اكتشاف نبتون

كوكب نبتون غير مرئي بالعين المجردة كونه شديد الظلمة (الحجم الملاحظ ليس أكثر من 7.7[1]) وصغير الحجم (ذروة الحجم الزاوي 2.4 ثانية قوسية). ولذلك لم تكن ملاحظة نبتون ممكنة قبل اختراع التلسكوب. ثمّة أدلة على مشاهدات سابقة لكوكب نبتون لكل من: غاليليو غاليلي سنة 1613 وجيروم لالاند سنة 1795 و جون هيرتشل سنة 1830، ولكن لا أحد منهم تعرّف على أنه كوكب آنذاك.[2] هذه الملاحظات السابقة للاكتشاف كانت مهمة في تحديد مدار نبتون. وقد يظهر نبتون بشكل واضح أحيانا، لذا فإن أية تسجيلات من تلسكوبات أقدم قد تكون محتملة الصحة.[3]

رسومات غاليليو تظهر أنه قد شاهد نبتون في 28 ديسمبر 1612، ثمّ مرة أخرى في 27 يناير 1613، وفي كلتا المشاهدتين أخطأ غاليليو إذ اعتبر ما رآه نجما ثابتا، حيث ظهر قريبا جدا من كوكب المشتري.[4] تاريخيا، اعتُقد أن غاليليو آمن أن نبتون كان نجما أزرق ثابتا، ولذا لم يكن له فضل في اكتشافه. في أول مشاهدة له في ديسمبر 1612، كان ثابتا في السماء يومها، لأنه كان قد بدأ لتوه دورته التراجعية، ويًعتقد أن حركة نبتون كان بطيئة جدا، وبدا حجمه متناهي الصغر، حتى لم يبدُ كوكبا عبر تلسكوب غاليليو الصغير.[5] لكن في سنة 2009 أعلن الفيزيائي ديفيد جاميسون من جامعة ملبورن عن أدلة جديدة تثبت أن غاليليو كان قد اكتشف فعلا شيئا غير عادي بخصوص ذلك النجم. حيث ذكر غاليليو في إحدى مذكراته حركةَ خلفية النجم (نبتون) في 28 يناير وظهر رسم لنقطة (في موقع نبتون) بحبر مختلف قد تكون رسمت في وقت سابق (ليل السادس من يناير)، مقترحا بحثا منهجيا حول اكتشافاته السابقة. وعلى كل حال، فإنه ليس هناك من دليل واضح على أنه تعرّف على أن تلك الحركة كانت لكوكب، و لا أنه نشر ملاحظاته تلك. ولا دليل على أنه حاول مشاهدته من جديد.[6]

في 1847، قام سيرز س. وولكر من مرصد البحرية الأمريكية، بالبحث في التسجيلات التاريخية والمراقبات عن اكتشافات مسبقة محتملة لكوكب نبتون. ووجد أن تلك الملاحظات المسجلة من طرف فريق عمل لالند في مرصد باريس سنة 1795 كانت تشير إلى جهة موقع نبتون في السماء. في الملاحظات المؤرخة بـ 08 و10 مايو 1795 ذُكر أنه تمت مشاهدة نجم في الموقع الافتراضي المتوقع لكوكب نبتون. وعُلِّمَ الموقع غير المعروف بخانة، وكذا أشارت الملاحظات إلى وجود خطأ في المراقبة، لذا لم يكن إلى وقت تلك التسجيلاتٍ الأصلية َ للمراقبة إعادة مشاهدة تقود إلى تحديد يقينا على أن ذلك الشيء هو كوكب نبتون، و الخطأ في المراقبة كان راجعا إلى كونها تمت على ليلتين مختلفتين تحرك فيها الكوكب في السماء.[7] اكتشاف هذه التسجيلات لموقع نبتون في 1795 قادت إلى حسابات أدق لمدار الكوكب.[8]

اكتشف جون هيرتشل نبتون تقريبا بنفس طريقة والده ويليام هيرتشل الّذي اكتشف كوكب أورانوس سنة 1781، عبر مشاهدة عن طريق المصادفة. وفي رسالة مؤرخة بـ 1846 إلى ويليام ستروف دوّن جون هيرتشل أنه لاحظ كوكب نبتون خلال عملية مراقبة للسماء في 14 جويلية 1830، وبالرغم من أن تلسكوبه كان بالقوة الكافية ليشاهد نبتون كقرص أزرق وتعرف عليه ككوكب بجلاء، إلا أنه أخطأ واعتقده نجما.[9]

