הסיפור הבלתי ייאמן של גילוי כוכב נפטון

27/04/2005 ב- 16:04 | פורסם בהספרייה המדעית | סגור לתגובות על הסיפור הבלתי ייאמן של גילוי כוכב נפטון
תגים: ,

סטודנט אנגלי החליט לעשות את הבלתי ייאמן. מבלי שיהיה ברשותו טלסקופ, ואפילו מבלי שייאלץ לבלות את לילותיו בתצפיות אל השמיים, גמר אומר למצוא כוכב לכת חדש. הוא שלח מכתבים לכל המומחים, אך איש מהם לא השיב לו. כשניסה להיפגש עימם, מצא שהם כבר בעיר אחרת. חרף הקשיים והתקלות לא נכנע הצעיר, עד שלילה אחד החליט אסטרונום גרמני לבדוק על מה נסבה המהומה.


ליל ה-23 בספטמבר 1846 היה בהיר מתמיד. שום דבר שהתנהל באותו יום לא יכול היה להעיד על גדולתו של מועד זה בהיסטוריה האנושית. במצפה הכוכבים של ברלין לא נראתה כל התרגשות ניכרת עת חלפו כוכבי הרקיע לעין הטלסקופ. כל אלה היו כוכבים ידועים המסומנים זה מכבר על מפת השמיים. באותו יום הגיעה איגרת שיועדה לאסטרונום שעבד במקום, ועד אשר שקעה השמש לא ניכרה כל תכונה מיוחדת בהתנהגותו. עתה התבונן זה דרך הטלסקופ ולא ראה דבר חדש מעליו. "נראה שבכל זאת ננסה מחר", הפטיר במין אדישות משעממת כלפי עמיתו שנכח שם. הוא הקציב לעצמו עוד דקה והשניות חלפו כאילו היו שלוש במקום אחת. אך הנה משך את תשומת לבו כוכב קטן שאורו חיוור. הוא מיקד אליו את מבטו אך עלטה החשיכה את עיניו. בבת אחת שפשף אותן ושב להתבונן. הכוכב היה שם, ומאז נתגלה השתנה מדע הפיסיקה לעד.

חמש שנים לפני כן, התהלך בחור צעיר לאורך המסדרונות ומלמל לעצמו: "הגיעה העת לחשוף מי מסתתר מאחורי הכוכב הסוטה". במשך מאות ימים אחרי כן, יאמר זאת לכל אדם שהכיר, ובכל פעם יושבו פניו ריקם. אף על פי כן, לא נח ולא שקט עד אשר הוכחה צדקתו דווקא בידי אחר. דומה שבכל תולדות האסטרונומיה אין סיפור מופלא יותר מאשר גילויו של נפטון, כוכב הלכת השמיני במרחקו מן השמש.

כבר בעת העתיקה היה ידועים מלבד השמש והירח גם ששת גרמי השמיים: מרקורי, נוגה, הארץ, מאדים, צדק, שבתאי (לפי מרחקם מן השמש). האסטרולוגים הקדומים, שהתבוננו במשך לילות רצופים ברקיע, הבחינו כי ישנם כוכבי שבת שהינם קבועים, בעוד כוכבי הלכת נעים בשמיים. בשנת 1781 בדק ו'יליאם הרשל (Frederick William Herschel; 1738-1822) באופן שיטתי את השמיים על ידי חלוקתם לשדות הנראים מבעד לטלסקופ, וכך, בדרך מקרה, גילה כוכב לכת נוסף שיוודע לימים בשם אורנוס. כבר בשנת 1690 הבחינו בו, אך סברו כי מדובר בכוכב שבת. נתברר לעת ההיא, שבמערכת השמש, אורנוס הוא המרוחק ביותר מן השמש, ועם גילויו התרחבו גבולותיה פי שניים. לאחר שנתגלה כוכב הלכת השביעי, שיערו האסטרונומים כי אולי קיימים עוד כמה גופים במערכת השמש שעדיין אינם ידועים.

בשנת 1766 מצא יוהאן טיטיוס (1729-1796 ;Johann Daniel Titius) חוקיות מתמטית לפיה מסודרים כוכבי הלכת במרחקם מן השמש. שש שנים אחרי כן פרסם יוהאן בודה (1747-1826 ;Johann Elert Bode) את החוק וטען לפיו שצריך להימצא כוכב לכת בין מאדים לצדק. ואכן, חגורת האסטרואידים שמקיפה את השמש החלה מתגלה כבר בראשית המאה ה-19. הסברה היא שהאסטרואידים הללו הם שרידי כוכב לכת שהתקיים בעבר, אך התפוצץ מסיבה בלתי ידועה. יש משערים שאולי אלה שיירים של החומר ממנו נוצרו יתר כוכבי הלכת.

