- Časopis Quark - https://www.quark.sk -

Planéta objavená matematikou

Galileo Galilei (1564 – 1642), zdroj wikipédia/Justus Sustermans, public domain

Keď sa niekto pozrie na oblohu a povie: Aha, aká jasná hviezda! je dosť možné, že sa nepozerá na hviezdu, ale na planétu.

Niektoré planéty sú totiž veľmi jasné. Síce nesvietia samy osebe, ale odrážajú svetlo zo Slnka. Viaceré vidno voľným okom: Merkúr, Venušu, Zem, Mars, Jupiter a Saturn. Sú však planéty, ktoré len tak neuvidíte.

Keď teleskop nestačí

Na prelome 16. a 17. storočia začali ľudia vyrábať prvé teleskopy a vďaka nim objavovali na oblohe nové objekty. Napríklad v roku 1609 objavil Galileo Galilei štyri veľké mesiace obiehajúce Jupiter, ktoré sú veľkosťou porovnateľné s Merkúrom.
Objaviť mesiac či kométu je možno zaujímavé, no asi je jasné, že skutočným triumfom je až objav novej planéty. V tomto prípade však trvalo čakanie dlhšie. Planétu Urán, teda prvú planétu neviditeľnú voľným okom, objavil William Herschel až v roku 1781. Chvíľu dokonca ľuďom trvalo presvedčiť sa, že naozaj ide o planétu a nie kométu.
Z časového rozostupu medzi objavom Galileových mesiacov a objavom Uránu je jasné, že na objavenie novej planéty nestačí len tak niekam namieriť teleskop. Keď sa pozriete na náhodné miesto na oblohe, nijakú novú planétu tam takmer určite nenájdete. Treba vedieť, kde hľadať.

Neočakávaný pohyb Uránu

Urbain Le Verrier (1811 – 1877), zdroj wikipédia/Magnus Manske, public domain

Vďaka Newtonovmu gravitačnému zákonu sme odhalili v pohybe planét poriadok. Výhodou toho, že si v niečom spravíte poriadok, je okrem iného to, že si zrazu dokážete všimnúť aj malé nepresnosti, ktoré z poriadku vyčnievajú.
To sa stalo práve pri analýze pohybu Uránu. Po jeho objavení sa presným pozorovaním zistilo, že sa okolo Slnka nepohybuje presne podľa Newtonových zákonov! V roku 1821 spísal Alexis Bouvard tabuľky pozorovaní, ktoré takéto nepresnosti zachytili. Jedným možným vysvetlením bolo, že ďalej od Slnka jednoducho Newtonove zákony neplatia. Druhá možnosť bola, že za Uránom sa nachádza ďalšia planéta, ktorá jeho pohyb ovplyvňuje.
Ľudia tak začali riešiť takúto úlohu: kam a akú planétu máme umiestniť do matematicko-fyzikálneho modelu našej slnečnej sústavy, aby narúšala pohyb Uránu presne pozorovaným spôsobom? V súčasnosti by to bola za pomoci počítačov relatívne jednoduchá úloha. V polovici 19. storočia to však bol celkom náročný problém – ani 25 rokov po zhotovení Bouvardových tabuliek nebola záhada vyriešená.

Nájdená na základe výpočtu

Človek by mal pocit, že ťažká časť práce je spočítať polohu planéty a ľahká je niekoho presvedčiť, aby sa na toto miesto pozrel. V Anglicku pracoval na určovaní polohy novej planéty John Couch Adams. Svoje poznámky nechal bez bližšieho vysvetlenia riaditeľovi observatória v Cambridgei a kvôli rôznym zmätkom jeho poznatky k ničomu neviedli.

Neptún na snímke zo sondy Voyager 2, foto NASA/JPL

Vo Francúzsku na riešení rovníc pracoval Urbain Jean Joseph Le Verrier. Tomu sa počtársky darilo, no na hľadanie novej planéty sa mu nedarilo presvedčiť ani jedného miestneho astronóma. Prehltol tak národnú hrdosť a výpočty s možnou polohou neznámej planéty poslal poštou do Berlína Johannovi Gottfriedovi Gallemu. Tomu sa návrh páčil a v noci namieril teleskop na miesto, ktoré Le Verrier vytýčil. Po rokoch hľadania to zrazu šlo ako po masle – novú planétu objavil sotva za hodinu. Le Verrier trafil takmer presne, pomýlil sa iba o jeden stupeň, čo je na oblohe taký úsek, ako hrúbka malíčka na vystretej ruke.
Na pomenovanie planéty padali rôzne návrhy, napríklad Janus alebo Oceanus, kvôli jej modrej farbe. Le Verrier najprv navrhol meno Neptune, neskôr však – neskromne – navrhol, že by sa vlastne mohla volať Le Verrier, tak ako on. To však narazilo na odpor. Ostatné (mimozemské) planéty majú mytologické mená a tak sa utriasol pôvodný nápad Neptún po bohovi vodstva. Podľa mňa by však sedelo aj meno Aténa, po bohyni múdrosti, keďže ide o prvú planétu, ktorá bola objavená pomocou matematiky.

Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2021. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre