Die Entdeckung des Planeten Neptun

Ein Triumph der analytischen Mechanik ?

Ursprünglich als Deckengemälde geplant, zeigt der obige Ausschnitt eines Bildes des Malers Edmond Louis Dupain (1847-1933) aus dem Jahre 1889 die triumphale Entdeckung des Planeten Neptun. Es hängt heute in der Bibliothek des Pariser Observatoriums.

Der gasförmige Riesenplanet Neptun war bis 1846 nicht entdeckt worden, obwohl er in einem kleinen Fernrohr als Scheibe zu sehen ist (Bild-Quelle: NASA)
Die Abweichung der wahren heliozentrischen Länge des Planeten Uranus von der bis 1845 erwarteten Ellipsenbahn (Blaue Punkte) in Bogensekunden. Die Anteile der homogenen (rot) und der inhomogenen 2:1 Resonanzlösung sind gekennzeichnet.

Die obige Figur zeigt die 30 Datenpunkte von Adams, welche die Abweichungen des Planeten Uranus in ekliptikalen heliozentrischen Längen von einer optimalen Ellipsenbahn nach Bouvard für den Zeitraum von 1690 bis 1845 in Bogensekunden darstellen (Blaue Punkte).  Die blaue Linie ist ein optimaler Fit einer inversen Störungstheorie unter der Annahme eines weiteren Planeten (Neptun) mit doppelter Umlaufzeit in einer Kreisbahn  außerhalb von Uranus (2:1 Resonanz).  Die Lösung besteht aus einem homogenen Anteil (rot), welcher einer Neujustierung der Uranusbahn entspricht, und einer inhomogenen Resonanzlösung (braun-gelb), welche die eigentliche Störung durch Neptun beschreibt.  Die Hypothese einer 2:1 Resonanz zwischen Uranus und Neptun macht  die analytische  Störungsrechnung sehr elegant und  einfach. Mit ihr hätten Le Verrier und Adams schon damals den Bahnradius und die Masse des Neptuns  wesentlich genauer berechnen können.

Die Störung des Radiusvektors von Uranus durch Neptun wurde damals hauptsächlich durch eine Neujustierung der Uranusbahn (rot) und nur nebensächlich durch die Neptunstörung (braun-gelb) hervorgerufen.

Diese Figur zeigt für Uranus die radiale Abweichung  von einer Standardellipse nach den Daten von Adams . Die Daten von Le Verrier sehen ähnlich aus. Die eigentliche Störung besteht wieder aus zwei Anteilen, wobei die eigentliche "gravitative Streuung"  (braun-gelbe Kurve) durch den Neptun für den Zeitraum nach 1820 nur den kleineren Teil ausmacht. Der Haupteffekt  der radialen Abweichung wird nach 1820 durch die Neujustierung der Uranusbahn  bewirkt.  Die radiale Abweichung war aber  für den britischen Astronomen G.B. Airy im Jahre 1838 sehr wichtig, weil er in den 1830er Jahren die Uranusbahn sorgfältig gemessen und radiale Abweichungen von der Sollbahn  deduziert hatte (drei blaue Punkte). Im November 1845 erwähnt er diese Anomalie in einem Brief an Adams und bezeichnete diese als ein experimentum crucis. Adams reagierte auf diese Anfrage  zunächst nicht.  Aus heutiger Sicht war diese Nachfrage nicht trivial -- eine endgültige  Antwort konnte erst Jahrzehnte später gefunden werden.

 

Es war der Triumph des französischen Himmelsmechanikers U. Le Verrier, die unbekannte Position des letzten noch unbekannten Gasriesen in unserem Sonnensystem aus solchen Residuen vorrausberechnen zu können. Die schon etwas früher begonnenen Rechnungen von J.C. Adams waren in ihren Prognosen nicht ganz so genau, wie man heute durch die sorgfältig gesammelten und seit 1998 wiederentdeckten Originalakten von G.B. Airy weiß. Doch moderne Nachrechnungen mit den Originaldaten von Le Verrier und Adams mit ihrer Annahme einer doppelten Uranusdistanz zeigen besonders in den dann neu berechneten Exzentrizitäten und Perihellängen, dass die Dinge nach  170 Jahren nicht ganz so einfach  liegen. Selbst mit einer richtig orientierten Parabelbahn von Neptun  hätte man die damals bekannten Anomalien des Uranus erklären können...

 

Bewußt gesehen haben dann zum erstenmal den Planeten Neptun am 23. September 1846 die Astronomen J.G. Galle und H.L. d'Arrest. Doch unbewußt hatte schon im Januar 1613  Galileo Galilei diesen Planeten in seinem kleinen Fernrohr beobachtet und notiert. So geht es häufig im Leben: Man sieht etwas, aber man erkennt nicht die wahre Bedeutung des Geschauten......

Die Bahnen von Uranus und Neptun

Die Bahnen von Uranus und Neptun im Zeitraum von 1800 bis 1850. Um 1822 standen beide in unterer Konjunktion. Aus der resultierenden Gravitationsstreuung konnte die Position des Störplaneten Neptun berechnet werden.

