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Neptuno, descubrimiento


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NEPTUNO, DESCUBRIMIENTO

Por Prof. José Maza Sancho

UNIVERSIDAD DE CHILE Curso EH28B

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Astronomía Agosto 2001

Tomado de http://www.das.uchile.cl/~jose/neptuno-2.html


Adams y Leverrier: el descubrimiento de Neptuno.

Introducción:
El punto culminante de la mecánica celeste del siglo XIX fue el descubrimiento del planeta Neptuno. La clave la proporcionó las observaciones de Urano. Para calcular la órbita de Urano se disponía de varias décadas de observaciones a partir de su descubrimiento en 1781 y de algunas observaciones aisladas hechas con anterioridad, en los cien años previos, donde fue observado accidentalmente y se pensó que era otra estrella. Observaciones de Urano fueron trazadas hasta 1690 cuando hay el registro de observaciones hechas por Flamsteed. Si se calculaba una órbita considerando las observaciones predescubrimiento, las efemérides que de ella se deducían no correspondían con las observaciones que se realizaban. Alexis Bouvard (1767-1843), ayudante de Laplace, notó que el movimiento de Urano presentaba irregularidades que no podían ser explicadas por las perturbaciones introducidas por los otros planetas. Calculó tablas para los planetas pero sus tablas para Urano, derivadas a partir de observaciones realizadas en los 40 años desde su descubrimiento, no podían representar adecuadamente las observaciones anteriores.
Laplace, al publicar las tablas en 1821 habla de "una influencia extraña y desconocida que actúa sobre el planeta". A medida que fue pasando el tiempo Urano comenzó a desviarse de las posiciones predichas por las tablas. Las discrepancias llegaron a los 2 minutos de arco en 1844, error muy fácilmente apreciable con un buen telescopio. Al crecer las desviaciones se empezó a pensar entre los astrónomos que un planeta desconocido debía estar perturbando a Urano. La explicación alternativa era pensar que la ley de la gravitación universal de Newton, que tan efectiva se había mostrado para explicar los movimientos celestes de la parte interna del sistema solar, quizás no era exactamente válida a la gran distancia de Urano.
Hacia fines de la cuarta década del siglo XIX Bessel le encargó a uno de sus alumnos, F.W. Flemming, la tarea de intentar calcular la órbita del planeta desconocido que parecía estar perturbando a Urano. Desgraciadamente Flemming murió cuando recién iniciaba su trabajo.
John Couch Adams:
En 1842-43 un jóven y talentoso estudiante de matemáticas de la Universidad de Cambridge, John Couch Adams (1819–1892), empezó a atacar el problema. En Septiembre de 1845 le comunicó sus resultados a George Biddell Airy (1801–1892) Astrónomo Real Inglés y a James C. Challis (1803–1862) Director del Observatorio de Cambridge. En su trabajo Adams había calculado una efeméride para ubicar al planeta desconocido. Lo situaba en una longitud, visto desde el Sol, de 323 grados 34 minutos para el 1º de Octubre de 1845. Desgraciadamente para Adams ni Airy ni Challis le dieron importancia a su trabajo y éste no publicó sus resultados en ninguna revista.
Mientras tanto en Francia el físico y astrónomo Francisco Arago (1786–1853), Director del Observatorio de París, le solicitó a Urbain Jean Leverrier (1811–1877) que estudiara el problema de Urano. Leverrier hizo primero un análisis completo de la teoría de Urano, que publicó en Noviembre de 1845. En junio de 1846 publicó las efemérides del planeta desconocido, que explicaba las anomalías de Urano. Según Leverrier el nuevo planeta debería estar, visto desde el Sol, dentro de un par de grados en la longitud 325 grados.
Cuando Airy y Challis conocieron el trabajo de Leverrier inmediatamente recordaron el olvidado trabajo de Adams y constataron con sorpresa que ambas predicciones eran extraordinariamente concordantes. Solo entonces valoraron el trabajo del joven Adams. Challis inició una búsqueda sistemática entre Julio y Agosto de 1846 registrando todas las estrellas visibles en la zona donde debería estar el planeta. Otros quehaceres distrajeron la atención de Challis que no comparó las observaciones que había realizado. Falló por segunda vez, perdiendo definitivamente la oportunidad de descubrir Neptuno, pues lo observó sin percatarse.
