Entdeckung von Neptun - Discovery of Neptune

Neue Berliner Sternwarte in der Lindenstraße, wo Neptun beobachtet wurde.

Der Planet Neptun wurde mathematisch vorhergesagt, bevor er direkt beobachtet wurde. Mit einer Vorhersage von Urbain Le Verrier , teleskopischen Beobachtungen die Existenz eines großen Planeten bestätigt in der Nacht vom 23-24 September gemacht wurden 1846 an der Berliner Sternwarte , von dem Astronomen Johann Gottfried Galle (unterstützt von Heinrich Louis d'Arrest ), Arbeiten nach den Berechnungen von Le Verrier. Es war ein sensationeller Moment der Wissenschaft des 19. Jahrhunderts und eine dramatische Bestätigung der Newtonschen Gravitationstheorie . In der treffenden Formulierung von François Arago hatte Le Verrier einen Planeten "mit der Spitze seiner Feder" entdeckt.

Im Nachhinein stellte sich heraus, dass es nach seiner Entdeckung schon viele Male beobachtet, aber nicht erkannt wurde, und es gab andere, die verschiedene Berechnungen über seinen Standort anstellten, die nicht zu seiner Beobachtung führten. Bis 1847 hatte der Planet Uranus seit seiner Entdeckung durch William Herschel im Jahr 1781 fast eine volle Umlaufbahn absolviert , und Astronomen hatten eine Reihe von Unregelmäßigkeiten in seiner Bahn entdeckt, die nicht vollständig durch das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation erklärt werden konnten . Diese Unregelmäßigkeiten könnten jedoch behoben werden, wenn die Schwerkraft eines weiter entfernten, unbekannten Planeten seinen Weg um die Sonne stört. 1845 begannen die Astronomen Urbain Le Verrier in Paris und John Couch Adams in Cambridge separat mit Berechnungen, um die Natur und Position eines solchen Planeten zu bestimmen. Der Erfolg von Le Verrier führte auch zu einem angespannten internationalen Streit um die Priorität, denn kurz nach der Entdeckung verkündete George Airy , damals britischer Astronom Royal , auch Adams habe die Entdeckung des Planeten vorhergesagt. Dennoch verlieh die Royal Society Le Verrier 1846 die Copley-Medaille für seine Leistung, ohne Adams zu erwähnen. Die Royal Society verlieh Adams jedoch 1848 auch die Copley-Medaille.

Die Entdeckung von Neptun führte nur siebzehn Tage später zur Entdeckung seines Mondes Triton durch William Lassell .

Frühere Beobachtungen

Neptun ist zu schwach, um mit bloßem Auge sichtbar zu sein : Seine scheinbare Helligkeit ist nie heller als 7,7. Daher waren die ersten Beobachtungen von Neptun erst nach der Erfindung des Teleskops möglich . Es gibt Hinweise darauf, dass Neptun 1613 von Galileo Galilei , 1795 von Jérôme Lalande und 1830 von John Herschel gesehen und aufgezeichnet wurde , aber es ist nicht bekannt, dass er zu dieser Zeit als Planet erkannt wurde. Diese Beobachtungen vor der Entdeckung waren wichtig, um die Umlaufbahn von Neptun genau zu bestimmen. Neptun würde sogar in frühen Teleskopen prominent erscheinen, so dass andere Beobachtungsaufzeichnungen vor der Entdeckung wahrscheinlich sind.