Schon als Student wollte ich immer verstehen, ob die Übereinstimmung dieser berühmten Vorausberechnung mit der Beobachtung im September 1846 eigentlich mehr Ergebnis eines Zufalls oder einer Notwendigkeit war, weil sowohl Adams als auch Le Verrier für die unbekannte Distanz des Planeten Neptun einfach die Titius - Bodesche Regel zu Hilfe nahmen und dabei eine fast doppelte Distanz wie Uranus zur Sonne annahmen. Daher wichen ihre berechneten Bahnen von der wahren Neptunbahn auch erheblich ab. Physikalisch und mathematisch  wäre es wesentlich besser gewesen, zunächst eine Kreisbahn mit einer exakten 2:1 Resonanz mit Uranus anzusetzen (mit einem säkularen Term der Form t*Sin[t]) und dann ein bisschen zu spielen....

 

Darum wird hier bald ein kleines eBook zu diesem bemerkenswerten Thema erscheinen, wo ich diese verwickelten Fragen im Rahmen einer vereinfachten linearen Responsetheorie (Oszillatormodell in der Hill'schen Approximation) mathematisch erörtern möchte.

"I was abused most savagely both by English and French"

 

George Biddell Airy (1801 - 1892) in seiner Autobiographie über seine Rolle bei der Entdeckung des Planeten Neptun.

In Bearbeitung befindliches Buch über die aufregende Entdeckungsgeschichte und Mathematik der Neptunentdeckung.

Aktuelles

kritisch betrachtet

Was der Autor A. Unzicker bei Telepolis in seinem Artikel "Die Dunkle Energie ist tot - es lebe Einstein" vom 25. Oktober 2016 schreibt, kann man nur als peinlich bezeichnen. Der von Unzicker zitierte Text negiert keineswegs die beschleunigte Expansion. Schon ein expandierender  Newtonscher  N-Teilchenring erfährt kurzfristig eine beschleunigte Expansion, wenn eine symmetrische Paarbildung einsetzt. "Dunkle Energie" ist hier nichts anderes als Gravitationsenergie. Von der Shapiro - Laufzeitverzögerung von Lichtsignalen hat der Autor wohl noch nichts gehört.  Seine Bezugnahme auf einen Artikel  Einstein's von 1911 zeugt von Halbwissen und Halbwahrheiten. Der "krawallartige" Artikel von A. Unzicker dient nicht der kritischen  Aufklärung an einigen Aspekten der heutigen Kosmologie, sondern  verwirrt den Laien vollständig und macht den Autor selber immer unglaubwürdiger.   

Hinweise auf eine angebliche Phase der "Inflation" im frühen Universum zerfallen zu Staub: Im März 2014 veranstaltete ein Team um den Harvard Astronomen J. Kovac (BICEP2) für eine völlig übereilte propagandistische Pressekonferenz (schon einen Tag vorher als  Sensation angekündigt!): Man hat in der Hintergrundstrahlung des Universums Signaturen einer Polarisation entdeckt, die angeblich eindeutig auf Gravitations-wellen in einer Inflationsphase des frühen Universums schließen lassen. Der eigentliche Skandal ist, daß man die Daten fast ausschließlich durch MIE-Streuung von Mikrowellen an inter-stellaren Staubteilchen erklären kann und muss -  und genau daran hatte das "Team" bei der Auswertung nur sehr unzulänglich gedacht! Ein aggessiver Versuch, die Öffentlichkeit durch Sensation zu täuschen und eine nicht überprüfbare (nicht falsi-fisierbare) Theorie (Inflations - Hypothese) salonfähig zu machen. Der Citation-Index dieser Veröffentlichung ist inzwischen wesentlich höher als ihr Widerruf. Die Raffgier nach Forschungs-geldern und Nobelpreisen treibt auch in der Wissenschafts - Industrie  immer bizarrere Blüten...

Nachweis angeblich überall im Universum vorhandener DUNKLER MATERIE gescheitert! Das bis jetzt empfind-lichste Experiment LUX in Sanford/South Dakota USA konnte in einer ersten Phase Ende Oktober 2013 keine WIMPs - Teilchen feststellen, die angeblich einen großen Teil der angeblich existierenden Dunklen Materie ausmachen sollen. Alle früheren angeblichen Nachweise sind somit fehlerhaft gewesen. Ein sehr wichtiges, schönes und befriedigendes Resultat "Die Sekte der Gläubigen an die "Dunkle Materie", die sich selber als alternativlos ansieht,  bleibt so weiter in der Krise.  Hauptsache ist, der Rubel rollt und irgendwelche unkritischen Journalisten predigen fest die Dogmen den Gläubigen. Ob  so weiterhin der von Teilchenphysikern  geschürte "Big Science" Teilchen-Lobbyismus  mit der platten Devise - Wir verstehen nichts, können aber alles erklären - das vorher-schende Dogma bleiben wird, wissen nur die Sterne...