เป็นเวลาหลายพันปีที่ผู้คนสังเกตเห็นดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ด้วยตาเปล่า แต่
ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์
ก่อนที่ไอแซก นิวตันจะค้นพบกฎแห่งแรงโน้มถ่วงนักดาราศาสตร์พบวัตถุในอวกาศโดยใช้สายตาและใช้กล้องโทรทรรศน์ช่วย แต่งานของเขาทำให้สามารถพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างเทห์ฟากฟ้าของระบบสุริยะในรูปแบบของนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถทำนายเกี่ยวกับดาวเคราะห์ ดาวหาง และวัตถุอื่นๆ โดยใช้สูตรที่กำหนดไว้อย่างดี
เช่น ถ้าวงโคจรของโลกกับดวงจันทร์สอดคล้องกับกฎของนิวตัน แต่ไม่ใช่เพื่อสังเกตการณ์โดยตรง นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าวัตถุที่ไม่รู้จักบางวัตถุกำลังใช้แรงโน้มถ่วงเพิ่มเติมบนระบบ ตัวอย่างเช่น นี่คือสิ่งที่ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถสรุปเกี่ยวกับการมีอยู่ของดาวเนปจูนได้
ดาวเคราะห์เนปจูน ค้นพบในปี พ.ศ. 2389 โดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์จำนวนมาก ดังที่เห็นระหว่างการบินผ่านยานโวเอเจอร์ 2 ในปี พ.ศ. 2532 ที่มา: NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart
การใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับอิทธิพลนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Urbain Le Verrier ทำนายการมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงที่ 8 ของระบบสุริยะ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2389 และ 143 ปีต่อมา ยานโวเอเจอร์ 2 ได้สำรวจดาวเนปจูนโดยตรง
ค้นหาวัลแคน
ในปี 1859 Le Verrier ใช้สิ่งเดียวกันการคำนวณทางคณิตศาสตร์และพยายามอธิบายการรบกวนของวงโคจรของดาวพุธ เขาแนะนำว่าดาวเคราะห์น้อยวัลแคนอาจโคจรใกล้ดวงอาทิตย์มากพอที่จะถูกแสงแดดบดบัง แต่มีขนาดใหญ่พอที่จะทำลายวงโคจรของดาวพุธได้
“ถ้าคุณเชื่อทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอแซก นิวตันแล้วล่ะก็การค้นพบการวอกแวกเล็กน้อยในใจกลางวงโคจรของดาวพุธ ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแรงดึงดูดของดาวศุกร์หรือโลก มีเพียงการตีความเดียวเท่านั้น อาจมีดาวเคราะห์ที่ยังไม่ถูกค้นพบหรือกลุ่มดาวเคราะห์น้อยที่ไม่สามารถสังเกตได้จากโลกเนื่องจากอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์” ทอม เลเวนสัน ศาสตราจารย์ด้านวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ให้สัมภาษณ์กับเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก
ภาพถ่ายภูเขาไฟ: Wikimedia Commons
ทฤษฎีใหม่ของการวอกแวกของวงโคจรของดาวพุธเป็นจุดเริ่มต้นของช่วงเวลาของ "volcanomania" ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นักดาราศาสตร์สมัครเล่นและนักวิทยาศาสตร์มืออาชีพได้ออกตามหาดาวเคราะห์ดวงนี้ และบางคนถึงกับอ้างว่าได้เห็นกับตาของพวกเขาเอง
ครั้งแรกของ "ข้อสังเกต" เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นนักดาราศาสตร์สมัครเล่นชาวฝรั่งเศส Edmond Modest Lescarbault ในปี 1859 ขณะทำงานในหอดูดาวชั่วคราวที่ตั้งอยู่ในกระท่อมหลังบ้าน เขาเล็งกล้องดูดาวไปที่ดวงอาทิตย์และเห็นสิ่งที่ดูเหมือนเป็นดาวเคราะห์ทรงกลมขนาดเล็ก ต่อมาเขาได้แบ่งปันข้อสังเกตของเขากับเลอ แวร์ริเอร์ และชื่อเสียงของเขาก็มีส่วน ทุกคนต่างเชื่อมั่นในการมีอยู่ของวัลแคน นอกจากนี้ ในยุคนั้น นักวิทยาศาสตร์มีเหตุผลเพียงเล็กน้อยที่จะสงสัยในการค้นพบนี้ ความจริงก็คือมันเข้ากันได้ดีกับแนวคิดที่มีอยู่ทั่วไปของจักรวาลโดยอิงตามกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน
เรารู้อะไรเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่ไม่มีอยู่จริง?
