Miért is láthatta Galilei a Neptunuszt?

De nézzük meg, hogy hogyan is történtek valójában az események!

Az Uránuszt William Herschel 1781 márc. 13-án fedezte fel. Az új bolygót sokan és sokszor figyelték meg, mérték pozicióját, hogy minél pontosabb pályát számolhassanak rá. A 84 év keringési periódushoz viszonyítva rövid megfigyelési idők miatt kezdetben senki sem csodálkozott azon, hogy az előrejelzések nem pontosak. Ahogy azonban az észlelések egyre hosszabb pályaívet fogtak át, egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy nemcsak az extrapoláció zavarhat abban, hogy az Uránusz nincs pontosan az előrejelzett helyen. Többen, köztük Angliában Thomas J. Hussey amatőr csillagász is 1834-ben, felvetették annak a lehetőségét, hogy talán egy eddig ismeretlen bolygó zavaró hatása lehet a jelenség mögött. Hogy ez a felismerés viszonylag hamar megszülethetett, az annak köszönhető, hogy az Uránusz és a Neptunusz 1821-22 környékére együttállásba került, s ahogy egyre jobban megközelítették egymást, az Uránusz mozgására egyre nagyobb hatással volt a Neptunusz (1. ábra: Astronomy 96 szept. 46. old.).

Hogy mennyire a levegőben volt egy addig ismeretlen bolygó feltételezése, arra jellemző, hogy egymásról nem is tudva ketten is nekiláttak a feladat megoldásának. A már meglévő égimechanikai ismeretekre támaszkodva Franciaországban Urbain Jean Joseph Le Verrier, Angliában John Couch Adams próbálta kiszámítani az Uránusz mozgását zavaró tömeg nagyságát és pályáját, és próbálta meg előrejelezni, hogy hol is fedezhető az fel. Kettejük között a versenyfutás véletlenül a franciák győzelmável ért véget, és ezt az angolszászok nagy sikertelenség-élményként élik meg mind a mai napig, nem bocsátva meg a késést okozó közreműködők – leginkább Sir George Biddel Airy angol királyi csillagász – „bűneit”.

Értem persze őket. Azt hiszem azonban, hogy sok más nép is hozhatna számos hasonló példát saját történelméből, amikor is – ellentétben Adams esetével – a világ még később sem tudhatta meg tudósaikról, hogy mekkora zsenik voltak. Olyan gyakran fordulnak ugyanis elő az ilyen esetek, hogy már eszébe sem jut senkinek megírni a történeteket. így az sem derül ki, hogy milyen dicsőségtől, vagy a feltalálások alkalmazásának elmaradása miatt milyen haszontól esett el a kérdéses ország, vagy éppen mekkora hátrány halmozódott fel a következő generáció számára. Ezen utóbbival kapcsolatban elég legyen itt csak a volt szocialista országok számítástechnikában és kibernetikában való lemaradását említeni az 50-es évek ostoba politikai vezetői hozzáállása miatt. Hát ilyen gondolatok ébrednek az emberben Adams kapcsán, ha keleteurópai!

Adams kálváriájának a története röviden a következő. Még 1841-ben tanulmányai idején Cambridge-ben James Challis csillagász professzor révén ismerkedett meg a problémával, és határozta el, hogy ha tanulmányait befejezi, nekilát kiszámolni az ismeretlen bolygó pályáját. Erre 1843-ban sor is került. Challis professzor seitségét kérte, aki Airyhez fordult levélben adatokért. Az adatokat meg is kapták. 1845 nyarára, amikor Le Verrier nekilátott a munkának, Adams már közelítő pozicióval rendelkezett, és szeptember közepére kész volt a részletes pályaszámítással. Jelentkezett vele Challisnál, aki ahelyett, hogy belenézett volna a távcsövébe, vagy javasolta volna a kezdő fiatalembernek, hogy publikálja le eredményeit, elküldte őt Airyhez. Adams háromszor próbálkozott a királyi csillagásznál, de szeptember 23-án Airy Franciaországban tartózkodott, október 21-én pedig reggel is és délután is éppen házon kívül volt, amikor kereste. Ekkor otthagyta Airynek a számolást. Airy válaszolt ugyan, de levelében kérdezett valami lényegtelen dolgot az Uránusz pályájával kapcsolatban, amire Adams – megsértődve, amiért nem fogadták, és nem a munka lényegével foglalkoztak – sohasem reagált. Így nem történt semmi.