כדור הארץ מרוחק מן השמש 149 מיליון ק"מ. מרחק זה נקבע כיחידה אסטרונומית (AU). מכאן שמרקורי מרוחק 0.4 יחידות אסטרונומיות, נוגה 0.7, כדור הארץ 1.0, מאדים 1.6, חגורת האסטרואידים 2.8, צדק 5.2, שבתאי 10.0, אורנוס 19.6. לפי טיטיוס-בודה כל כוכב הבא אחרי מרקורי נמצא במרחק של 0.4 + (0.3x2n), כאשר n הוא מספר המייצג את מיקומו של הכוכב הנתון כלפי השמש ביחס לשאר כוכבי הלכת. בהסתמך על חוק טיטיוס-בודה, הכוכב הבא אחרי אורנוס צריך להימצא במרחק של 38.8 יחידות אסטרונומיות. לפי הנחה זו, החלו אסטרונומים לחפש את גרם השמים המצופה, אולם לא מצאוהו.

בהסתמכו על השפעתם ההדדית של כוכבי הלכת, ניגש האסטרונום הצרפתי, אלכסיי בוואר (Alexis Bouvard; 1767-1843), לערוך לוחות שלפיהם אפשר יהיה לקבוע בכל זמן את מקום הימצאו המדויק של כל כוכב במערכת השמש. בשנת 1821 פרסם בוואר את לוחות מסלוליהם של צדק, שבתאי ואורנוס. אולם בוואר לא יכול היה להיות מרוצה מעבודתו. בעוד שני הלוחות הראשונים נתגלו כנכונים, הרי הלוח של אורנוס היה מוטעה, ונתגלה שוני בין מסלולו האמיתי לבין מסלולו המחושב. בוואר עשה את כל המוטל עליו לפי הכללים שנקבעו באסטרונומיה, לרשותו עמד חומר תצפיתי רב, ולמרות זאת היו התוצאות רחוקות מלהניח את הדעת. באופן לא ברור נתגלתה סטייה חמורה במסלולו של אורנוס לפי התצפיות החדשות. כל ניסיונותיו לפענח את הסטיות בתנועותיו של אורנוס עלו בתוהו. נדמה היה שאורנוס מסרב להישמע לחוקי ניוטון. בסופו של דבר, שיער כי אי הסדירות בתנועת אורנוס נגרמת בשל הימצאותו של כוכב לכת נוסף מעבר לו, שמפעיל עליו כוח משיכה. בטרם עלה בידו לבדוק את הנחתו, נאלץ כדרך כל ברייה, להשיב את נשמתו לבורא בדיוק בעת הלא רצויה עבורו.

שנתיים טרם למותו של בוואר, ישב לו בחדר קטן באוניברסיטת קיימברידג', בחור צעיר שנראה שקוע במחשבותיו. זה עתה כתב כמה מילים ועדיין היה מהרהר על משמעותן. שמו היה ג'ון אדמס, סטודנט בן 24, שבתאריך ה-3 ביולי 1841 רשם בפנקסו: "לכשתסתיימנה הבחינות ומיד לאחר שאקבל את התואר, יש להתחיל בחקירת החריגות בתנועתו של הכוכב אורנוס שלא הובהרו עד כה, להשתדל לקבוע האם הסטיות הללו נגרמות על ידי כוכב לכת נוסף, ואם כן, אז יש למצוא את מיקומו ולנסות ולקבוע את מסלולו".

החוקר הצעיר אדמס (John Couch Adams; 1819-1892) לא העלה כלל על דעתו שחוקי ניוטון עלולים להכזיב, אלא סבר שהסיבה לסטיות צפונה ודאי בקיומו של כוכב לכת נוסף מעבר לאורנוס. חוקי ניוטון, חש אדמס, שרירים וקיימים, צריך רק לדעת לנצל אותם לשם גילויו של הכוכב הסמוי מן העין. אדמס העלה את השערתו בפני מורו, ג'יימס צ'אליס (James Challis; 1803-1882), אולם זה לא התייחס ברצינות לכך, והפנה אותו לדבריו של ג'ורג' ארי (George Biddell Airy; 1801-1892), בכיר האסטרונומים באנגליה באותה עת, שהצהיר בגלוי שבמצבו הנוכחי של המדע אין פתרון לבעיית חריגותיו של אורנוס.