เชื่อกันว่ามวลของภูเขาไฟควรสอดคล้องกับมวลของดาวพุธเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงให้กับ "เพื่อนบ้าน" อย่างไรก็ตาม เลอ แวร์ริเอร์เชื่อว่าไม่เพียงพอ และมีแนวโน้มที่จะเชื่อว่ากลุ่มดาวเคราะห์น้อยเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
อย่างไรก็ตาม ข้อสังเกตและบันทึกของ Lescarbaultซึ่งเขาเก็บไว้เกี่ยวกับพวกเขา ให้ข้อมูลสำคัญแก่นักคณิตศาสตร์เพื่อที่เขาจะได้ลองกำหนดวงโคจรของวัลแคน ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ และลักษณะอื่นๆ จากข้อมูลเหล่านี้ Le Verrier ได้คำนวณโคจรรอบโลกโดยประมาณ เขาประเมินระยะทางของวัลแคนจากดาวฤกษ์ประมาณ 21 ล้านกม. อย่างที่คุณทราบ ดาวพุธมีวงโคจรที่ประหลาดที่สุดในบรรดาดาวเคราะห์ทั้งหมดในระบบสุริยะ แต่เมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ก็คือประมาณ 45.8 ล้านกม.
Le Verrier คำนวณระยะเวลาของการปฏิวัติ:นักวิทยาศาสตร์ใช้เวลาประมาณ 19 วัน 18 ชั่วโมง โดยมีความโน้มเอียงของวงโคจรประมาณ 12 องศา 10 นาทีเมื่อเทียบกับสุริยุปราคา ก่อนที่เขาจะเสียชีวิตในปี พ.ศ. 2420 นักคณิตศาสตร์ได้พยายามทำนายการเคลื่อนตัวของวัลแคนผ่านดวงอาทิตย์หลายครั้งก่อนที่เขาจะเสียชีวิต แต่ก็ไม่เป็นผล
นอกจากการคำนวณของ Le Verrier แล้ว อย่างอื่นก็อาจจะเป็นพูดด้วยความมั่นใจเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่ไม่มีอยู่จริง ถ้ามันมีอยู่จริง มันจะร้อนกว่าดาวพุธหลายเท่า เพราะมันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าสองเท่า นี่อาจเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้สังเกตการณ์บางคนที่อ้างว่าเคยเห็นวัลแคนอ้างว่ามีสีแดง
ใครเป็นคนฝังการค้นหาวัลแคน?
แม้ว่ากฎของนิวตันจะมีประโยชน์ในการทำนายแรงโน้มถ่วงไม่ใช่ความจริงสูงสุด ดังนั้น เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เริ่มพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ดาวเคราะห์วัลแคนที่เข้าใจยากจึงมีความสำคัญมากสำหรับเขา
ความจริงก็คือว่าดาวพุธเป็น "พื้นที่ทดสอบ" สำหรับการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา หากเธอสามารถอธิบายการวอกแวกของวงโคจรของดาวพุธได้โดยไม่ต้อง "พึ่งพา" กับการมีอยู่ของวัลแคน เธอจะไม่เพียงแต่ไขปริศนาอันยิ่งใหญ่ในด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์เท่านั้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแทนที่นิวตันและกฎการเคลื่อนที่และแรงโน้มถ่วงของเขาอย่างสมบูรณ์ในการอธิบายจักรวาล
การค้นพบที่สำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์เป็นมากกว่าแค่แรงระหว่างสองร่างดังที่นิวตันเชื่อ สำหรับไอน์สไตน์ นี่เป็นผลมาจากการ "แช่" มวลใน "ผ้า" ของสิ่งที่เขาเรียกว่ากาลอวกาศ
ตามพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปพื้นที่และเวลาไม่คงที่ แต่เป็นไดนามิกและอาจเปลี่ยนแปลงได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไรขึ้นอยู่กับการมีอยู่และการเคลื่อนไหวของสสารและพลังงาน มวลมหาศาลอย่างดวงอาทิตย์ทำให้เกิดเส้นโค้งในกาลอวกาศ เป็นเรื่องปกติที่ดาวจะส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ เช่น ในวงโคจรของดาวพุธ
ไม่มีโค้ง space-timeมวลอื่นๆ เช่น ดาวเคราะห์วัลแคน ซึ่งจะทำให้เกิดการวอกแวก แต่ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ดาวพุธมีพฤติกรรมตรงตามที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้ เป็นผลให้กว่า 100 ปีหลังจากการตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ดาวเคราะห์วัลแคนยังคงเป็นสมมุติฐานและไม่ได้ค้นหาอีกต่อไป
อ่านเพิ่มเติม
โมเดลมาตรฐานของฟิสิกส์ไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไปหรือไม่? สิ่งสำคัญเกี่ยวกับงานใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ที่ collider
นักวิทยาศาสตร์ 'ฟื้น' เอ็นไซม์โบราณเพื่อเลี้ยงคน 9 พันล้านคนภายในปี 2050
พบร่องรอยแผ่นดินไหวรุนแรงที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