في 1871 (تحقق من التاريخ)، كان أندريس جوهان ليكسل أول شخص يحسب مدار أورانوس، ولاحظ أن فيه اختلالات. واقترح أنه قد يكون ثمة كواكب أخرى من المجموعة الشمسية تخلّ بمدار أورانوس مع اعتبار بعد المجموعة الشمسية بـ 100 وحدة فلكية.[10]

في 1821، نشر أليكسس بوفارد جداول فلكية لمدار كوكب أورانوس، مقترحا توقعات لمواضعه المستقبلية معتمدا على قوانين نيوتن للحركة والجاذبية.[11] مراقبات لاحقة أظهرت عدة انحرافات عن الجداول، ما دفع بـ بوفارد لافتراض وجود جسم مخلّ بمدار أورانوس.[12] هذه الاختلالات في كل من نصف قطر المسار و بعده عن الشمس، قد تُفسَّر بعديد الفرضيات: تأثير جاذبية الشمس عبر مسافة كبيرة، قد تختلف عن وصف نيوتن؛ أو قد تكون التناقضات ببساطة مجرد خطأ في المراقبة؛ أو قد يكون أورانوس يتعرض للسحب أو الإخلال بمساره عبر كوكب ثامن غير مكتشف بعد.

في الموقع "a" ، كوكب خارجي يخل جاذبيا بمدار أورانوس ، بحيث يجذبه مباشرة بعيدا عن الموقع المفترض. والعكس في الموقع "b" صحيح، أين يؤخّر التّأثير الحركة المدارية لـ أورانوس.

درس أدامز الاختلالات حين كان لا يزال طالبا، واقتنع بنظرية التأثير.آمن أدامز أنه عكس أي شيء جُرّب من قبل، فإن بإمكانه هو استخدام المعلومات المسجلة عن مراقبة أورانوس واستخدام قوانين نيوتن عن الجاذبية لحساب كتلة وموقع ومدار الجسم المخلّ بمدار أورانوس

جون كوش آدامز

بمفاهيم حديثة، المشكلة هي مشكلة معكوسة، كمحاولة لتحديد خصائص نموذج رياضي عبر معلومات ملاحظَة. على الرغم من أن المشكلة تعد اليوم إحدى أبسط المشاكل الرياضية بعد اختراع الحواسيب، إلى أنه في ذلك الوقت كان الأمر يتطلب العديد من الحسابات اليدوية، لذا بدأ أدامز بتجميع معلومات حول الموقع المتوقع للجسم المفترض، مستخدما قانون بود التجريبي. ثم قام بحساب مسار أورانوس مستخدما الموقع المفترض للجسم المخلّ بالمسار وحسب الفرق بين الملاحظات والمسار المحسوب، أو ما يعرف حديثا بنسبة الارتياب. ثمّ عدّل خصائص الجسم المخل بالمسار معتمدا على نسبة الارتياب، وكرر العملية بطريقة مشابهة للتحاليل التراجعية.

في 13 فبراير 1844، طلب جايمس شاليس مدير مرصد كامبريدج، معلومات عن موقع أورانوس المحسوب من أجل أدامز، من الفلكي الملكي جورج بيدل آيري من المرصد الملكي بغرينتش.[13] و كان أدامز قد أنهى حساباته فعليا في 18 سبتمبر 1845.[13]