Galileis Zeichnungen zeigen, dass er Neptun am 28. Dezember 1612 und erneut am 27. Januar 1613 beobachtete; bei beiden Gelegenheiten verwechselte Galileo Neptun mit einem Fixstern, als er dem Jupiter am Nachthimmel sehr nahe (in Konjunktion ) erschien . Historisch wurde angenommen, dass er es für einen blauen Fixstern hielt, und so wird ihm seine Entdeckung nicht zugeschrieben. Zum Zeitpunkt seiner ersten Beobachtung im Dezember 1612 stand es am Himmel, weil es an diesem Tag gerade rückläufig war; Da Neptun erst seinen jährlichen rückläufigen Zyklus begann, hielt man die Bewegung von Neptun für zu gering und seine scheinbare Größe zu klein, um in Galileis kleinem Teleskop eindeutig als Planet zu erscheinen . Im Juli 2009 gab der Physiker David Jamieson von der University of Melbourne jedoch neue Beweise bekannt, die darauf hindeuten, dass Galileo tatsächlich wusste, dass er etwas Ungewöhnliches an diesem "Stern" entdeckt hatte. Galileo hat in einem seiner Notizbücher die Bewegung eines Hintergrundsterns (Neptun) am 28. Januar notiert und ein mit einer anderen Tinte gezeichneter Punkt (in Neptuns Position) deutet darauf hin, dass er ihn auf einer früheren Skizze gefunden hat, die in der Nacht zum Januar gezeichnet wurde 6, was eine systematische Suche unter seinen früheren Beobachtungen nahelegt. Bisher gibt es jedoch weder eindeutige Beweise dafür, dass er dieses sich bewegende Objekt als Planeten identifizierte, noch dass er diese Beobachtungen davon veröffentlichte. Es gibt keine Beweise dafür, dass er jemals versucht hat, es noch einmal zu beobachten.

Im Jahr 1847 Sears C. Walker von der US Naval Observatory durchsucht historische Aufzeichnungen und Untersuchungen für eine mögliche prediscovery Sichtungen des Planeten Neptun. Er fand heraus, dass die Beobachtungen von Lalandes Mitarbeitern am Pariser Observatorium im Jahr 1795 in Richtung Neptuns Position am Himmel gerichtet waren. In den Katalogbeobachtungen für den 8. Mai und erneut am 10. Mai 1795 wurde ein Stern in der für Neptun erwarteten ungefähren Position beobachtet. Die Unsicherheit der Position wurde mit einem Doppelpunkt vermerkt. Diese Notation wurde auch verwendet, um einen Beobachtungsfehler anzuzeigen, so dass erst nach Durchsicht der Originalaufzeichnungen des Observatoriums mit Sicherheit festgestellt wurde, dass es sich bei dem Objekt um Neptun handelte und der Positionsfehler in den Beobachtungen im Abstand von zwei Nächten auf den Planeten zurückzuführen war Bewegung über den Himmel. Die Entdeckung dieser Aufzeichnungen über die Position von Neptun im Jahr 1795 führte zu einer besseren Berechnung der Umlaufbahn des Planeten.

John Herschel entdeckte Neptun fast so, wie sein Vater William Herschel 1781 Uranus entdeckt hatte : durch zufällige Beobachtung. In einem Brief von 1846 an Wilhelm Struve gibt John Herschel an, dass er Neptun am 14. Juli 1830 während einer Himmelsbewegung beobachtete. Obwohl sein Teleskop stark genug war, um Neptun in eine kleine blaue Scheibe aufzulösen und ihn als Planeten zu zeigen, erkannte es damals nicht und verwechselte es mit einem Stern.

Unregelmäßigkeiten in der Umlaufbahn von Uranus

Im Jahr 1821 hatte Alexis Bouvard astronomische Tabellen der Umlaufbahn von Uranus veröffentlicht , die Vorhersagen zukünftiger Positionen basierend auf Newtons Bewegungs- und Gravitationsgesetzen machten . Nachfolgende Beobachtungen ergaben erhebliche Abweichungen von den Tabellen, was Bouvard dazu veranlasste, einen störenden Körper zu vermuten. Diese Unregelmäßigkeiten sowohl in der ekliptischen Länge des Planeten als auch in seinem Radiusvektor (seiner Entfernung von der Sonne) könnten durch mehrere Hypothesen erklärt worden sein: Die Wirkung der Sonnengravitation in einer so großen Entfernung könnte von Newtons Beschreibung abweichen; oder die Diskrepanzen könnten einfach ein Beobachtungsfehler sein; oder vielleicht wurde Uranus von einem unentdeckten Planeten gezogen oder gestört.