Közben 1845. november 10-én megjelent Le Verrier első közleménye a pályáról, 1846 junius 1-én pedig a második közlemény az új bolygó várható pozíciójáról. Junius 23-án Airy meglátta a közleményt, és azt is láthatta, hogy a pozició majdnem teljesen azonos Adamséval. A junius 26-án kelt levelében, amelyet Le Verriernek írt a megfigyelés néhány technikai kérdésével kapcsolatban, azonban Adams munkáját meg sem említette. Le Verrier válaszolt Airynek, aki erre végre elszánta magát, hogy tervet készítsen az új bolygó megfigyelésésre. Miután Greenwichben a legnagyobb távcső is csak 6,7 hüvelykes volt, megbízta Challist Cambridgeben, hogy az ottani 11,7 hüvelykes Northumberland refraktorral álljon neki a keresésnek. Challisnak nem volt jó csillagtérképe az égnek arról a részéről a Capricornusban, és Airyvel együtt nem is hittek Adamsnak, aki 9 magnitúdónál fényesebbnek becsülte az új bolygót (7,8 volt a felfedezés idején!), ezért, amikor július 29-én Challis végre nekilátott a munkának, akkor Airy javaslatára először 11 magnitúdóig egy 10 fok széles és 30 fok hosszú területen minden csillagot lekontrollált a megadott pozíció körül. Ez 3000 csillag megvizsgálását jelentette, és persze nagyon sok időt vett igénybe, s ezzel végérvényesen elveszítették a versenyt.

Az angoloknak lett volna még egy harmadik lehetőségük, azonban ezt is kihagyták. Augusztusban ugyanis John Herschel, Sir William Herschel fia, Anglia vezető csillagászainak egyike, meglátogatta amatőr csillagász barátját, William Rutter Dawest Liverpool közelében, és elmesélte neki a várható eseményeket. Rábeszélte, hogy ő is próbálja meg megkeresni az új bolygót 6 hüvelykes refraktorával. Dawes maga nem kezdett bele a keresésbe, de szeptember elején írt barátjának, William Lasselnek, hogy 24 hüvelykes reflektorával próbálja meg megkeresni a bolygót, amely a korong alakú kép alapján az ő nagy távcsövével talán könnyen megtalálható. A levél azonban sajnos valahova elkeveredett Lassell lakásában, s mire újra megkérdezte volna az előrejelzett pozíciót Dawestől, addigra a Times 1846 október 1-i száma már közölte, hogy „Le Verrier bolygóját felfedezték”.

Le Verrier ugyanis 1846 augusztus 31-én elküldte eredményeit a párizsi obszervatóriumnak, s miután – ugyanúgy mint Angliában – ott sem történt semmi, elveszítve türelmét szeptember 18-án levelet írt a berlini királyi obszervatóriumba az általa ismert Johann Gottfried Gallenak felajánlva a kiszámolt poziciót. Galle szeptember 23-án kapta meg a levelet, azonnal engedélyt kért Johann Franz Encke igazgatótól a 9,5 hüvelykes, kitűnő Fraunhoffer refraktor használatára, és még aznap este Heinrich d’Arrest fiatal észlelővel megkezdte a munkát. Ők azonnal a megadott pozícióra álltak, és a korongszerű megjelenés alapján kezdték keresni a bolygót. Miután azonban nem találták, d’Arrest javaslatára egy éppen elkészült új, jó csillagtérkép alapján keresték azt tovább, úgy, hogy Galle mozgatta a távcsövet, diktálta d’Arrestnek az éppen a látómezőbe lépett csillag rektaszcenzióját, d’Arrest pedig a térképen ellenőrizte. Kevesebb, mint fél óra alatt egy 8 magnitúdós objektumot találtak a 22 óra 53 perc 25 másodperc rektaszcenziónál, amely nem volt rajta a térképen (2. ábra: Sky and Telescope 96 szept. 43. old).

Másnap este Galle újra leellenőrizte az objektumot, látta, hogy tényleg elmozdult, tehát bolygó, így szeptember 25-én a következő szövegű levelet küldte Le Verriernek: „A bolygó, amelynek pozícióját Ön megadta, létezik…. Engedje meg, hogy gratuláljak tisztelettel Önnek a brilliáns felfedezéshez, amellyel Ön a csillagászatot gazdagította”. S mi tegyük hozzá, hogy a gazdagításhoz egyenrangúan hozzájárult Galle és d’Arrest is.

A történetet 133 évvel később folytatjuk, amikor is megjelent a Sky and Telescope 1979. márc-i számának 220. oldalán Steven C. Albers cikke arról, hogy melyik bolygó mikor takarta illetve takarja el a másikat. Albers 1570 és 2223 közötti 650 éves időszakra 21 ilyen esetet talált (I. Táblázat). Erre az Albers féle táblázatra az 1613-as Jupiter-Neptunusz fedés miatt felfigyelt Charles Kowal, aki felfogta, hogy ez milyen szerencsés véletlen. Ebben az időben ugyanis közvetlenül a távcső feltalálása után, Galileo Galilei a Jupiter holdjainak felfedezését követően nagyon sok megfigyelést végzett annak érdekében, hogy a holdak keringési idejét pontosan meghatározza. Gyakorlati hasznosításra gondolt ugyanis, mégpedig a holdak pozícióját a hajózás megkönnyítésére a földi hosszúság meghatározására vélte felhasználhatónak. Ezügyben hosszasan levelezett is a spanyol királyi udvarral. Megfigyelései két nagy füzetet töltenek meg, s ezek most is megvannak Firenzében.

