کشف نپتون: ماجرای هیجان‌انگیز پیشرفت دانش نجوم در ۱۸۰ سال اخیر

در دنیای ستاره‌شناسی، ۱۸۰ سال زمانی بسیار طولانی است؛ شاید برای رویدادهای کیهانی نه، اما قطعاً برای درک ما از کیهان، بسیار قابل توجه است. زمانی که مجله‌ی علمی ساینتیفیک آمریکن نخستین شماره‌ی خود را ۱۸۰ سال پیش در این ماه منتشر کرد، دیدگاه ما نسبت به کیهان بسیار متفاوت بود. ما هیچ تصوری از وسعت جهان یا حتی وجود چیزی فراتر از کهکشان راه شیری نداشتیم. نمی‌دانستیم ستارگان چگونه متولد می‌شوند، چه چیزی به آن‌ها انرژی می‌بخشد، یا دنباله‌دارها از کجا می‌آیند – یا حتی اینکه ابرنواخترها اصلاً وجود دارند!

در منظومه‌ی شمسی خودمان نیز، ستاره‌شناسان در مورد چگونگی شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی و پیدایش ماه زمین حدس‌های زیادی می‌زدند. به طور کلی، حتی نمی‌دانستیم چند سیاره در منظومه‌ی شمسی وجود دارد!

در واقع، هنوز هم برخی از این پرسش‌ها به‌طور کامل پاسخ داده نشده‌اند. اما در اوت ۱۸۴۵، درک ما از خانواده‌ی خورشید بسیار ناقص بود و کمی بیش از یک سال بعد بود که منظومه‌ی شمسی ما با یک سیاره‌ی کامل، بزرگتر می‌شد.

تا آن زمان، زحل دورترین سیاره‌ای بود که بشر می‌شناخت. تا سال ۱۷۸۱، ستاره‌شناس آلمانی-بریتانیایی، ویلیام هرشل، هنگام رصد آسمان با تلسکوپ خود، گزارشی از مشاهده‌ی یک “دنباله‌دار” کندرو در صورت فلکی ثور ارائه داد. دو سال طول کشید تا محاسبات مداری نشان دهند که این جسم در واقع یک دنباله‌دار نیست، بلکه یک سیاره‌ی غول‌پیکر است که فراتر از زحل به دور خورشید می‌گردد. اورانوس، نخستین سیاره‌ی جدیدی که کشف شد، به طور تصادفی یافت شد.

با این حال، در دهه‌های بعد، ستاره‌شناسان متوجه شدند که اورانوس رفتاری غیرعادی دارد. با استفاده از معادلات ریاضی حاکم بر گرانش و مدارها، آن‌ها شکل مدار اورانوس را محاسبه کردند و از آن برای پیش‌بینی موقعیت سیاره در آسمان استفاده نمودند. با این حال، مشاهدات نشان داد که موقعیت واقعی اورانوس به طور قابل توجهی از موقعیت پیش‌بینی شده منحرف می‌شود. گاهی اوقات از موقعیت محاسبه‌شده “جلو می‌افتاد” و گاهی عقب می‌ماند.

بسیاری از ستاره‌شناسان گمان می‌کردند این ناهنجاری‌ها ناشی از سیاره‌ی دیگری است که در پسِ اورانوس پنهان شده است؛ سیاره‌ای که خود اورانوس نیز با چشم غیرمسلح به سختی قابل رویت بود. یک سیاره در فاصله‌ی دورتر بسیار کم‌نورتر بوده و به راحتی می‌توانست از دید پنهان بماند.

اما این سیاره کجا بود؟ آسمان زمانی که به دنبال نقطه‌ی نوری کم‌نور در هزاران درجه‌ی مربع می‌گردید بسیار وسیع است؛ به یاد داشته باشید که در آن زمان، ستاره‌شناسان تنها تلسکوپ و چشمان خود را داشتند. هیچ دوربین یا آشکارساز دیگری در دسترس نبود. جستجوی یک دنیای کم‌نور و دور، مانند جستجوی سوزن در انبار کاه کیهانی بود.