An Position a stört Neptun die Umlaufbahn von Uranus gravitativ und zieht ihn vor die vorhergesagte Position. Das Gegenteil ist bei b der Fall , wo die Störung die Bahnbewegung von Uranus verzögert.

John Couch Adams erfuhr von diesen Unregelmäßigkeiten noch während seines Studiums und war von der Störungshypothese überzeugt. Adams glaubte, die beobachteten Daten über Uranus und Newtons Gravitationsgesetz verwenden zu können, um die Masse , Position und Umlaufbahn des Störkörpers abzuleiten . Nach seinem Abschlussexamen im Jahr 1843 wurde Adams zum Fellow seines Colleges gewählt und verbrachte die Sommerferien in Cornwall, um mit seinen Berechnungen zu beginnen.

John Couch Adams

In modernen Begriffen ist das Problem ein inverses Problem : ein Versuch, die Parameter eines mathematischen Modells aus beobachteten Daten abzuleiten . Obwohl das Problem für moderne Mathematik- und elektronische Computer ein einfaches ist , war es zu dieser Zeit mit viel mühsamer manueller Berechnung verbunden. Adams begann, indem er eine nominelle Position für den hypothetischen Körper einnahm, indem er das empirische Bode-Gesetz verwendete . Er berechnete dann die projizierte Bahn von Uranus unter Berücksichtigung der angenommenen Position des Störkörpers und berechnete dann die Differenz zwischen seiner projizierten Bahn und den aufgezeichneten Beobachtungen. Er passte dann die Eigenschaften des Störkörpers basierend auf diesen Unterschieden an und wiederholte den Vorgang, wobei er im Wesentlichen eine Regressionsanalyse durchführte .

Am 13. Februar 1844 kontaktierte James Challis , Direktor des Cambridge Observatory , den Astronomen Royal George Biddell Airy vom Royal Observatory in Greenwich und forderte Daten über die Position von Uranus für Adams an. Einige Berechnungen hat Adams sicherlich am 18. September 1845 abgeschlossen.

Adams teilte Challis angeblich seine Arbeit Mitte September 1845 mit, aber es gibt einige Kontroversen darüber, wie. Die Geschichte und das Datum dieser Mitteilung scheinen erst in einem Brief von Challis an das Athenaeum vom 17. Oktober 1846 ans Licht gekommen zu sein. Bis 1904 wurde jedoch kein Dokument identifiziert, als der Astronom Ralph Allan Sampson in Adams' Papieren eine Notiz fand, die beschreibt: the New Planet" und wird in einer Handschrift, die nicht die von Adams ist, mit dem Vermerk "Received in September 1845" versehen. Obwohl dies oft verwendet wurde, um Adams' Priorität zu begründen, haben einige Historiker seine Authentizität bestritten, da "der Neue Planet" 1845 kein aktueller Begriff war und die Notiz nachträglich von jemand anderem als datiert wurde Adams. Außerdem weichen die Ergebnisse der Berechnungen von denen ab, die Airy einige Wochen später mitgeteilt wurden. Adams gab Challis sicherlich keine detaillierten Berechnungen, und Challis zeigte sich unbeeindruckt von der Beschreibung seiner Methode, die Position des Körpers sukzessive zu approximieren, da er abgeneigt war, ein mühsames Beobachtungsprogramm am Observatorium zu starten. Challis bemerkte schließlich, dass "während die Arbeit sicher war, der Erfolg so ungewiss schien".

Urban Jean-Joseph Le Verrier .

