Μέχρι τον 18ο αιώνα το ηλιακό μας σύστημα αποτελούνταν από έξι πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Ο Ερμής, η Αφροδίτη, ο Άρης, ο Δίας και ο Κρόνος ήταν τα πέντε ορατά με γυμνό μάτι ουράνια σώματα που από νύχτα σε νύχτα άλλαζαν θέση γρηγορότερα στο νυχτερινό ουρανό. Χρειάστηκε η καθιέρωση του τηλεσκοπίου ως οργάνου αστρονομικής παρατήρησης, η συστηματική επισκόπηση του ουρανού για την κατασκευή αστρικών χαρτών και μια νέα θεωρία για τον κόσμο και τη βαρύτητα, ώστε να μεγαλώσει το ηλιακό μας σύστημα.
Η ανακάλυψη του Ουρανού και ένα πρόβλημα
Ο William Herschel ήταν ένας από τους σημαντικότερους αστρονόμους του 18ου – 19ου αιώνα. Γεννημένος στο Ανόβερο της Γερμανίας, σε ηλικία δεκαεννέα ετών βρέθηκε στη Μεγάλη Βρετανία, όπου, μετά από μια καριέρα στη μουσική, ξεκίνησε να ασχολείται με την αστρονομία και την κατασκευή τηλεσκοπίων. Σε ηλικία περίπου 35 ετών ξεκίνησε να μελετά τους πλανήτες και τα αστέρια με τα τηλεσκόπιά του, μαζί με την αδερφή του Καρολίνα.
Τα τηλεσκόπιά του ήταν τόσο καλά, που ξεπερνούσαν σε ποιότητα ακόμα και εκείνα του Βασιλικού Αστεροσκοπείου του Γκρίνουιτς. Λέγεται, μάλιστα, ότι ήταν ο μόνος που μπορούσε να δει τα αστέρια στρογγυλά και όχι παραμορφωμένα, σε αντίθεση με τους αστρονόμους της εποχής του, που παρατηρούσαν τον ουρανό με κατώτερης ποιότητας όργανα. Ενώ οι τελευταίοι είχαν ως στόχο τον προσδιορισμό των ακριβών θέσεων των αστεριών για την κατασκευή πινάκων πλοήγησης, ο Herschel ενδιαφερόταν για την ποσότητα και τη μορφή των ουράνιων αντικειμένων, κρατώντας λεπτομερείς σημειώσεις σαν φυσιοδίφης.
Το Μάρτιο του 1781, παρατήρησε για πρώτη φορά, από τον κήπο του σπιτιού του, ένα παράξενο «νεφελώδες» αντικείμενο. Η αρχική του άποψη ήταν ότι πρόκειται για έναν κομήτη. Χρειάστηκε η συμβολή και άλλων αστρονόμων της εποχής του για να υπολογιστεί η τροχιά του νέου αυτού αντικειμένου και να διαπιστωθεί τελικά ότι πρόκειται για έναν νέο πλανήτη, ο οποίος ονομάστηκε Ουρανός. Για πρώτη φορά μετά από αιώνες, η ηλιακή οικογένεια αποκτούσε ένα νέο μέλος.
Η ανακάλυψη του Ουρανού, του πρώτου νέου πλανήτη από την αρχαιότητα, έκανε τον Herschel διάσημο αμέσως. Έγινε μέλος της Βασιλικής Εταιρείας, διορίστηκε Αστρονόμος της Αυλής από το βασιλιά Γεωργίου Γ΄ και του δόθηκαν πόροι για να κατασκευάσει νέα τηλεσκόπια και να συνεχίσει τις έρευνές του. Ανάμεσα στα επιτεύγματα που ακολούθησαν ήταν η ανακάλυψη κάποιων από τους δορυφόρους του Κρόνου και του Ουρανού, η ανακάλυψη της υπέρυθρης ακτινοβολίας καθώς επίσης και μια αμφιλεγόμενη θεωρία για τον Ήλιο και τις κηλίδες.
Αξίζει, πάντως, να σημειωθεί ότι ο νέος πλανήτης δεν απέκτησε αμέσως το όνομα που γνωρίζουμε σήμερα. Ο Herschel αποφάσισε αρχικά να τον ονομάσει «αστέρα του Γεωργίου» (Georgium Sidus) προς τιμή του βασιλιά της Αγγλίας, υποστηρίζοντας ότι θα ήταν αναχρονιστικό να δοθεί ένα όνομα προς τιμή ενός αρχαίου θεού. Όπως ήταν αναμενόμενο, η επιλογή του δεν ήταν ιδιαίτερα δημοφιλής εκτός Αγγλίας και, τελικά αρκετές δεκαετίες αργότερα, καθιερώθηκε το όνομα Ουρανός, που προτάθηκε από τον Γερμανό αστρονόμο Bode, συνεχίζοντας την γενεαλογία των αρχαίων θεών Δία και Κρόνου.