לאחר שנתגלה כוכב נפטון, נתברר שגם מסלולו לא תאם בדיוק את חוק הכבידה של ניוטון, ושוב הסיקו האסטרונומים שישנו כוכב-לכת נוסף. הכוכב הוא פלוטו וגילה אותו קלייד ו'יליאם טומבאף (Clyde William Tombaugh; 1906-1997) ב-18 בפברואר 1930, בעזרת תצלומים שנעשו שבועות ספורים לפני כן. הוא השווה בין מערך הכוכבים שצולם ב-23 בינואר ובין זה שצולם ב-29 בינואר, והבחין שישנו שוני במיקומו היחסי של אחד הכוכבים כלפי גרמי שמיים אחרים. מאוחר יותר הסתבר שפלוטו כבר צולם ב-19 במרץ 1915, בשנה בה פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית. התיקונים שהכניס איינשטיין לתורת הכבידה הצליחו להסביר את הסטיות במסלולו של מרקורי… אלא אם יום אחד ייוודע שכוכב-לכת נוסף נמצא בכל זאת בקרבתו ומשפיע עליו, או שמא קיים בטבע כוח נוסף שטרם נחשף.

משום כך ראויה להערצה כפולה החלטתו של הצעיר לנסות לחקור את פשר הדבר. ואמנם משסיים אדמס את בחינותיו, ניגש לעבודתו. הוא התחיל בזה שהעביר תחת שבט ביקורתו את כל החומר שנצטבר עד אז, ואז החל עורך חישובים מורכבים בין דפי פנקסו. לפעמים נדמה היה לו שכבר אינו רואה דבר מבעד למספרים, אך כוח המשיכה של הכוכב הנסתר לא הרפה ממנו. לבסוף הצליח ללכוד ברשת הסמיכה של המשוואות המתמטיות את הנעלם. האשם בכל התסבוכת שנוצרה היה כוכב לכת שנישא לו במרחק עצום מן השמש בדיוק כפי שתיאר לעצמו. בסיימו את החישובים, קבע אדמס לפיהם את המקום בשמיים שבו יוכלו האסטרונומים לראות את הכוכב החדש שהוא עצמו כבר ראה דרך נוסחאותיו.

לאחר מאמצי שכנוע רבים, הצטייד אדמס במכתב המלצה מאת צ'אליס שנותר ספקן, ונסע למצפה הכוכבים בגריניץ'. בהגיעו לשם, ב-22 בספטמבר 1845, נתברר לו שמנהל מצפה הכוכבים, הלא הוא ג'ורג' ארי, אינו בגריניץ', אלא נמצא בפאריס, ועל אדמס יהא לטלטל עצמו בשנית מקיימברידג' בחודש הבא אחרי כן. גם באוקטובר 1845 לא שיחק לו מזלו והוא לא הצליח להתראות עם ארי לאכזבתו המרה. אדמס השאיר עבור ארי את הוכחותיו, אך זה בקרירות לב הציע לו לזנוח את העניין. הזמן חלף ועבר, ואין איש באנגליה שהחל להתעניין בתוצאות המזהירות שאליהן הגיע אדמס בחישוביו, אך המלומד הצעיר לא אמר נואש והמשיך לספר כי יש עוד כוכב במערכת השמש, אך אף אחד לא האמין לו.

בשנת 1846 הציע ארגו (François Jean Dominique Arago; 1786-1853), מנהל מצפה הכוכבים בפאריס, לאחר מעוזריו המוכשרים ביותר, אורבן לה-ורייה (1811-1877 Urbain Jean Joseph Le Verrier), לפתור את בעיות סטיותיו של אורנוס, מבלי שחשד כלל שהעבודה כבר נעשתה באנגליה על ידי אדמס. בשיטתיות ובעקביות מפליאה ניגש לה-ורייה לפתור את השאלה, ואחרי שהרחיק אחת אחר השנייה את כל ההשערות שאפשר היה להעלות על הדעת, הגיע גם הוא למסקנה שאי שם קיים כוכב לכת, הגורם לסטיותיו של אורנוס ממסלולו התיאורטי. שנה תמימה ארכה עבודתו של לה-ורייה, ובסוף אוגוסט 1846 יכול היה כבר להודיע לאקדמיה הצרפתית שהביא את חישוביו לידי סיום. נותרה רק סטייה אחת מחוק המשיכה של ניוטון שלא נמצא לה הסבר, והיא הסטייה שנתגלתה במסלולו האקסצנטרי של כוכב הלכת מרקורי. לה-ורייה סבר שאולי יש כוכב לכת נוסף בין השמש למרקורי, אולם זה מעולם לא נתגלה. למרות זאת הציע לכנותו וולקן.