Unterdessen legte Urbain Le Verrier am 10. November 1845 der Académie des sciences in Paris eine Abhandlung über Uranus vor und zeigte, dass die bereits existierende Theorie seine Bewegung nicht erklären konnte. Ohne Kenntnis von Adams' Arbeit versuchte er eine ähnliche Untersuchung, und am 1. Juni 1846 gab er in einer zweiten Abhandlung, die einer öffentlichen Sitzung der Académie vorgelegt wurde, die Position, aber nicht die Masse oder Umlaufbahn, des vorgeschlagenen Störkörpers an. Le Verrier lokalisierte Neptun innerhalb eines Grades seiner Entdeckungsposition.

Die Suche

Als George Airy in England die Nachricht von Le Verriers Juni-Vorhersage erhielt, erkannte er sofort die Ähnlichkeit der Lösungen von Le Verrier und Adams. Bis zu diesem Moment war Adams' Arbeit kaum mehr als eine Kuriosität gewesen, aber die unabhängige Bestätigung von Le Verrier spornte Airy an, einen geheimen Versuch zu unternehmen, den Planeten zu finden. Auf einer Sitzung des Board of Visitors des Greenwich Observatory im Juli 1846, in der Challis und Sir John Herschel anwesend waren, schlug Airy vor, Challis solle dringend mit dem Cambridge 11,25-Zoll- Äquatorialteleskop nach dem Planeten suchen , "in der Hoffnung, die Angelegenheit vor einem Staat, der ... fast verzweifelt ist". Die Suche wurde am 29. Juli mit einer mühsamen Methode begonnen. Adams arbeitete weiter an dem Problem und lieferte dem britischen Team 1845 und 1846 sechs Lösungen, die Challis veranlassten, den falschen Teil des Himmels abzusuchen. Erst nachdem die Entdeckung von Neptun in Paris und Berlin bekannt gegeben worden war, wurde klar, dass Neptun am 8. und 12. August beobachtet worden war, aber weil Challis keine aktuelle Sternenkarte hatte, wurde er nicht als Planet erkannt.

Entdeckungsbeobachtung: 24. September 1846

Johann Gottfried Galle, 1880

Le Verrier war sich nicht bewusst, dass seine öffentliche Bestätigung von Adams' privaten Berechnungen eine britische Suche nach dem angeblichen Planeten in Gang gesetzt hatte. Am 31. August legte Le Verrier eine dritte Abhandlung vor, die nun Masse und Umlaufbahn des neuen Körpers angibt. Nachdem es ihm nicht gelungen war, irgendeinen französischen Astronomen für das Problem zu interessieren, schickte Le Verrier seine Ergebnisse schließlich per Post an Johann Gottfried Galle an der Berliner Sternwarte . Galle erhielt den Brief von Le Verrier am 23. September und machte sich sofort daran, in der von Le Verrier vorgeschlagenen Region zu beobachten. Galles Schüler Heinrich Louis d'Arrest schlug vor, dass eine kürzlich gezeichnete Himmelskarte in der Region von Le Verriers vorhergesagter Position mit dem aktuellen Himmel verglichen werden könnte, um die Verschiebungscharakteristik eines Planeten zu suchen , im Gegensatz zu einem stationären Stern .

Neptun wurde kurz nach Mitternacht entdeckt, nach weniger als einer Stunde Suche und weniger als 1 Grad von der Position entfernt, die Le Verrier vorhergesagt hatte, eine bemerkenswerte Übereinstimmung. Nach zwei weiteren Beobachtungsnächten, in denen seine Position und Bewegung verifiziert wurden, antwortete Galle Le Verrier erstaunt: „Der Planet, dessen Ort Sie [berechnet] haben, existiert wirklich “ (Hervorhebung im Original). Das Entdeckungsteleskop war ein äquatorial montierter achromatischer Refraktor der Firma Merz und Mahler von Joseph Fraunhofer .