با این وجود، ریاضیات مکانیک مداری راه میانبری ارائه داد. اگر مداری را برای سیاره فرض می‌کردید، می‌توانستید با توجه به تأثیر آن بر اورانوس، موقعیت تقریبی آن را در طول زمان محاسبه کنید. این نوع محاسبات “X نشان‌دهنده‌ی مکان است” در کامپیوترهای امروزی در عرض چند لحظه انجام می‌شود، اما در اواسط قرن نوزدهم، این کار با دست انجام می‌شد و کلمه‌ی “وقت‌گیر” به هیچ وجه وسعت کار را توصیف نمی‌کرد.

با وجود این، در دهه‌ی ۱۸۴۰، دو مرد به طور مستقل این کار را انجام دادند. جان کوچ آدامز، ریاضیدان و ستاره‌شناس بریتانیایی در دانشگاه کمبریج، از سال ۱۸۴۳، در اوقات فراغت خود بر روی این محاسبات کار کرد. او یافته‌های خود را به جیمز چالیس، مدیر رصدخانه‌ی کمبریج در آن زمان، و به ستاره‌شناس سلطنتی انگلستان، جورج بیدل ایری، گزارش داد. هر دوی آن‌ها یافته‌های آدامز را بیشتر به عنوان یک ریاضیات جالب، تا راهنمایی برای یافتن یک سیاره‌ی احتمالی تلقی کردند. البته باید گفت که محاسبات آدامز ناقص بود و هنوز برای عملی شدن مناسب نبود.

همزمان، ستاره‌شناس فرانسوی، اوربن ژان ژوزف لو وریه، نیز بر روی محاسبه‌ی موقعیت این سیاره‌ی فرضی کار می‌کرد. او نتایج خود را در یک نشست عمومی آکادمی علوم فرانسه در ۱ ژوئن ۱۸۴۶ اعلام کرد. لازم به ذکر است که لو وریه فقط موقعیت‌های محاسبه‌شده‌ی سیاره در آسمان را فاش کرد، نه تخمین‌های خود را از جرم یا مدار آن.

با این حال، این خبر کافی بود تا هنگامی که خبر لو وریه به کمبریج رسید، وحشت کوچکی در آن سوی کانال ایجاد شود و ایری شباهت آن را با آنچه آدامز روی آن کار می‌کرد تشخیص دهد. از آنجایی که کشف نخستین سیاره‌ی جدید در ۶۵ سال، موضوعی افتخارآمیز از نظر علمی و ملی بود، چالیس به سراغ تلسکوپ رفت و جستجوی فوری و جدی را آغاز کرد. این کار مانند خود محاسبات، کاری زمان‌بر بود که شامل اسکن آسمان و مقایسه‌ی آنچه مشاهده می‌شد با نقشه‌های ستاره‌ای رسم‌شده با دست و کاملاً دقیق نبود، می‌شد. بدتر از آن، آدامز در حال کار بر روی راه‌حل‌های جدیدی برای موقعیت سیاره بود و محاسبات او نادرست بود، بنابراین چالیس در قسمت اشتباهی از آسمان به دنبال سیاره می‌گشت.

در ۳۱ اوت ۱۸۴۶، لو وریه ارائه دیگری به آکادمی داشت و این بار جرم و مدار محاسبه‌شده‌ی این دنیای فرضی را نیز گزارش کرد. سه هفته بعد، یوهان گوتفرید گاله، ستاره‌شناس کمکی در رصدخانه‌ی برلین، از کار لو وریه مطلع شد. گاله با کمک دانشجویی به نام هاینریش لویی دارست، در شامگاه ۲۳ سپتامبر، با استفاده از تلسکوپ ۲۴ سانتی‌متری رصدخانه، به جستجوی سیاره پرداخت. آن‌ها با استفاده از نقشه‌های ستاره‌ای بهتر از نقشه‌های بریتانیایی، در ساعات اولیه‌ی بامداد ۲۴ سپتامبر، این سیاره را کمتر از یک درجه از موقعیت پیش‌بینی‌شده‌ی لو وریه مشاهده کردند. همانطور که نقل می‌شود، گاله مختصات ستارگانی را که از طریق چشمی تلسکوپ می‌دید، خواند و در یک لحظه دارست با هیجان فریاد زد: “این ستاره در نقشه نیست!”

بدین ترتیب، نپتون کشف شد.

