Giorno: 28 Novembre 2020

La scoperta di Nettuno – Parte III

La previsione e la scoperta all’Osservatorio di Berlino

Adams si rivolse a Sir George Airy, astronomo reale a capo dell’Osservatorio astronomico di Greenwich succeduto a Flamsteed, per ben due volte ma non riuscì ad incontrarlo di persona: il 23 settembre (Airy era in Francia) e il 21 ottobre 1845 ma gli venne detto di tornare più tardi. Adams quindi lasciò un manoscritto con il resoconto del suo lavoro e Airy nel novembre dello stesso anno gli scrisse una lettera di ringraziamento. In Francia Le Verrier, grazie all’appoggio del direttore dell’Osservatorio di Parigi, nel dicembre 1845 pubblicò un primo rapporto in cui pubblicamente diceva che i calcoli di Bouvard erano sbagliati, seguito da un secondo rapporto nel giugno 1846. Questo secondo manoscritto venne letto da Airy, il quale si rese conto che le previsioni di Le Verrier erano simili a quelli di Adams e ne fu entusiasta. Airy decise che anche in Inghilterra fosse avviata una ricerca di questo nuovo oggetto e il 29 giugno incaricò James Challis di iniziare una campagna osservativa presso l’Osservatorio di Cambridge.

Challis sospese il suo lavoro di caccia alle comete per analizzare il cielo con il metodo del transito lungo un meridiano: al passaggio di ogni oggetto al meridiano veniva preso la posizione e cercato in una mappa stellare: un lavoro certosino che Challis portò avanti per settimane in maniera infruttuosa. Un elemento fondamentale di ricerca erano le carte stellari con cui fare i confronti osservativi. A quanto pare Challis non possedeva la tavola stellare con la giusta zona di cielo di settembre dove cercare. Le mappe in uso allora (Berlin Sternkalendar di Bremiker) erano divise in zone (hora) da 15° l’una. Non tutti gli osservatori possedevano le tavole che coprivano tutte le zone del cielo: semplicemente l’Osservatorio di Cambridge non possedeva quelle che ricoprivano la zona di cielo interessata al momento delle osservazioni.

Foglio con i calcoli originali di Le Verrier (secondo manoscritto)
Fonte: http://expositions.obspm.fr/leverrier/Le-Verrier/neptune/p4-controverse.html

Ormai sicuro di sé, Le Verrier davanti all’Accademia delle Scienze nel documento di giugno 1846 specificava il metodo di risoluzione e, al tempo stesso, dava una prima serie di coordinate per l’individuazione in cielo. Il 31 agosto il francese pubblicò per l’Accademia nuovi elementi orbitali più precisi riguardo l’orbita e massa (comunque molto distanti da quelli veri attuali). Le Verrier infatti ridusse il valore del semiasse maggiore e scrisse che il pianeta dovrebbe essere visibile nella costellazione del Capricorno. Fornì anche una stima del diametro apparente, dell’inclinazione dell’orbita portandola da zero a 4° 3’ ed invitò altri osservatori a guardare nella posizione di cielo da lui indicata. Nei giorni seguenti, mentre Adams non ebbe ancora l’occasione di incontrare Airy per una terza volta, Le Verrier non riuscì a convincere altri astronomi ad iniziare la ricerca del pianeta sia perché la strumentazione allora in uso nell’Osservatorio di Parigi (un rifrattore di 9½ del 1823 con scarsa qualità ottica) non sembrava essere adeguata sia anche per le mappe stellari poco aggiornate. Il 18 settembre decise di contattare Johann Galle (1812-1910) dell’Osservatorio di Berlino.

Galle nacque a Pabsthaus e dopo aver frequentato l’Università di Berlino accettò l’impiego di assistente all’Osservatorio di Berlino. Oggi è noto anche per essere stato scopritore di comete e dell’anello C di Saturno.  L’Osservatorio di Berlino era dotato di un rifrattore di Fraunhofer di 9½ pollici di diametro e Galle, dopo aver ottenuto il permesso dall’uso direttore Franz Encke (il quale stava festeggiando il suo compleanno), nella notte fra il 23 e 24 settembre con l’aiuto del suo assistente Heinrich Louis d’Arrest (1822-1875), matematico e scopritore di comete, vide il pianeta come un oggetto di 8° magnitudine ad una distanza inferiore a 1° dal valore predetto da Le Verrier e a 2,5° rispetto alla predizione di Adams. Il giorno dopo Galle scrisse una lettera in francese a Le Verrier in cui affermava che il pianeta effettivamente esiste: la notizia presto si diffuse e quando giunse in Inghilterra Challis si rese conto a posteriori che in realtà lo aveva già annotato nel mese precedente senza rendersene conto sulla mappa Bremiker che copriva la zona di cielo precedente a quella attuale.