Nachwirkungen

Bei der Bekanntgabe der Entdeckung gaben Herschel, Challis und Richard Sheepshanks , Außenminister der Royal Astronomical Society , bekannt, dass Adams bereits die Eigenschaften und Position des Planeten berechnet habe. Airy veröffentlichte schließlich einen Bericht über die Umstände, und Adams' Memoiren wurden als Anhang zum Nautischen Almanach gedruckt . Es scheint jedoch, dass die von Airy veröffentlichte Version durch das Auslassen einer "entscheidenden Phase" bearbeitet wurde, um die Tatsache zu verschleiern, dass Adams nur die mittlere Länge und nicht die Bahnelemente zitiert hatte.

Neptun Entdeckung.png

In Frankreich und England entstand eine heftige Kontroverse über die Verdienste der beiden Astronomen. In England gab es viel Kritik an Airy. Adams war ein zurückhaltender junger Mann, der von Natur aus zögerte, ein Ergebnis zu veröffentlichen, das seine Karriere begründen oder ruinieren würde. Airy und Challis wurden insbesondere von James Glaisher kritisiert, da sie ihre Rolle als Mentoren eines jungen Talents nicht ausübten. Challis war zerknirscht, aber Airy verteidigte sein eigenes Verhalten und behauptete, dass die Suche nach einem Planeten nicht die Aufgabe des Greenwich-Observatoriums sei. Im Großen und Ganzen wurde Airy von seinen Biographen verteidigt. In Frankreich wurden die für einen unbekannten Engländer geltend gemachten Ansprüche wegen Le Verriers Leistung als kreditschädigend kritisiert .

Die Royal Society verlieh Le Verrier 1846 die Copley-Medaille für seine Leistung, ohne Adams zu erwähnen, aber Adams' akademischer Ruf in Cambridge und in der Gesellschaft war gesichert. Als die Tatsachen bekannt wurden, vertraten einige britische Astronomen die Ansicht, dass die beiden Astronomen das Neptunproblem unabhängig voneinander gelöst hätten, und maßen jedem die gleiche Bedeutung zu. Aber Adams selbst hat in dem Papier, das er der Royal Astronomical Society im November 1846 übergab, öffentlich die Priorität und das Verdienst von Le Verrier anerkannt (nicht zu vergessen die Rolle von Galle):

Ich erwähne diese Daten nur, um zu zeigen, dass meine Ergebnisse unabhängig und vor der Veröffentlichung derjenigen von Herrn Le Verrier entstanden sind, und nicht in der Absicht, seinen gerechten Anspruch auf die Ehre der Entdeckung zu beeinträchtigen; denn es besteht kein Zweifel, dass seine Forschungen zuerst der Welt bekannt wurden und zur tatsächlichen Entdeckung des Planeten durch Dr. Le Verrier.

—  Adams (1846)

Bald darauf wurde kritisiert, dass sowohl Adams als auch Le Verrier in der Genauigkeit, die sie für ihre Berechnungen beanspruchten, zu optimistisch gewesen seien und beide mit Hilfe des Bodesschen Gesetzes die Entfernung des Planeten von der Sonne stark überschätzt hätten. Darüber hinaus wurde vermutet, dass es beiden nur aufgrund eines "Zufalls des Orbitaltimings" gelang, den Längengrad fast richtig zu machen. Diese Kritik wurde ausführlich von Danjon (1946) diskutiert, der mit einem Diagramm und einer Diskussion illustrierte, dass die von Le Verrier und Adams berechneten hypothetischen Umlaufbahnen für den neuen Planeten tatsächlich insgesamt eine ganz andere Größe hatten als die des realen Neptuns (und einander ähnlich) waren sie beide viel näher am realen Neptun in diesem entscheidenden Abschnitt der Umlaufbahn, der das Intervall von Jahren abdeckte, für das die Beobachtungen und Berechnungen durchgeführt wurden, als für den Rest der berechneten Umlaufbahnen. Die Tatsache, dass beide Rechner eine viel größere orbitale Hauptachse als die Realität verwendeten, erwies sich als nicht so wichtig und nicht der relevanteste Parameter.