لو وریه برای این کار اعتبار دارد، اگرچه آدامز نیز به اصرار بریتانیایی‌ها در آن زمان، به طور کلی شریک اعتبار این کشف شناخته می‌شود. این موضوع بحث‌برانگیز است زیرا مشخص نیست که نتایج آدامز تا چه حد دقیق بوده‌اند – برای جزئیات بیشتر به مقاله‌ی “پرونده‌ی سیاره‌ی دزدیده شده” نوشته‌ی مورخان علم، ویلیام شیهان، نیکولاس کولرستروم و کریگ ب. واف، در شماره‌ی دسامبر ۲۰۰۴ مجله‌ی ساینتیفیک آمریکن مراجعه کنید.

با این وجود، در حالی که اورانوس به طور تصادفی یافت شد، نپتون با ریاضیات (با کمک کمی شانس) یافت شد.

به طرز طعنه‌آمیزی، آن شب در سپتامبر ۱۸۴۶، نخستین باری نبود که نپتون مشاهده شده بود. گالیله یادداشت‌های فراوانی برداشته بود، زمانی که قرن‌ها قبل، برای نخستین بار تلسکوپ ساده‌ی خود را به سمت آسمان نشانه رفت. ما اکنون می‌دانیم که او در سال‌های ۱۶۱۲ و ۱۶۱۳ نپتون را دید، اما آن را با یک ستاره اشتباه گرفت. (خیلی بد! اگر او آن را تشخیص می‌داد، مشهور می‌شد.) نپتون قبل از این نیز بارها دیده شده بود، اما به همان دلایل نادیده گرفته شده بود. در یک طعنه‌ی بسیار تلخ، سوابق نشان می‌دهند که خود چالیس در اوت ۱۸۴۶، دو بار نپتون را دید، اما ماهیت واقعی آن را تشخیص نداد.

من بارها نپتون را از طریق تلسکوپ کوچک خود رصد کرده‌ام. این سیاره نقطه‌ای کمرنگ به رنگ آبی مایل به سبز است که به سختی از یک ستاره‌ی پس‌زمینه کم‌نور قابل تشخیص است. با این حال، دیدن آن با چشمان خودم – دانستن اینکه این فوتون‌ها ساعت‌ها طول کشیده تا میلیاردها کیلومتر از فضا را بپیمایند و تنها برای سقوط به داخل تلسکوپ من و برخورد به شبکیه‌ی چشمم – هیجان‌انگیز بوده است. البته من برتری زیادی نسبت به گاله داشته‌ام، با نقشه‌ها و نرم‌افزارهای ستاره‌ای مدرن که دقیقاً به من نشان داده‌اند کجا را نگاه کنم، اما این امر تنها بر این دستاورد بزرگ تأکید می‌کند که نزدیک به ۱۸۰ سال پیش رخ داده است.

و در مورد ۱۸ دهه‌ی گذشته چه می‌توان گفت؟ جهان بسیار بزرگتر از چیزی است که در سال ۱۸۴۶ تصور می‌کردیم و اکنون می‌توانیم صدها سیاره‌ی شبیه به نپتون را که به دور ستارگان دیگر می‌گردند، بیابیم. ما همچنین هزاران جرم دیگر را که فراتر از نپتون به دور خورشید می‌گردند، از جمله پلوتو، کشف کرده‌ایم. این کار تقریباً به امری معمول تبدیل شده است. در مورد خود نپتون، ما آن را با مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های فضایی رصد کرده‌ایم و حتی کاوشگر فضایی وویجر ۲ را برای پرواز از کنار این سیاره‌ی غول‌پیکر مرموز فرستاده‌ایم که به ما این امکان را می‌دهد تا مجموعه عجیب و غریب اقمار و الگوهای آب و هوایی آن را از نزدیک ببینیم.

مجله‌ی ساینتیفیک آمریکن نیز در این مسیر حضور داشته است. نخستین شماره‌ی آن در اوت ۱۸۴۵، تقریباً همزمان با کشف آخرین سیاره‌ی اصلی شناخته‌شده‌ی منظومه‌ی شمسی منتشر شد. پژوهشگران در طول ۱۸۰ سال گذشته گام‌های عظیمی در کشف رازهای عمیق‌تر کیهان برداشته‌اند و در این مدت، این مجله نقش مهمی در اطلاع‌رسانی به عموم مردم درباره‌ی یافته‌های آن‌ها داشته است. من مفتخرم که بخشی از این ماجراجویی طولانی‌مدت هستم.

منبع