17 sept. 2010

El Planeta Ocho - Neptuno.

Hoy les relataré la aventura del descubrimiento de Neptuno. Mi fuente principal ha sido Isaac Asimov y todos los demás libros donde he encontrado alguna referencia a la historia, ponían como fuente al mismo Asimov. Desgraciadamente, este último no cita sus fuentes, y habremos de creer en su palabra. La historia es algo larga así que, sin más preámbulos, empezamos.

A principios del siglo XIX, los astrónomos tenían instrumentos que podían hacer mediciones bastante aproximadas; la ecuación de Newton concordaba con esas mediciones para felicidad de los astrónomos … salvo Urano, que era el último planeta descubierto por Sir William Herschel, en 1781. Os recuerdo que lo había hecho gracias a un telescopio fabricado por él. No vio una estrella, sino un círculo luminoso. Aunque no fue el primero que lo vio sí fue el primero en darse cuenta que era un planeta y no una estrella. Había sido un descubrimiento sensacional: se había descubierto un planeta 5.000 años después del anterior.

Ya podrán imaginar que su movimiento través del cielo nocturno era observado con todo detalle y su posición confrontada año tras año con la teoría. Y empezaron los problemas. En 1821 el astrónomo francés Alexis Bouvard reunió todas las observaciones acerca de Urano realizadas deliberadamente a partir del descubrimiento del planeta y las realizadas accidentalmente antes de su descubrimiento, en los tiempos en que ocasionalmente se lo registraba en los mapas astronómicos como una estrella.

Urano, en las fronteras del Sistema Solar, parecía a salvo de toda influencia perturbadora. Los objetos más cercanos conocidos eran Saturno, que a lo sumo, llegaba a acercársele 1.500 millones de kilómetros y Júpiter que lo hacía a unos 2.100 millones … En fin, continuemos. Cuando se calculaba la órbita de Urano alrededor del Sol había que tener en cuenta un pequeño efecto perturbador de Saturno y otro de Júpiter y eso era todo. Todos los demás cuerpos del Universo eran demasiado pequeños o estaban demasiado lejos, o ambas cosas a la vez, para producir perturbaciones perceptibles.

Bouvard calculó y recalculó esos efectos perturbadores pero la cosa no funcionaba. La diferencia entre la posición real ocupada por Urano y la posición teórica que se suponía debía ocupar no es que fuera excesiva: no más de 2 minutos de arco, o sea un quinto del diámetro aparente de la Luna; era poca, pero apreciable y los astrónomos no quieren diferencias apreciables, sino “diferencias insignificantes”. Son muy suyos los astrónomos para estas cosas.

Había dos hipótesis: o bien las ecuaciones de Newton no eran del todo correctas o bien existía otro planeta más distante. Las ecuaciones de Newton podían fallar, por ejemplo, en que el denominador no fuera el cuadrado de la distancia, sino d2,0001 o d1,9999. Pero este tipo de soluciones ad hoc (”para este propósito”) no suelen resultar muy convincentes. ¿Por qué no debía ser 2 exactamente?

La otra hipótesis, la existencia de otro planeta, era mucho más elaborada pero también explicaría la perturbación de Urano sin tener que reajustar la ecuación de Newton. Esto comportaba un pequeño problema: ¿dónde estaba el planeta? No podía estar más cerca del Sol que Urano, pues si era tan grande para producir una perturbación perceptible en él, también debía serlo lo bastante como para ser detectado sin inconvenientes, cosa que no había sucedido. Más aun, debería haber producido una perturbación hasta ahora inexplicable en la órbita de Saturno, y no había tal perturbación.

Así tenemos que, por un lado, debía estar más lejos que Urano, con un disco más pequeño y un movimiento más lento que cualquier otro planeta y por otro debía estar muy lejos de Saturno como para no perturbar a este último. Bien, esto no dejaba de ser una bonita teoría, pero había que detectarlo. Y si Urano apenas resultaba visible al ojo desnudo, el Planeta Ocho sólo resultaría visible con el telescopio. Además, con su pálida luz y su desplazamiento lento se confundiría con el fondo de estrellas igualmente pálidas. La detección sería realmente dificultosa.

¿Por qué no invertir el procedimiento? Si se sabe dónde está un planeta y cómo se mueve, se puede calcular su efecto perturbador. Entonces, dado el efecto perturbador, ¿no se puede calcular dónde está el planeta, cómo se mueve y, por tanto, saber dónde buscarlo?

Y aquí entra en escena nuestro héroe de hoy: John Couch Adams. En 1841 tenía 21 años y estaba estudiando en Cambridge. Era el primero de su clase de matemáticas y se le ocurrió tratar de calcular la posición de ese hipotético planeta. Pensó que si estaba en el lado opuesto a Urano con respecto al Sol mientras ambos seguían sus lentas trayectorias orbitales, la distancia entre los dos sería demasiado grande para que existiera una perturbación detectable sobre Urano. Por lo tanto, ambos tenían que estar del mismo lado con respecto al Sol.