Der neue Planet, zunächst von François Arago "Le Verrier" genannt , erhielt einvernehmlich den neutralen Namen Neptun. Ihre mathematische Voraussage war eine große intellektuelle Leistung, sie zeigte aber auch, dass das Newtonsche Gravitationsgesetz, das Airy beinahe in Frage gestellt hatte, selbst an den Grenzen des Sonnensystems Bestand hatte .

Adams hegte keine Bitterkeit gegenüber Challis oder Airy und räumte ein, dass er die astronomische Welt nicht überzeugen konnte:

Ich konnte jedoch nicht erwarten, dass praktische Astronomen, die bereits mit wichtigen Arbeiten voll beschäftigt waren, den Ergebnissen meiner Untersuchungen so viel Vertrauen entgegenbringen würden wie ich selbst.

Im Gegensatz dazu war Le Verrier arrogant und durchsetzungsfähig, was es dem britischen wissenschaftlichen Establishment ermöglichte, hinter Adams zu schließen, während die Franzosen im Allgemeinen wenig Sympathie für Le Verrier fanden. Von 1874 bis 1876 war Adams Präsident der Royal Astronomical Society, als es ihm zufiel , Le Verrier die RAS-Goldmedaille des Jahres zu überreichen.

Spätere Analyse

Neptun im Jahr 1989, aufgenommen von der Voyager 2- Sonde

Die herkömmliche Meinung, dass Neptuns Entdeckung "sowohl Adams als auch Le Verrier zugeschrieben werden sollte", wurde kürzlich in Frage gestellt, wodurch die Berichte von Airy, Challis und Adams im Jahr 1846 in Frage gestellt wurden.

1999 wurde Adams' Korrespondenz mit Airy, die vom Royal Greenwich Observatory verloren gegangen war, in Chile im Besitz des Astronomen Olin J. Eggen nach seinem Tod wiederentdeckt . In einem Interview im Jahr 2003 kam der Historiker Nicholas Kollerstrom zu dem Schluss, dass Adams' Anspruch auf Neptun weitaus schwächer war als angenommen, da er wiederholt über die genaue Position des Planeten schwankte, wobei Schätzungen über 20 Bogengrade reichten. Airys Rolle als engstirniger Vorgesetzter, der den emporkömmlichen jungen Intellekt absichtlich ignorierte, wurde laut Kollerstrom weitgehend konstruiert, nachdem der Planet gefunden wurde, um Adams und damit Großbritanniens Anerkennung für die Entdeckung zu stärken. Ein späterer Scientific American- Artikel von Sheehan, Kollerstrom und Waff behauptete kühner "Die Briten haben Neptun gestohlen" und kamen zu dem Schluss, "Die Leistung war allein Le Verriers."

Neptun-Entdeckungsteleskop

Das Teleskop am Neuen Berliner Observatorium (1835-1913), das Neptun entdeckte, war ein achromatischer Refraktor mit einer Öffnung von 9 Paris Zoll (9,6 englische Zoll oder 24,4 cm). Hergestellt von der Firma Merz und Mahler des verstorbenen Joseph Fraunhofer , war es ein Hochleistungsteleskop seiner Zeit, mit einem der größten verfügbaren achromatischen Dubletts und einer fein gearbeiteten parallaktischen Montierung mit einem Taktantrieb zum Bewegen der 4 m ( 13,4′) Hauptrohr mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erdrotation . Schließlich wurde das Teleskop ins Deutsche Museum in München gebracht , wo es noch heute als Ausstellungsstück zu sehen ist.

Siehe auch

Weiterlesen

  • Hubbell, JG; Smith, RW (November 1992). „Neptun in Amerika – Eine Entdeckung verhandeln“. Geschichte der Astronomie Zeitschrift . 23 (4): 261. Bibcode : 1992JI....23..261H . doi : 10.1177/002182869202300402 .
  • Vorlesungsnotizen mit Orbitalpositionen zum Zeitpunkt der Entdeckung.

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links