Primer aniversario de Neptuno

Monsieur, la planète dont vous avez signalé la position réellement existe.

Urbain J. J. Le Verrier(1811 - 1877)

El 31 de agosto de 1846, el astrónomo matemático francés Urbain Le Verrier publicó su tercer artículo sobre las perturbaciones observadas en la órbita de Urano en la revista Comptes Rendus de la Academia de Ciencias francesa. En el primero de ellos (publicado en noviembre del año anterior), Le Verrier mostró que dichas perturbaciones no pueden ser explicadas por el efecto gravitacional que tienen sobre él Júpiter y Saturno; en el segundo (publicado en junio), mostró que la única explicación a tales perturbaciones sería un “planeta nuevo”, cuya órbita se hallaría más allá de la de Urano. En este tercer artículo (Sur la planète qui produit les anomalies observées dans le mouvement d’Uranus), Le Verrier calculó con detalle la órbita de este nuevo planeta, además de su masa. Más aún, predijo su localización y su diámetro angular, tal y como sería visto desde la Tierra.

Dos semanas después Le Verrier le escribió a Johann Galle, astrónomo alemán del Observatorio de Berlín, enviándole sus cálculos y pidiéndole buscar el nuevo planeta en la posición indicada. Galle recibó la carta el 23 de septiembre, e inmediatamente apuntó su telescopio hacia la zona predicha por los cálculos de Le Verrier.

Le Verrier no era el primero ni el único en trabajar en el problema de la órbita de Urano. Ni siquiera fue el primero en resolver el problema y calcular con precisión la posición en que un “nuevo planeta” se hallaría.

Urano fue descubierto por William y Caroline Herschel el 13 de marzo de 1781. Una década después ya se tendrían tablas con la posición de Urano en su órbita, basadas en predicciones calculadas en base a la ley de gravitación de Newton. Sin embargo, se empezaron a observar discrepancias entre la posición observada y las predichas por los cálculos. Incluso después de cálculos más precisos, en que se tomarían cuidadosamente en cuenta los efectos producidos por los demás planetas (en particular Júpiter y Saturno) en su órbita, las observaciones no coincidían del todo con las predicciones.

John C. Adams (1819 - 1892)

Entre las teorías más populares de la época se encontraba la posibilidad de que la ley gravitacional de Newton, que establece que la atracción gravitacional entre dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, fallara a grandes distancias. Entre los adeptos a dicha posibilidad se encontraba George Airy, profesor lucasiano de la Universidad de Cambridge y Astrónomo Real. Sin embargo, cuando un brillante recién graduado de matemáticas de Cambridge, John C. Adams, le comentó su intención de trabajar en el problema de la órbita de Urano bajo la hipótesis de la existencia de otro planeta, Airy le dio su total apoyo. A partir de 1844, Adams tuvo acceso a todos los registros de la órbita de Urano del Observatorio de Greenwich.

En septiembre de 1845, John C. Adams ya tenía la solución del problema: no solo había concluido la existencia de un planeta más allá de la órbita de Urano, sino que también había estimado la masa y la posición que tendría en ese momento. Adams viajó a Greenwich para informar a Airy de sus resultados, pero después de un par de fracasos para entrevistarse con él, le dejó los resultados de sus cálculos.

Airy leyó los resultados de Adams y se interesó en ellos. Sin embargo, siendo escéptico en la existencia de un nuevo planeta, escribió a Adams preguntando si su hipótesis no solo explicaría los errores observados en la longitud de la posición de Urano (es decir, el ángulo \theta de su órbita), sino también la perturbación del radio vector (la coordenada r de su órbita). A Adams, ya frustrado por las visitas inútiles a Greenwich en busca de Airy, le pareció que la pregunta era trivial y no respondió. Desafortunadamente, ahí quedó la primer oportunidad de los ingleses de descubrir Neptuno.

