródło: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
Korzystanie z obliczeń matematycznych dotyczących wpływugrawitacja nieznanego obiektu na orbicie Urana, francuski matematyk Urbain Le Verrier przewidział istnienie ósmej planety Układu Słonecznego, co miało miejsce w 1846 roku, a 143 lata później sonda Voyager 2 zaobserwowała Neptuna z pierwszej ręki.
Wyszukaj Vulcan
W 1859 Le Verrier użył tego samegoobliczenia matematyczne i próbował wyjaśnić zaburzenia orbity Merkurego. Zasugerował, że maleńka planeta Vulcan może krążyć wystarczająco blisko Słońca, aby mogła być zasłonięta przez światło słoneczne, ale wystarczająco duża, aby zakłócić orbitę Merkurego.
„Jeśli wierzysz w teorię grawitacji Izaaka Newtona, to…odkrycie lekkiego chybotania w środku orbity Merkurego, którego nie można wytłumaczyć przyciąganiem Wenus lub Ziemi, ma tylko jedną interpretację. Może istnieć nieodkryta planeta lub grupa asteroid, których nie można zaobserwować z Ziemi ze względu na bliskość Słońca” – powiedział w wywiadzie dla National Geographic Tom Levenson, profesor dziennikarstwa naukowego w Massachusetts Institute of Technology.
Wulkan Zdjęcie: Wikimedia Commons
Ta nowa teoria chybotania orbity Merkuregozapoczątkował okres „wulkanomania” w drugiej połowie XIX wieku. Astronomowie amatorzy i zawodowi naukowcy wyruszyli w poszukiwaniu domniemanej planety, a niektórzy twierdzą nawet, że widzieli ją na własne oczy.
Dokonano pierwszej z tych „obserwacji”Francuski astronom-amator Edmond Modest Lescarbault w 1859 roku. Pracując w prowizorycznym obserwatorium ustawionym w przydomowej szopie, skierował swój teleskop na Słońce i zobaczył coś, co wyglądało jak maleńka, okrągła planeta. Później podzielił się swoimi spostrzeżeniami z Le Verrier, a jego reputacja odegrała pewną rolę - wszyscy byli przekonani o istnieniu Wulkana. Ponadto, biorąc pod uwagę tę epokę, naukowcy nie mieli powodów, by wątpić w odkrycie. Faktem jest, że doskonale wpisuje się w panującą ideę Wszechświata, opartą na prawach grawitacji Newtona.
Co wiemy o nieistniejącej planecie?
Uważa się, że masa wulkanu powinnaodpowiadają masie Merkurego w celu wywarcia efektu grawitacyjnego na „sąsiada”. Jednak Le Verrier uważał, że to nie wystarczy i był skłonny wierzyć, że grupa asteroid jest niezbędna.
Jednak obserwacje i zapisy Lescarbaultaktóre trzymał o nich, dostarczył matematykowi ważnych danych, aby mógł spróbować określić orbitę Wulkana, odległość od Słońca i inne cechy. Na podstawie tych danych Le Verrier obliczył w przybliżeniu kołową orbitę planety. Oszacował odległość Vulcan od gwiazdy na około 21 milionów km. Jak wiecie, Merkury ma najbardziej ekscentryczną orbitę spośród wszystkich planet Układu Słonecznego, ale przy swoim najbliższym zbliżeniu do Słońca na peryhelium wynosi około 45,8 miliona km.
Le Verrier obliczył okres rewolucji:naukowcowi zajęło to około 19 dni i 18 godzin przy nachyleniu orbity około 12 stopni i 10 minut w stosunku do ekliptyki. Przed śmiercią w 1877 r. matematyk podjął kilka prób przewidzenia przejścia Wulkana przez Słońce przed śmiercią, ale nic z tego nie wyszło.
Poza obliczeniami Le Verriera niewiele więcej mogłoby byćpowiedzieć z całą pewnością o planecie, która przecież tak naprawdę nie istniała. Gdyby istniał, byłby wielokrotnie gorętszy niż Merkury, ponieważ znajdował się ponad dwukrotnie bliżej Słońca. Być może dlatego niektórzy obserwatorzy, którzy twierdzili, że widzieli Vulcan, twierdzili, że ma on czerwonawy odcień.
Kto pogrzebał poszukiwania Vulcan?
Chociaż prawa Newtona były pomocne w przewidywaniuefekty grawitacyjne, nie są ostateczną prawdą. Kiedy więc Albert Einstein zaczął rozwijać swoją ogólną teorię względności, nieuchwytna planeta Vulcan była dla niego bardzo ważna.
Faktem jest, że Merkury był „poligonem doświadczalnym” dlarozwój jego ogólnej teorii względności. Gdyby mogła wyjaśnić chwianie się orbity Merkurego bez „opierania się” na istnieniu Wulkana, nie tylko rozwiązałaby wielką zagadkę w astronomii i fizyce. Ogólna teoria względności całkowicie zastąpiła Newtona i jego prawa ruchu i grawitacji w opisie Wszechświata.
Kluczowe odkrycie ogólnej teorii względnościIdea grawitacji Einsteina była czymś więcej niż tylko siłą między dwoma ciałami, jak wierzył Newton. Dla Einsteina było to konsekwencją „zanurzenia” masy w „tkaninę” tego, co nazwał czasoprzestrzenią.
Zgodnie z założeniami ogólnej teorii względności,przestrzeń i czas nie są statyczne, ale dynamiczne i podlegają zmianom. Jak to się dzieje, zależy od obecności i ruchu materii i energii. Ogromna masa, taka jak Słońce, tworzy krzywe w czasoprzestrzeni. To normalne, że gwiazda wpływa na ruch obiektów. Na przykład na orbicie Merkurego.
Bez zakrzywionej czasoprzestrzenijakaś inna masa, taka jak planeta Vulcan, która spowoduje jej chybotanie. Ale zgodnie z ogólną teorią względności Merkury zachowuje się dokładnie tak, jak przewidział Einstein. W rezultacie ponad 100 lat po opublikowaniu ogólnej teorii względności planeta Vulcan pozostała hipotetyczna i już jej nie poszukiwała.
Czytaj więcej
Czy standardowy model fizyki nie ma już zastosowania? Najważniejsze w nowej pracy naukowców w zderzaczu
Naukowcy „wskrzeszają” pradawny enzym, który ma nakarmić 9 miliardów ludzi do 2050 r.
Znaleziono ślady najsilniejszego trzęsienia ziemi w historii ludzkości