من المفترض أن أدامز تواصل مع شاليس بخصوص عمله في منتصف سبتمبر 1845 لكن ثمة إبهاما في طريقة تواصلهما. حيث كُشف عن هذا التواصل عبر رسالة من شاليس إلى أثينيوم مؤرخة في 17 أكتوبر 1846.[14] على أي حال، لم يتم التعرف على أي وثيفة إلى سنة 1904 حيث اقترح سامبسون وثيقة من أوراق أدامز تصف " الكوكب الجديد " وتؤيد الفكرة، مكتوبة بخط يد لا يخص أدامز بملاحظة "مستلمة في سبتمبر 1845 ".[15][14] و على الرغم من أن هذه الوثيقة تدعم أولوية اكتشاف أدامز لنبتون،[16][17] غير أن بعض المؤرخين شككوا في مصداقيتها. معتمدين على كون مصطلح كوكب جديد مصطلحا غير معاصر لسنة 1845،[18] وأن التاريخ كُتب لاحقا عن طريق شخص آخر.[19] و أبعد من هذا، فإن الحسابات في الوثيقة مختلفة عن تلك المسلّة إلى " آيري " بعد أسابيع من ذلك.[14] أدامز لم يعط شاليس أي حسابات مفصلة،[16] وشاليس لم يكن راضيا عن توصيف أدامز لطريقته في التتبع التقاربي لموقع الجسم، ورغبته في بدء برنامج مخبري للمراقبة في المرصد، وقد سجّل شاليس ملاحظته في حين يبدو الجهد مؤكدا، فإن النجاح يبدو غير محقق (بالإنجليزية: "while the labour was certain, success appeared to be so uncertain.")‏.[18]

أوربان جين-جوزيف لو فيريي.

وفي الوقت نفسه، قدم أوربان لوفيريي، في 10 نوفمبر 1845، قدم إلى أكاديمية العلوم في باريس مذكرات حول أورانوس، وبين أن النظرية السابقة فشلت في الاعتبار لحركته.[17] غير عالم بجهد آدمز، أقدم على نفس التحقيقات، وفي يوم 1 يونيو 1846، قدم في مذكراته ثانية المعروضة على الجلسة العامة للأكاديمية، موقع الجسم المشوش المفترض دون كتلة أو مدار. وجد فيرييه نبتون بدرجة واحدة عن موقعه المتوقع.

فور وصول خبر تنبؤ جون لو فيريي إلى إنجلترا، ميّز جورج آيري التشابه بين طريقتي لو فيريي وأدامز. و إلى ذلك الوقت، كان عمل أدامز أكثر بقليل من مجرد فضول ولكن التأكيد المستقل من لو فيريي دفع بـ آيري إلى محاولة سرية لاكتشاف الكوكب.[20][21] في ملتقى يوليو 1846 في جناح الزوار بمرصد غرينتش، التقى آيري مع شاليس بحضور السير جون هيرتشل، واقترح آيري أن يراقب شاليس بعجل الكوكب باستخدام تلسكوب 11.25 بوصة الخاص بكامبردج، "على أمل إنقاذ الوضع من حالة شبه محبطة ".[22] بدأ البحث بطريقة مدروسة في 29 يوليو،[16] فيما تابع أدامز أعماله بخصوص هذا الموضوع، مقدما إلى الفريق البريطاني ستة حلول في 1845 و 1846 [19] ما دفع بـشاليس للبحث في الجانب الخاطئ من السماء. فقط بعد الإعلان عن اكتشاف نبتون في باريس وبرلين، أصبح ظاهرا أن نبتون شوهد في الثامن والثاني عشر من شهر أغسطس، ولكن لأن شاليس افتقر إلى خريطة نجوم حديثة، لم يتمكن من التعرف على الكوكب.[17]

لم يتنبّه لو فيريي إلى أن تأكيده العلني لحسابات أدامز الخاصة كان قد حرّك بحثا بريطانيا عن الكوكب المزعوم. في 31 أغسطس، قدّم لو فيريي مذكرة ثالثة، أبرز فيها كتلة ومدار الجسم الجديد. لكن من دون التمكن من إثارة انتباه أي من علماء الفلك الفرنسيين حول الموضوع، قام لو فيرييه بإرسال نتائجه الأخيرة عبر البريد إلى جوهان غوتفريد غال في مرصد برلين. غال استلم رسالة لو فيريي في 23 سبتمبر وشرع فورا في العمل على مراقبة الموضع المقترح من طرف لو فيرييه. اقترح هنريتش لويس داريست تلميذُ غال مقارنة مخطط سماوي جديد لمنطقة توقع لو فيرييه مع المخطط الحالي للسماء، لمعرفة خاصية تغير الموقع للكوكب مقابل ثبات النجم.