Como mencionamos antes, el segundo artículo de Le Verrier apareció en junio del siguiente año, 1846. Los astrónomos franceses no tuvieron interés en el resultado, pero ese mismo mes la nota le llegó a Airy, que notó que las predicciones de Le Verrier eran las mismas que Adams le había dejado el año anterior. Airy escribió a Le Verrier con la mismas preguntas, y Le Verrier le respondió afirmando que la hipótesis del nuevo planeta también explicaría las diferencias en r. Curiosamente, hasta ese momento, solo Airy sabía que dos personas habían resuelto el problema de Urano: Adams y Le Verrier, y a ninguno le hizo saber el trabajo del otro.

Sin embargo, la respuesta de Le Verrier convenció a Airy que valía la pena buscar al nuevo planeta, y le encargó el trabajo a James Challis, en ese entonces Director del Observatorio de Cambridge. Pero ahora Challis era el que no estaba del todo convencido, y la búsqueda se llevó a cabo sin mucho interés. Esta fue la segunda oportunidad no aprovechada.

Las posiciones predichas por Le Verrier y Adams, comparadas con la posición en que Neptuno fue observado

El 23 de septiembre, el tercer artículo de Le Verrier llegó al Observatorio de Berlín. Es misma noche, Joseph Galle se embarcó en la búsqueda del planeta en el área indicada por Le Verrier. Le tomó menos de media hora encontrarlo. Esperó a la noche siguiente para confirmar su descubrimiento, y un día después, el 25 de septiembre, le escribó a Le Verrier con las siguientes palabras: “Monseur, el planeta del cual usted nos ha señalado la posición realmente existe”. Así fue descubierto Neptuno.

En las semanas siguientes, la conmoción por el descubrimiento alcanzó las páginas de los diarios de la época. Luego vino la discusión sobre el porqué de no haber puesto atención a los primeros cálculos de Adams, sobre todo en los círculos académicos de Inglaterra, donde una sucesión de hechos desafortunados ocasionó que el planeta no fuera descubierto un año antes. Sin embargo, una cosa siempre estuvo clara: tanto Adams como Le Verrier habían descubierto un planeta nuevo, ¡un planeta nuevo!, con la ayuda de las matemáticas.

Neptuno, visto por la sonda Voyager 2 en 1989

No era poca cosa, y nunca había ocurrido antes. Hasta entonces, las matemáticas eran utilizadas en la astronomía para predecir eventos sobre objetos conocidos, y esta era la primera vez que se utilizaban para predecir objetos desconocidos. El trabajo de Adams y Le Verrier fue la culminación exitosa de toda la historia de las matemáticas en la astronomía, desde los modelos de Ptolomeo y Copérnico, pasando por las leyes de Kepler y la teoría de gravitación de Newton. Realmente fue un parteaguas (valga el cliché) en la historia de la ciencia: ahora las matemáticas podrían ser utilizadas, además, para explicar y predecir objetos físicos que aún no podemos ver.

La duración de la órbita de Neptuno es de 60,190 días terrestres (164.79 años). Hoy, 11 de julio de 2011, termina su primera vuelta alrededor del Sol desde el 23 de septiembre de 1846. Si colonizadores hubieran llegado al planeta el día de su descubrimiento, hoy celebrarían el primer aniversario del, este sí, nuevo mundo.


Años más tarde, Le Verrier se convertiría en Director del Observatorio de París. Poco después, en 1855, demostró que la precesión de Mercurio no puede ser explicada por la mecánica newtoniana solamente. Ya entrado en gastos, predijo la existencia de otro planeta (o de algún cinturón de asteroides) cuya órbita se encontraría más cercana al Sol que la de Mercurio. Dicho planeta nunca fue descubierto, desde luego, y tuvieron que pasar seis décadas antes de que el asunto fuera explicado por la teoría de la relatividad general de Einstein. Irónicamente, Airy y sus colegas hubieran atinado esta vez: la ley de gravitación de Newton sí falla en situaciones extremas, debido a la curvatura del espacio-tiempo.

2 comentarios en “Primer aniversario de Neptuno

    1. Hola Jorge: Si tengo tiempo, estoy planeando incluir los detalles del descubrimiento (o sea, los cálculos de Adams y Le Verrier) en el curso de Cálculo 3 del próximo semestre.

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