Poco dopo la scoperta, il pianeta venne osservato anche a Parigi da altri astronomi (Otto Struve, Carl von Littrow, Friedrich Gauss, Padre Secchi, …) e da Le Verrier in persona, il quale ricevette molti onori tra cui la Medaglia Copley dalla Royal Society. Una volta placati gli entusiasmi, altri astronomi si dedicarono allo studio dell’orbita del nuovo pianeta: fu presto chiaro che l’orbita effettiva del pianeta, sebbene con molte incertezze, era diversa da quella predetta dal francese e da Adams.

Effemeridi per Nettuno il giorno della scoperta realizzato con il software Stellarium

La distanza media di Nettuno dal Sole è di 30 u.a., mentre il periodo siderale di rivoluzione non era 217,387 giorni come stimato da Le Verrier, bensì 163,723. Si aprì quindi la questione sul nome da dare al nuovo pianeta: Galle, che effettivamente lo aveva osservato, propose di chiamarlo Giano come la divinità romana bifronte. In Inghilterra Challis e Adams proposero il nome Oceano ma non venne preso in considerazione al di fuori dell’isola. Anche Herschel fece le sue proposte: Minerva e Hyperione. Arago optò per “Le Verrier” (improponibile, per ovvie ragioni) mentre Le Verrier propose Nettuno. La rivalità crescente fra inglesi e francesi arrivò al culmine quando Urano venne rinominato con l’appellativo “Il pianeta Herschel” mentre Nettuno “il pianeta Le Verrier”. Solo più tardi, nel 1847 si diffuse in tutta Europa il nome Urano e Nettuno, per proseguire la tradizione di assegnare un nome mitologico ad un pianeta del Sistema Solare, mettendo fine alla diatriba dei nomi da attribuire ai due giganti gassosi. Due settimane dopo la scoperta, il 10 ottobre 1846 l’astrofilo William Lassell (1799–1880) scoprì il primo satellite di Nettuno, Tritone, con il suo riflettore di 24 pollici: un altro passo importante per la determinazione dei parametri del pianeta. Infatti, una volta determinato il periodo di rivoluzione del satellite tramite osservazioni e nota la distanza apparente del satellite, la meccanica celeste ci consente di trovare la massa del pianeta ospite: si ebbe quindi la conferma che la massa stimata da Le Verrier era sovrastimata rispetto a quella reale di un fattore circa il doppio.

Le orbite di Nettuno di Le Verrier e di Adams confrontate con quella effettiva del pianeta

Nettuno rappresenta il primo caso di un pianeta scoperto a tavolino, ottenuta grazie all’impiego di metodi matematici basati sulla legge di gravitazione universale: un vero e proprio trionfo della meccanica celeste per l’epoca. Alcuni astronomi della comunità scientifica di allora e anche di oggi, hanno sospettato che la scoperta di Nettuno sia stata fortemente influenzata dalla fortuna: in parte è vero ma bisogna anche considerare la vicinanza dell’orbita di Nettuno con quella di Urano dell’epoca (nel 1822 Urano era in congiunzione inferiore con Nettuno). In pratica era come se a causa della vicinanza di Nettuno, Urano avesse ricevuto una “spinta gravitazionale” in modo da rendere più evidenti gli effetti gravitazionali. Questo effetto potrebbe aver spiegato le differenze nel calcolo dell’orbita ricavata da Flamsteed prima e da Bouvard dopo: i calcoli effettuati da Bouvard erano affetti quindi da questa seconda perturbazione. In questo modo, le orbite descritte dai due astronomi negli anni della scoperta erano effettivamente molto simili fra loro e vicini alla vera orbita di Nettuno, ma nel complesso all’esterno di tale intervallo molto diverse dalla vera orbita.

(continua)

Bibliografia

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