Kowal úgy okoskodott, hogy ha 1613 elején a Jupiter elfedte a Neptunuszt, akkor 1612 végén, 1613 elején Galileinek a távcsövében látnia kellett a Neptunuszt, és esetleg feljegyzéseiben még meg is említheti. Poziciója pedig nagyon fontos lenne, miután 1846. szept. 24-i felfedezése óta a Neptunusz még nem járt végig egy teljes pályát a Nap körül, hiszen a keringési ideje 165 év.

A Nature 287-es kötetének 311. oldalán megjelent, S. Drake-el közösen írt cikkében C. Kowal ismerteti, amit Firenzében találtak. Kiszámolták, hogy ha Galilei távcsövének látómezejét 17 percesnek tételezik fel, akkor 1612. dec. 28 és 1613. jan. 28-a között a látmezőben Galileinek látnia kellett a Neptunuszt. Ezen időszak alatt Galilei 13-szor észlelt, és közülük 2 alkalommal regisztrálta is a Neptunuszt, mint a háttér egyik „csillagát”, mégpedig 1612. dec. 28-án és 1613. jan. 28-án. A többi 11 alkalommal (1613. jan. 2,3,5, 20,21,22,23,24,25,26,27-én) nem tett róla említést, ami igazából nem nagyon érthető.

Az 1612. dec. 28-i megfigyelés rajza az 3. ábrán látható (Galilei emlékkönyv). A 15 óra 46 perc idő azt jelenti, hogy Galilei déltől mérte az időt, ezért van a rajzon dec. 27-i dátum. A Jupiteren és holdjain kívül pontozott vonallal megjelölt egy csillagot, amely valójában a Neptunusz volt, és odaírta, hogy „fixa”, azaz „álló csillag”. Az a tény, hogy pontozott vonallal rajzolta, és a lap szélén jelezte, azt jelentheti, hogy a helye már nem fért rá a füzet papírjára, de abban az irányban kellett volna rajzolni. Számítások utólag igazolták ezt az irányt (4. ábra: Nature Vol.287, 312. old. Fig. 3).

Az 1613. jan. 28-i megfigyelés (5. ábra: Galilei emlékkönyv) érdekesebb egy megjegyzés miatt. Mint azt Francesco Bertola a Le osservazioni di Galileo del pianeta Nettuno c. cikkében írja (amely az ” Atti delle Celebrazioni Galileiane 1592-1992″ II. kötetében jelent meg, 283. old., LINT Trieste, 1995), az ábrát szemlélve az embernek az az érzése, hogy Galilei mindent igen nagy pontossággal le akart írni.

A holdak távolságát Jupiter-sugár egységben számmal odaírta a holdak mellé. Külön megadta a skálát, és latinul odaírta, hogy 24 félátmérőnyi az egység. A Jupiteren és holdjain kívül feltüntetett még két csillagot is „a” és „b”-vel jelölve őket. „a”-t összekötötte a Jupiterrel, és ráírta, hogy 29 a távolság az „a” és a Jupiter között. A „b” csillag nem fért a füzetlapra, de rajta van az „a”-Jupiter vonalon, és külön felrajzolta alul az „a”-„b” távolságot, és még rá is írta, hogy 3,75 Jupiter-sugár. Ez az ábrán lévő méretarányból számolva körülbelül 1 ívperc. Érdekes megjegyzést fűzött hozzá magán az ábrán: „az „a” csillag alatt van a „b” csillag ugyanabban a vonalban, amelyet az előző éjszaka megfigyeltem, de a távolságuk változott”. Azért érdekes ez a megjegyzés, mert egyrészt arra utal, hogy előző nap is látta a Neptunuszt, amikor pedig nem tett megjegyzést rá a füzetben; lehetett tehát ilyen eset a felsorolt 11 napon többször is. Másrészt azért, mert felfogta, hogy elmozdult a két „csillag” egymáshoz képest. Ha felismeri, hogy egyikük bolygó, és megfigyeli, hogy melyik mozog, övé lehetett volna a Neptunusz felfedezésének a dicsősége. A Neptunusz mozgásában bekövetkező változások megfigyelése esetleg később az Uránusz felfedezésére vezethetett volna. De nem fogta fel, nem követte tovább, s a Neptunusz elhagyta távcsövének a látómezejét.