Leverrier le escribió al ayudante de Encke, Johann Gottfried Galle (1812-1910), astrónomo del Observatorio de Berlín, pidiéndole que examinara el cielo con el gran refractor del Observatorio, en la zona donde debería estar el nuevo planeta. El Observatorio de Berlín acababa de recibir una carta celeste de esa zona del cielo, confeccionada por Carl Bremiker (1804-1877), publicada por la Academia de Berlín, que representaba hasta las estrellas de décima magnitud. Una carta celeste era esencial para poder descubrir una "estrella extra" en la zona. Al recibir la comunicación de Leverriere, Galle exploró la región indicada del cielo y fue así como la noche del 23 de Septiembre de 1846 Galle descubrió el nuevo planeta, como una estrella de novena magnitud que no estaba marcada en la carta estelar, a menos de 1 grado de la predicción de Leverrier. El nuevo miembro del sistema solar recibió el nombre de Neptuno, dios de las profundidades del océano, que a partir de entonces vigila la luz y sombra del océano cósmico.
El descubrimiento de Neptuno tuvo un profundo impacto en el mundo científico y en general entre los hombres cultos del siglo XIX. Representaba un inmenso triunfo de la ciencia el haber descubierto la existencia de una planeta desconocido por la influencia que ejerce sobre el mundo conocido. Por mucho tiempo se habló del descubrimiento hecho por un astrónomo sentado en su escritorio. Francisco Arago escribió al respecto: "lo ha visto en el extremo de su pluma; por la sola potencia del cálculo ha determinado el lugar y la magnitud aproximada de un cuerpo situado más allá de los límites conocidos de nuestro sistema solar". La ley de gravitación de Newton salió victoriosa de este problema que parecía contradecirla.
Challis en Cambridge, que había adoptado el laborioso camino de hacer una carta con todas las estrellas y comparar cartas hechas en días diferentes, el 29 de Septiembre observó Neptuno, dándose cuenta más tarde que también lo había observado el 4 y el 12 de Agosto, pero por falta de tiempo, que tuvo que emplear en otras actividades de su cargo, no pudo reducir sus observaciones y anticiparse a la gloria de Galle. Triste historia la de Challis y Airy.
Al calcularse la órbita de Neptuno se vio que no correspondía a la órbita que Leverrier había asumido para sus cálculos. Este había adoptado 38 unidades astronómicas (UA) para el semi-eje mayor, de acuerdo con la ley de Bode y resultó que la distancia media de Neptuno al Sol es sólo de 30 UA y su período es de 167 años en lugar de los 217 años indicados para una órbita de 38 UA. Los astrónomos norteamericanos Pierce y Walker puntualizaron que Neptuno se parecía muy poco al planeta predicho por Leverrier y que su descubrimiento había sido una gran casualidad. La crítica, aunque justificada en parte, no es del todo correcta pues la predicción para 1846 era muy cercana a la posición verdadera de Neptuno. La presencia de Neptuno más allá de Urano tiene por consecuencia que en cierta parte de su órbita Urano sea acelerado por Neptuno y en otra parte sea frenado. El problema que tuvieron que resolver Leverrier y Adams era un problema inverso: a partir de las consecuencias debían deducir el planeta que las producía. Como las observaciones no eran de gran calidad (en particular las pre-descubrimiento) tuvieron que asumir la distancia media al Sol usando la ley de Titius-Bode y eso los obligó a suponer un planeta de mayor masa para explicar las observaciones. Las soluciones de Leverrier y Adams podían explicar todas las observaciones antiguas, salvo la hecha por Flamsteed, en 1690. Cuando se descubrió Neptuno Adams calculó la órbita y se dio cuenta que era mucho más pequeña que lo que él había imaginado; su semi-eje mayor es de sólo 30 UA y su período de 165 años. Con el "verdadero Neptuno" se pudieron finalmente explicar todas las observaciones de Urano, hasta la más antigua de Flamsteed.
Leverrier intentó infructuosamente aplicar la idea que lo llevó a descubrir Neptuno a través de la pertubaciones que introduce en la órbita de Urano, al caso de la órbita de Mercurio y un hipotético planeta intramercurial, que llamó Vulcano. El avance anómalo del perihelio de Mercurio lo explicó con este planeta hipotético, que incluso creyó haber detectado. En verdad fueron reportes de una sombra cruzando el disco del Sol, que más tarde fueron explicadas como simples manchas solares. El excepcional éxito de Leverrier con Neptuno le valió, entre otras distinciones, la de ser nombrado Director del Observatorio de París en 1853. Sin embargo fue destituido de su cargo en 1870 por los conflictos que sostenía con sus colaboradores. La prematura muerte de su sucesor, Charles Delaunay (1816-1872) hizo que volviera a ocupar la dirección del Observatorio de París, aunque con menores poderes, en 1873, hasta su muerte el 23 de Septiembre de 1877.
Bibliografía:

Berry, A. "A Short History of Astronomy", Dover, N. York, 1961; pp.320-353.

Crowe, M.J. "Modern Theories of the Universe, from Herschel to Hubble", Dover, N. York, 1994.

Papp, D. Y Babini, J. "Panorama General de la Historia de la Ciencia", Vol. X; B. Aires, 1958; pp 68-71.



"The Cambridge Concise History of Astronomy", M. Hoskin (Ed.),

Cambridge University Press, Cambridge, 1999.


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