Ο Bode ήταν ανάμεσα στους πρώτους που προσδιόρισαν την τροχιά του πλανήτη, διαπιστώνοντας ότι παλαιότεροι χάρτες περιείχαν τον Ουρανό ως αστέρα (πρακτικά ο Ουρανός είναι οριακά ορατός με γυμνό μάτι). Ο προσδιορισμός της τροχιάς είναι εφικτός με τη βοήθεια της θεωρίας της βαρύτητας του Νεύτωνα, αν έχουμε στη διάθεσή μας μερικές θέσεις του πλανήτη από τις παρατηρήσεις. Στις δεκαετίες που ακολούθησαν, ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι η κίνηση του Ουρανού παρουσίαζε ανωμαλίες, καθώς ο πλανήτης δεν βρισκόταν εκεί που προέβλεπε η θεωρία. Οι ανωμαλίες αυτές θα έπρεπε να οφείλονταν σε έναν πλανήτη μακρύτερα από τον Ουρανό. Το 1845 ο Jean Joseph Ourbain Le Verrier στο Παρίσι και, ανεξάρτητα, ο John Couch Adams στο Cambridge ξεκίνησαν τους υπολογισμούς για έναν τέτοιο πλανήτη και κατέληξαν στα χαρακτηριστικά του τον Αύγουστο του 1846.
Η ανακάλυψη του Ποσειδώνα από το αστεροσκοπείο του Βερολίνου
Το πρώτο αστεροσκοπείο στο Βερολίνο χτίστηκε το 1711, χρηματοδοτούμενο από την ανάγκη για τον υπολογισμό του ημερολογίου. Τα πρώτα κτήρια χτίστηκαν σε μια περιοχή που σήμερα βρίσκονται μέσα στο Βερολίνο, στην περιοχή Kreuzberg. O πολυμαθής, εξερευνητής και φυσιογνώστης Alexander von Humboldt προώθησε το αστεροσκοπείο με τη διάσημη σειρά διαλέξεών του με τίτλο Kosmos το 1927-1928, εξασφαλίζοντας περαιτέρω χρηματοδότηση για τη λειτουργία του. Το Αστεροσκοπείο του Βερολίνου έγινε παγκοσμίως γνωστό από την πρώτη παρατήρηση του πλανήτη Ποσειδώνα με τηλεσκόπιο.
Στις 23 Σεπτεμβρίου 1846, ο Johan Gottfried Galle, βοηθός στο αστεροσκοπείο, έλαβε ένα γράμμα από τον Le Verrier, ο οποίος, όπως ήδη αναφέρθηκε, εργαζόταν πάνω στο πολύ σημαντικό «πρόβλημα του Ουρανού». Ο Le Verrier ζητούσε από τον Galle να αναζητήσει τον υποτιθέμενο έβδομο πλανήτη σε μια περιοχή του ουρανού που προέβλεπαν οι υπολογισμοί του. Ο Galle ζήτησε την άδεια του διευθυντή του αστεροσκοπείου και επέτρεψε στον φοιτητή Heinrich Louis d’Arrest, ο οποίος είχε ακούσει τυχαία τη συζήτηση, να συμμετάσχει στις παρατηρήσεις, κάνοντας τις απαραίτητες προετοιμασίες στο τηλεσκόπιο.
Οι πρώτες προσπάθειες των δυο παρατηρητών ήταν αποτυχημένες, καθώς στην περιοχή που τους ζητήθηκε να παρατηρήσουν δεν εντόπισαν κανένα αντικείμενο που να μοιάζει με πλανήτη. Στη συνέχεια εξέτασαν το ενδεχόμενο ο νέος πλανήτης να μην φαίνεται σαν ένας εκτεταμένος δίσκος, όπως ο Δίας ή ο πρόσφατα ανακαλυφθείς Ουρανός, αλλά σαν άλλο ένα αστέρι. Για αυτό το λόγο θα έπρεπε να συγκρίνουν τις παρατηρήσεις τους με πρότυπους αστρικούς χάρτες τις περιοχής. Η πρώτη τους προσπάθεια και πάλι απέτυχε διότι οι χάρτες που είχαν στη διάθεσή τους δεν περιείχαν όλα τα ορατά, με το τηλεσκόπιο, αστέρια. Ωστόσο, η Ακαδημία Επιστημών του Βερολίνου είχε πρόσφατα ολοκληρώσει μια νέα χαρτογράφηση της περιοχής και ένας από τους πιο πρόσφατους χάρτες της περιοχής βρισκόταν ακόμα στο αστεροσκοπείο. Σύντομα διαπίστωσαν ότι ένα από τα αστέρια της περιοχής δεν συμπεριλαμβανόταν στον κατάλογο. Ο πλανήτης Ποσειδώνας ήταν περίπου εκεί όπου προέβλεπαν οι υπολογισμοί του Le Verrier!