Como la posición de Urano estaba un poco adelantada respecto de la posición calculada, el Planeta Ocho, durante todos o la mayoría de los años desde el descubrimiento de Urano, tenía que haberlo precedido, de tal modo que su atracción gravitacional hubiera acelerado a Urano. Pero si Urano estaba más cerca del Sol, se desplazaría más rápido que el Planeta Ocho y por lo tanto lo alcanzaría (lo alcanzó en 1822, de hecho) y rebasaría. El Planeta Ocho estaría detrás de Urano y tendería a disminuir levemente la velocidad del mismo. Todos estos factores debían ser tenidos en cuenta.

Supuso que el hipotético planeta debía ser de masa similar a la de Urano, que se desplazaría en una órbita perfectamente circular en el mismo plano y que estaba a una distancia del Sol que duplicaba la de Urano tal y como la de Urano con respecto al Sol duplicaba la de Saturno (no era cierto del todo, pues en realidad resultó ser 1,5 veces; pero no iba muy desencaminado). Adams hizo todos estos cálculos durante sus vacaciones, pues mientras era estudiante, también daba clases en sus momentos de ocio para enviar el dinero que ganaba a sus padres. En septiembre de 1845 había calculado la posición del Planeta Ocho para el 19 de octubre de ese año.

Debido a esos posibles errores en las suposiciones, no era cuestión de mirar el lugar exacto, sino mirar miles de estrellas de la zona prevista. Adams dio el resultado de sus cálculos a James Challis (el primer villano de nuestra historia), director del Observatorio de Cambridge. La esperanza de Adams consistía en que Challis, disponiendo de telescopios, los utilizara para buscar de planeta. Sabiendo muy bien que la búsqueda sería tediosa y que lo más probable era no llegar a ningún resultado, entregó a Adams una carta de recomendación para el astrónomo George Biddell Airy (el segundo villano de nuestra historia), y así endosó el marrón a otro.

Aunque los que hayan estudiado óptica lo conoceréis por la famosa “mancha de Airy“, este hombre era un sujeto presuntuoso, envidioso y mezquino que dirigía el Observatorio de Greenwich como un tirano. Lo obsesionaban los detalles e invariablemente perdía de vista el panorama general. El teléfono aún no se había inventado, así que Adams viajó dos veces a Greenwich y ninguna de las dos veces encontró a Airy en casa. La tercera vez Airy estaba cenando y, naturalmente, no quiso ser molestado. Adams dejó la carta y cuando lo creyó conveniente, Airy la leyó. Sin inmutarse, naturalmente. Estaba convencido de que la ecuación de Newton necesitaba un ajuste y no quería saber nada de nuevos planetas. Escribió a Adams pidiéndole que revisara algunos puntos que eran completamente irrelevantes para el problema. Adams sabía perfectamente que eran irrelevantes, así que desistió: ni siquiera respondió la carta.

En Francia, un joven matemático llamado Urbain Jean Joseph Leverrier también trabajaba en ese problema. Hizo las mismas suposiciones que Adams y ubicó el Planeta Ocho en Acuario muy cerca de donde lo había situado Adams. Completó la tarea medio año después sin tener noción de lo que había hecho el joven inglés.

Al contrario que Adams, Leverrier tenía cierta reputación como astrónomo y apoyado por sus superiores publicó sus cálculos. Airy leyó la publicación de Leverrier y le escribió formulándole la misma pregunta irrelevante que había formulado a Adams, pero sin decirle que este último ya había realizado el trabajo. Al contrario de Adams, Leverrier respondió inmediatamente, señalando que la pregunta era irrelevante.

Airy, aunque a regañadientes, quedó impresionado. Dos hombres, cada uno por su lado, habían llegado a una solución similar. Escribió a Challis, el endosador de marrones, pidiéndole que inspeccionara el cielo en la posición indicada para ver si podía descubrir un planeta. Challis no tenía más interés que antes en emprender la búsqueda. No pensaba que pudiera llegar a nada y estaba más preocupado por otros cálculos que estaba haciendo relacionados con las órbitas de los cometas. Así que no se apuró y empezó tres semanas después de recibir la solicitud de Airy.

El 18 de septiembre de 1846 hacía seis semanas que había emprendido la tarea, examinando miles de estrellas de mala gana, sin interés ni entusiasmo y sin cotejar las estrellas observadas un día con las observadas otro día para cerciorarse de si alguna de ellas se desplazaba en relación al resto, lo cual le hubiera indicado sin sombra de duda que era un planeta.

Leverrier, que no había recibido ninguna respuesta de Cambridge, pensó que en todo caso el Observatorio de Berlín era el mejor de Europa y les escribió. El director del Observatorio de Berlín accedió a investigar el asunto y pidió al astrónomo alemán Johann Gottfried Galle que se hiciera cargo. Galle hubiera tenido que afrontar las mismas tediosas comprobaciones que afrontaba Challis pero tuvo un golpe de suerte. El Observatorio de Berlín había estado preparando una cuidadosa serie de mapas astronómicos y un astrónomo de 24 años del observatorio, Heinrich Ludwig D’Arrest, anunció a Galle que él buscaría un mapa de Acuario.