(„Nem azé a nyúl, aki meglátja, hanem azé, aki megfogja”, mondja a magyar, és így a felfedezés dicsősége a precíz németeké lett, igaz, rávezetéssel, amit az angolokhoz hasonlóan szintén tehetetlenkedő kortársaival elégedetlen Le Verrier nyújtott nekik azzal, hogy megírta, hogy hova kell lőni, ha nyulat akarnak fogni. És ők lőttek precizen, jó puskával, azonnal, ahogy szoktak.)

A modern csillagkatalógusokból azonosítható Galilei „a” csillaga: ez a SAO119234 7,1 mg-s csillag. Galilei pozíciója tökéletes. Az 1613. jan. 28-i ábrán a „b” „állócsillag” a Neptunusz. Az iránya ennek is tökéletes a most ismert pálya visszaszámolása alapján, de kétszer olyan messze kellett, hogy legyen „a”-tól, mint ahogy az ábrán Galilei jelezte (6. ábra: Nature Vol.287, 312. old. Fig. 5).

{mosimage}

Hogyan sikerülhetett Galileinek közvetlenül a távcső feltalálása után ilyen pontos méréseket végrehajtania? Most megint Bertolát idézzük a Galilei emlékkönyvekből. Más megfigyelésével kapcsolatban írta le egyszer Galilei, hogy hálót használt, amit kívül helyezett rá a távcsőre az objektív közelében. Egyik szemével az optikán nézett át, másik szemével a hálót nézte, és a két kép az agyában állt össze egyetlen képpé. Ha milliméteres távolságban voltak a szálak, akkor távolítva vagy közelítve a hálót éppen a Jupiter sugarát mérhette a szálak távolsága. Ilyen zseniálisan oldotta meg a pontos mérés problémáját!

S ha ennyire precízen dolgozott Galilei – s a többi pozíció is ezt igazolja – akkor a kétszeres eltérést az „a” és a „b” csillag távolságában akár komolyan is lehet venni. Lehetséges, hogy ez nem mérési hiba, hanem valóban reális eltérés – gondolta Kowal. Miután a Neptunusz 1846. évi felfedezése óta még nem futott be egy teljes pályát a Nap körül, nem biztos, hogy ezen nem teljes pálya alapján levezetett pályaelemek elég jók ahhoz, hogy megfelelő efemeriszeket adjanak 1613-ra, annál is inkább, mert pontosabb mérések csak 1910 után készültek. De 1 ívperces eltérés lehet reális is – például egy másik bolygó zavaró hatása miatt. Ezt a lehetőséget vetette fel Standish a Nature 290-es kötet 164. oldalán 1981-ben megjelent megjegyzésében. Szerinte néhány földtömegnyi, a Plútón-túli bolygó okozhat ekkora eltérést. Jó lenne tudni, hogy Galilei csak jelezni akarta „a” és „b” létét a füzetben, vagy méretarányosan rajzolta távolságukat. Ezt azonban, sajnos, már soha nem tudhatjuk meg.

Az Albers táblázat 1702. szept. 9-ére is együttállást jelez a Jupiter és a Neptunusz között. Miután a Jupitert sokan és sokszor megfigyelték, előfordulhat, hogy ebből az időszakból előkerülnek még megfigyelések, ami nagyon fontos lenne. A Galilei megfigyelésekhez hasonlóan ezeknek is lenne tudományos jelentőségük, és nemcsak tudománytörténetileg lennének érdekesek.

Irodalom
Steven C. Albers, Mutual occultations of planets: 1557 to 2230.
Sky and Telescope 1979. márc. 220-222. old.
Francesco Bertola, Le osservazioni di Galileo del pianeta Nettuno.
Atti delle Celebrazioni Galileiane (1592-1992) II. 283. old. LINT, Trieste, 1995.
Charles T. Kowal, Stillman Drake, Galileo’s observations of Neptune.
Nature 287, 311-313. old, 1980. szept. 25.
Patrick Moore, The hunt for Neptune.
Sky and Telescope 1996. szept. 42-43. old.
E. Myles Standish Jr. Nature290, 164-165. old, 1981. márc. 12.
William Sheehan, Richard Baum, Neptune’s discovery 150 years later.
Astronomy 1996. szept. 42-49. old

I. Táblázat: A bolygók kölcsönös fedése 1557 és 2230 között Albers féle táblázat (Sky and Telescope 1979. márc. 220. old.)

II. Táblázat: A Neptunusz felfedezésének krónikája:
William Sheehan, Richard Baum (Astronomy 1996. szept. 43. old.) és Patric Moore (Sky and Telescope 1996 szept. 42. old.) nyomán

III. Táblázat: A Neptunusz felfedezése (1846. szept. 23.) előtti megfigyelések:

A Meteor 1997/3. számában megjelent cikk másodközlése