Ο 19ος αιώνας ήταν κομβικός για την εξέλιξη της αστρονομίας σε φυσική των άστρων. Με την λεπτομερή παρατήρηση του ηλιακού φάσματος από τον Fraunhoffer, την ανάπτυξη της φασματοσκοπίας από τους Kircchoff και Bunsen και την διαπίστωση ότι το κάθε άστρο έχει το δικό του φάσμα, η φασματοσκοπία έγινε το σημαντικότερο εργαλείο ανάλυσης της μελέτης των αστέρων. Οι εξελίξεις αυτές πυροδότησαν σχέδια για την ανάπτυξη νέων αστεροσκοπείων, όπως το Παρατηρητήριο Αστροφυσικής του Πότσνταμ (Astrophysical Observatory Potsdam), του πρώτου παρατηρητηρίου που έκανε χρήση του όρου «αστροφυσική», το 1879. Το αστεροσκοπείο του Βερολίνου μεταφέρθηκε τελικά στο Babelsberg, προάστιο του Πότσνταμ, το 1913, όπου βρίσκεται από τότε. Το Λάιμπνιτζ - Ινστιτούτο Αστροφυσικής Πότσνταμ (Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam, AIP), όπως ονομάζεται πλέον, έχει στο σύμβολό του αποτυπωμένο το πεδίο του ουρανού όπου ανακαλύφθηκε ο Ποσειδώνας, με τα 11 αστέρια και τον πλανήτη, τιμώντας την πρώτη από μια σειρά μεγάλων ανακαλύψεων που ακολούθησαν.
Πώς ανακαλύπτονται οι πλανήτες;
Η ανακάλυψη του Ποσειδώνα αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα του 19ου αιώνα, ένας θρίαμβος της νευτώνειας θεωρίας της βαρύτητας, που έχει τη δυνατότητα να κάνει προβλέψεις για τους ουρανούς. Προκύπτει όμως το ερώτημα, ποιος ανακάλυψε τον Ποσειδώνα; Ήταν οι θεωρητικοί υπολογισμοί ή ο εντοπισμός με το τηλεσκόπιο; Πώς ανακαλύπτονται οι πλανήτες;
Η απλή απάντηση στο ερώτημα είναι με ένα τηλεσκόπιο. Ωστόσο ο Ποσειδώνας ανακαλύφτηκε «με τη μύτη μιας πένας», όπως πολύ χαρακτηριστικά επεσήμανε ο Γάλλος μαθηματικός Francois Arago, καθώς ο νέος πλανήτης ανακαλύφθηκε πρώτα στο χαρτί, από τις προβλέψεις μιας θεωρίας. Όμως, στην περίπτωση του Ποσειδώνα, τόσο ο Le Verrier όσο και o Adams κατέληξαν στα σωστά χαρακτηριστικά του νέου πλανήτη. Τελικά, το θεωρητικό μέρος της ανακάλυψης «χρεώθηκε» στον Le Verrier επειδή αυτός ήταν πιο αποτελεσματικός στο να κινητοποιήσει την περαιτέρω αναζήτηση του με το τηλεσκόπιο από άλλους αστρονόμους. Παρόλα αυτά, αμέσως αναγνωρίστηκε από την επιστημονική κοινότητα της εποχής ότι και ο Adams έλυσε με επιτυχία το «πρόβλημα του Ουρανού».
Αξίζει, τέλος, να σημειωθεί πως σύμφωνα με παλαιότερες καταγεγραμμένες παρατηρήσεις με τηλεσκόπιο, ο Ποσειδώνας είχε καταγραφεί ως ουράνιο σώμα, ενδεχομένως ακόμα και από τον Γαλιλαίο, αλλά δεν είχε αναγνωριστεί ως πλανήτης. Οι παρατηρήσεις αυτές αποδείχτηκαν πολύ σημαντικές, καθώς παρείχαν τη θέση του πλανήτη δεκαετίες/αιώνες νωρίτερα, επομένως ήταν πολύ χρήσιμες για τον προσδιορισμό της τροχιάς του. Ταυτόχρονα δείχνουν τη σημασία που έχει η πρότερη γνώση και το θεωρητικό πλαίσιο για την ερμηνεία των παρατηρήσεων.
Πηγές και περαιτέρω πληροφορίες:
The Sun Kings. The unexpected tragedy of Richard Carrington and the tale of how modern astronomy began. Stuart Clark, Princeton University Press.
https://www.aip.de/en/institute/history/the-history-behind-the-aip-logo/
https://www.wikipedia.org