התפקיד שלה-ורייה נטל על עצמו היה קשה למדי, כי עד אז היו האסטרונומים מחשבים את מסלולי הכוכבים לפי מקום הימצאו של כוכב הלכת ולפי המסה שלו, אולם הבעיה שניצבה בפניו היתה הפוכה, ועד אז לא היתה לו למדע כל הזדמנות לעסוק בה. לה-ורייה נדרש לחשב את המסה, את המסלול, ואת מקום הימצאו של כוכב בלתי ידוע, רק מתוך הידיעה אודות שיעור השפעתו על שכניו במערכת השמש. איך מוצאים אם כן את כוכב הלכת? המסה ניתנת לחישוב על סמך חוק הכבידה, וזאת אם ניתן למדוד את מרחק הירחים מן הכוכב אותו הם סובבים ולעקוב אחר תנועותיהם. חישוב המסות של כוכבים חסרי ירחים מבוסס על ניתוח שיעורי סטיות המסלול שהם גורמים לכוכבי לכת העוברים בקרבתם. על סמך ממצאים אלה מנסים לשער את המסלול של הכוכב, ומתוך כל זאת מסיקים את מקום הימצאו בכל נקודת זמן.

הודעתו של לה-ורייה עוררה התרגשות עזה בעולם המדע. הידיעה הגיעה גם לאנגליה וארי החל מתחרט על חוסר האמון שגילה כלפי חישוביו של אדמס, בן ארצו. ג'ון הרשל (John Frederick William Herschel; 1792-1871), בנו של ו'יליאם הרשל, הציע לו לפנות אל צ'אליס כדי שיאתר את הכוכב השמיני בהתבסס על עבודתו של אדמס, אולם צ'אליס לא הצליח למצוא את הכוכב המבוקש, אולי משום שהשתעמם.

ובינתיים ב-18 בספטמבר 1846, כתב לה-ורייה לעמיתו יוהאן גאלה (Johann Gottfried Galle; 1812-1910) ממצפה הכוכבים בברלין, שהיה מכותב עימו בזו הלשון: כוון את הטלסקופ לנקודה זו וזו של מזל דלי בשמיים ושם תמצא כוכב לכת חדש. המכתב הגיע ב-23 בספטמבר ובאותו ערב התחילו הוא ועוזרו היינריך דיארה (Heinrich Louis d'Arrest; 1822-1875) בחיפושיהם: בזה אחר זה עברו על הכוכבים בנקודה שעליה הצביע לה-ורייה, אולם שום כוכב חדש לא נגלה לעיניהם. והנה לפתע קרא אחד מהם: כן, זה הוא! דרך הטלסקופ אפשר היה להבחין בצורתו המוגדלת במקצת, סימן ההיכר המובהק של כוכב לכת. בכל זאת החליט הלה לחכות עוד יממה ולהיווכח אם אמנם ישנה כוכב לכת זה את מיקומו ביחס לכוכבי השבת. והתצפית, שנעשתה בערב הבא, אישרה במלואה את העובדה שנתגלה כוכב לכת חדש. היתה זו הפעם הראשונה שכוכב נמצא רק על סמך חישובים מתמטיים. כמו כן, נתברר שחוק טיטיוס-בודה היה מקרי לחלוטין ולא התאים למיקומו של נפטון, שנמצא במרחק 30.1 יחידות אסטרונומיות מן השמש.

עד מהרה התפשטה הידיעה המסעירה על פני תבל וב-1 באוקטובר הגיעה גם לאנגליה. כלפי צרפת הוטחה מיד האשמה שלא היתה זו אלא קנוניה מצדה, כדי לפגוע בתשתית המדעית של אנגליה. הוויכוח הסוער שנתגלע בין שתי המדינות העיב במשך זמן רב על ההתפעלות בפני כוח המחשבה האנושית, שידעה לפענח את אחד מסודות הטבע המסובכים ביותר. אדמס נתגלה לא רק כמתמטיקאי מזהיר אלא גם כאדם בעל שאר נפש, כשהתייחס לכל המהומה בלי כל מרירות או כעס. מעולם לא קבל בפני מישהו על חוסר האמון שנתנו בו. הוא ולה-ורייה מעולם לא היו שותפים לאותה מריבה, שניהלו ביניהם כל אותם אלה שפקפקו לפני התגלית ביכולתם לחזות מיקומו של כוכב ללא עזרת טלסקופ.

לקריאה נוספת:

Morton Grosser – The Discovery of Neptune, 1962

מילות מפתח: כוכב נפטון, כוח הכובד, כוח כבידה, כוח הכבידה, גראוויטציה, גרוויטציה, אסטרונומיה

מודעות פרסומת

בלוג בוורדפרס.קום.
Entries וכן תגובות feeds.