Lo encontró, y de sólo medio año antes. Galle tomó el mapa. No tenía que buscar un disco visible, no tenía que hacer estudios día a día para ver si el cuerpo se movía contra el fondo estelar: lo único que tenía que hacer era ver si algún objeto de ese sector del cielo había cambiado de posición. La noche del 23 de septiembre de 1846, Galle y D’Arrest se pusieron a trabajar. Galle manejaba el telescopio, escudriñando el cielo metódicamente, fijándose en las posiciones de las estrellas, una por una, mientras D’Arrest miraba el mapa para comprobar las posiciones.

No hacía no más de una hora que trabajaban cuando Galle declaró la posición de una estrella de octava magnitud y D’Arrest exclamó excitado:

- ¡No está en el mapa!

Estaba a 52 minutos (aproximadamente 1,5 veces el ancho aparente de la Luna llena) del punto predicho. Galle lo observó noche a noche. A la semana tuvo la certeza de que se movía. El Planeta Ocho había sido descubierto. Una vez que se anunció la noticia, Challis revisó apresuradamente sus propias observaciones y descubrió que lo había visto anteriormente en cuatro ocasiones diferentes pero nunca había comparado las posiciones y por eso no sabía qué había observado.

Ni Airy, ni Challis pensaron en la deuda que tenían con Adams. Fue John Herschel, el hijo de William, descubridor de Urano, quien conociendo el trabajo de Adams escribió una carta declarando que este último había realizado la tarea antes que Leverrier y había llegado a la misma conclusión.

Naturalmente, los franceses se indignaron y durante mucho tiempo se entabló una feroz y amarga controversia en la que Adams y Leverrier se mantuvieron al margen. De hecho, más tarde se conocieron y se hicieron amigos. No deja de ser curiosa la diferencia entre políticos y científicos: unos se quieren colgar las medallas de los otros sin ni siquiera saber qué hacen, y a los otros les es igual. Hoy día, los dos hombres comparten el mérito de haber descubierto el Planeta Ocho.

Pero si quieres dar el mérito a Challis, tampoco podrás. No había sido el primero en avistar el planeta. El 8 de mayo de 1795, 51 años antes del descubrimiento, el astrónomo francés Joseph Jérome de Lalande reparó en una estrella cuya posición registró. Dos días más tarde observó de nuevo y notó afligido que había cometido un error en la posición. Registró la nueva posición y se olvidó del asunto. En realidad no había cometido ningún error. Lo tuvo delante, pero no se dio cuenta.

¿Cuál sería el nombre del nuevo planeta? Los astrónomos franceses, irritados por las declaraciones británicas, se esforzaron para que se le llamara “Leverrier”. Obviamente, el resto de los astrónomos decidieron volver a la mitología. Debido a su color verdusco cuando se lo ve en el telescopio, el propio Leverrier propuso que el nuevo planeta verde mar fuera denominado según el dios romano del mar verde: Neptuno, hijo de Saturno y hermano de Júpiter en la mitología. Después de un mes del descubrimiento, William Lassell, un cervecero aficionado a la astronomía, le descubrió su mayor satélite al que se puso por nombre Tritón, por ser el hijo de Neptuno. Lassell fue de lo más prolífico en lo que a satélites se refiere: descubrió, aparte de Tritón, Hiperión en Saturno y Ariel y Umbriel en Urano.

Adams trabajó como astrónomo y llegó a demostrar que el enjambre de meteoros Leónidas tenía una órbita alargada, como los cometas, y así reforzó la idea de que buena parte de los escombros interplanetarios del Sistema Solar interior consistían en fragmentos de cometas desintegrados. En 1860 Challis abandonó su puesto en el Observatorio de Cambridge y Adams fue designado director, tal vez a modo de disculpa. Más tarde, en 1881, Airy se retiró después de haber sido astrónomo real durante 45 años, y también ese puesto fue ofrecido a Adams. Lo rechazó, pues se sentía demasiado viejo para tomar la responsabilidad. Quisieron nombrarlo Sir, pero también lo rechazó.

Aparte de ser una historia de buenos y malos, héroes y villanos; hay que decir que fue la proeza más espectacular de toda la historia de la Ley de la Gravitación de Newton. Si al principio, Urano pareció hacerla tambalear, Neptuno la hizo mucho más sólida.

Actualización: Esta fue la historia oficial durante 30 años, pero recientes investigaciones nos hecen pensar que no fue exactamente así. Prometo contarlo en otra historia y poner aquí el enlace correspondiente.



Fuentes:
“Luces en el cielo”, Isaac Asimov
“Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología”, Isaac Asimov



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