اكتُشف نبتون بُعيد منتصف الليل[13]، بعد أقل من ساعة من البحث وأقلّ من درجة واحدة عن الموقع الّذي افترضه لو فيريي. بعد ليلتين أخر من المراقبة والتحقق من موضع وتحرك نبتون، ردّ غال على لو فيريي باستغراب: " الكوكب الّذي [ حسبت ] موقعه، موجود بالفعل ". كان التلسكوب المستخدم مستويا، مرتكزا على عاكس أكروماتيكي من شركة جوزيف فرانهوفر ميرزا ند ميهلر.[23]

مع إعلان الاكتشاف، قام هيرتشل شاليس وريتشارد شيبشانكس السكرتير الخارجي للجمعية الفلكية الملكية، بإعلان أن أدامز كان قد حسب خصائص الكوكب وموقعه . آيري أعلن بإسهاب حسابا عن الظروف، وطـُبعت مذكرة أدامز كتقويم للألماناك البحري. على أيّ ٍ، يبدو أن الطبعة املنشورة من قِبل آيري تمّ تعديلها بإضافة " جملة حاسمة " لإخفاء حقيقة أن أدامز كشف عن طول الكوكب وليس عن الخصائص المدارية. نشأ جدال حاد في فرنسا وبريطانيا حول أحقية الفلكيَّين. أُحيط آيري بموجة عارمة من الانتقاد في إنجلترا . أدامز كان شابّا مختلفا عارَض بطريقة طبيعية نشر نتيجة ستؤدي إلى إفساد مسيرته، آيري وشاليس واجها انتقادا واسعا، خاصة من جايمس غلاتشر، لفشلهما في تطبيق دورهما الرئيسي ككاذبين على موهبة شابة. شاليس كان نادما، لكن آيري دافع عما قام به، مدّعيا أنّ البحث عن كوكب لم يكن من مهام مرصد غرينتش، على العموم، دافع عن آيري كاتبو سيرته . وفي فرنسا قوبل الادعاء بامتعاض كبير كونه حطّ من عظمة إنجاز لو فيرييه . قلدت الجمعية الملكية الفلكية لو فيرييه وسام كوبلي في 1846 مكافأة على إنجازاته، دون ذكر أدامز، لكن سمعة أدامز الأكاديمية في كامبريدج، وفي الجمعية، كانت مضمونة. وكنتيجة لهذا الجدل الواسع اشتهر أدامز، فيما دفع بعض الفلكيين البريطانيين إلى الواجهة بفكرة " الفلكيَّين الّذين حلاّ مشكلة كوكب أورانوس كلّ على انفراد " وعزوا إليهما أهمية متساوية في حل المشكلة. لكن أدامز نفسه اعترف بأحقية لو فيرييه وحفظ له حقوقه (دون نسيان ذكر دور غال) في الورقة الّتي قدّمها إلى الجمعية الملكية الفلكية في نوفمبر 1846 : " أنا أذكر هذه التواريخ لمجرد إظهار أن نتائجي جاءت بمجهود فردي، وسابق لنشر نتائج السيد لو فيرييه، وليس بنيّة التشكيك في استحقاقه شرف الاكتشاف، لأن لا شك في أن أبحاثه كانت أول ما نشر إلى العالم، وأوصلت إلى الاكتشاف الفعلي للكوكب عن طريق الدكتور غال، و لا يمكن الانتقاص بفضل الحقائق المذكورة أعلاه بأدنى درجة من أن أحقية الاكتشاف تعود إلى السيد لو فيرييه ." بعدئذ انتهى الانتقاد الواسع الّذي أثاره أدامز ولو فيرنييه، والمثير للتفاؤل في هذه المعمعة كان أنّ كليهما صرّح بحساباته، و أنّهما تمكنا من حساب بعد الكوكب عن الشمس . وبعيدا عن هذا، تم اقتراح أن كليهما نجح في الحصول على الطول بصفة دقيقة تقريبا بفضل "ضربة حظ في التوقيت المداري". هذا الانتقاد تمت مناقشته تفصيليا من طرف دانجون سنة 1946، والّذي أوضح بمخطط ومناقشة أنه خلال حساب المدارات المفترضة لكل من لو فيرييه وأدامز للكوكب الجديد، كانت فعلا شديدة الاختلاف عن تلك الخصائص الحقيقية الخاصة بـ نبتون (ومتشابهة فيما بينهما). كان كلاهما قريبا من نبتون الحقيقي بأخذ الجزء المهم من سنوات دوران نبتون بعين الاعتبار، في الفترة الممتدة بين المراقبة وإجراء الحسابات، والّتي كانت أطول من أي فترة مراقبة وحساب لأي من المدارات المحسوبة ، لذا فإنّه في الواقع كلا الحاسبين اعتمدا مدارا رئيسيا أكبر بكثير من الحقيقة المعروضة ، على أنّ هذا ليس ذا أهمية كبيرة ، و لا أهم خاصية تم الكشف عنها. الكوكب الجديد ، سميّ بادئ الأمر لو فيرييه من طرف فرانسوا أراغو، ولاقى الاسم الحيادي نبتون إجماعا . كان افتراضه الرياضي مفخرة كبيرة ، لكنه أظهر أيضا أن قوانين نيوتن - الّتي شكك فيها آيري – نجحت حتى في حدود النظام الشمسي. لم يحمل أدامز أي ضغينة تجاه يري وشاليس ، واعترف بفشله في إقناع العالَم الفلكي : " أنا لم أتوقع بأي شكل من الأشكال كيف أن فلكيين عمليين كانوا يشغلون مسبقا مراكز مهمة ، يمكنهم أن يولوا نتائج أبحاثي كل تلك الثقة الّتي أوليتها لها أنا نفسي ." على العكس منه ، كان لو فيرييه أكثر حزما وصرامة ، متيحا الفرصة للمؤسسة العلمية البريطانية لوضعه في الترتيب خلف أدامز ، بينما أبدى الفرنسيون بعض التعاطف مع لو فيرييه . في 1874-1876، أدامز كان رئيس الجمعية الفلكية البريطانية عندما قدّم الوسام الذهبي السنوي لـ لو فيرييه .

نبتون سنة 1989

الحكمة المتفق عليها والقائلة بأن اكتشاف نبتون يجب أن " تسجّل باسم كلّ من أدامز ولو فيرييه " تمّ تحدّيها حديثا ، و وضع حسابات آيري شاليس وأدامز سنة 1846 تحت دائرة الشك. في سنة 1999، مراسلات أدامز مع آيري الّتي فُقدت من مرصد غرينتش ، تمّ العثور عليها بين ممتلكات الفلكي أولين ج إجين بعد وفاته. و في حوار سنة 2003، خلُص المؤرخ نيكولاس كولرستروم إلى أن ادعاء حساب أدامز لموقع نبتون ، كان أضعف بكثير من أن يقترح ، كونه كان مترددا باستمرار في تحديد موقعه الدقيق ، ومع تقدير خاطئ بنبة 20 درجة . كان دور آيري، حسب كولرستروم، تعظيم أدامز و بالتالي "بريطانيا " في هذا الاكتشاف . تقرير علمي أمريكي لـ شيهان، كولرستروم وووف صرّح بشكل فاضح : " البريطانيون يسرقون نبتون " وانتهوا إلى " الإنجاز كان يخص لو فيرييه وحده ".

التلسكوب في مرصد برلين (1835 - 1913) الّذي اكتشف نبتون بواسطته ، كان عاكسا أكروماتيكيا من 9 إنشات باريسية (ما يساوي 9.6 إنشا بريطانيا أو 24.4 سنتيمترا)، فتحته مصنعة من شركة جوزيف فرانهوفر ، ميرز اند ميهلر. كان تلسكوبا ذا أداء عال ٍ في عصره ، مع واحدة من أوسع المرايا المزدوجة المتوافرة وأنعم عدسة مصنّعة ، مع نظام تزامني يدير القضيب الأساسي بطول أربعة أمتار (13.4') مع دوران الأرض. حديثا تمّ نقل التلسكوب إلى المتحف الألماني في ميونيخ. حيث لا زال من الممكن رؤيته في القرن الحادي و العشرين كمعروضة.

• بوابة المجموعة الشمسية
• بوابة علم الفلك
• بوابة الفيزياء
• بوابة المملكة المتحدة