Alles über Vulkan, einen hypothetischen Planeten zwischen Sonne und Merkur

Für Jahrtausende füllten die mit bloßem Auge sichtbaren Planeten – Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn – das Sonnensystem zusammen mit Sonne, Mond und Erde. Aber als die wissenschaftliche Revolution zur Entdeckung von führtedie "unsichtbaren" Planeten Uranus und Neptun im 19. Jahrhundert, begannen Wissenschaftler auch zu glauben, dass mindestens ein weiterer Planet um die Sonne lauerte, und dieser war sogar noch näher: der Planet Vulkan, von dem angenommen wurde, dass er irgendwo zwischen Merkur und der Sonne kreist.

Die Suche nach dem Planeten Vulkan im 19. Jahrhundert war eine der hartnäckigsten wissenschaftlichen Bestrebungen dieser Ära, aber in der Neuzeit ist sie weitgehend in Vergessenheit geraten. Was veranlasste Wissenschaftler, danach zu suchen? Warum dachten sie, dass es so wardort? Und was brachte sie schließlich dazu, die Jagd aufzugeben?

Wie Isaac Newton die Astronomie des Unsichtbaren revolutionierte

vor Isaac Newtons Entdeckung der Gravitationsgesetze, Astronomen konnten nur identifizieren, was sie mit bloßem Auge oder durch ein Teleskop sehen konnten.

Die Existenz der sichtbaren Planeten d. h. derjenigen, die mit bloßem Auge sichtbar sind ist seit der gesamten aufgezeichneten Geschichte bekannt, und die Erfindung des Teleskops normalerweise zugeschrieben Hans Lippershey 1608, aber erst ein Jahr später von Galileo zum Himmel gerichtet offenbart noch kleinere Objekte wie die Monde von Jupiter und das größte Asteroiden im Asteroidengürtel, wie Pallas und Ceres.

Aber Newtons Arbeit drehte das Sonnensystem und die Beziehungen zwischen den darin enthaltenen Himmelskörpern in mathematische Wechselwirkungen. Dies ermöglichte es den Astronomen, mithilfe wohldefinierter Formeln Vorhersagen über Planeten, Kometen und andere Objekte zu treffen.

Noch besser für Astronomen, weil Objekte Gravitation ausübten, egal ob Sie wussten, dass sie da waren oder nicht, Fälle, in denen die Mathematik nicht aufging, wurden noch wichtiger als wenn sie es taten. Wenn Newtons Gravitationsgesetze Ihnen sagten, dass Sie es tun solltenErwarten Sie, dass zwei plus zwei gleich vier sind, aber stattdessen gab Ihnen das Universum eine fünf, dieselben Gesetze bedeuteten, dass etwas, das Sie nicht berücksichtigt hatten, eine Eins beitragen musste.

Wenn die Umlaufbahn eines Planeten oder Mondes auf die Gravitation angewendet wird und die Umlaufbahn eines Planeten oder Mondes dank der Newtonschen Gesetze vorhersagbar ist, die Beobachtungen jedoch nicht mit dem übereinstimmen, was Sie anhand dieser Gesetze erwartet haben, dann muss etwas anderes zusätzliche Gravitation auf das System ausüben.

Dies ermöglichte Astronomen, auf die Existenz von Objekten zu schließen, die sie nicht sehen konnten, indem sie ihre beobachtbaren Auswirkungen der Schwerkraft auf ein anderes Objekt maßen. Auf diese Weise wurde 1846 der achte Planet, Neptun, entdeckt.

Entdeckung des Planeten Neptun

Nachdem William Herschel 1781 den Planeten Uranus mit Hilfe eines Teleskops entdeckt hatte, nutzten Astronomen Newtons Bewegungsgesetze, um die genaue Umlaufbahn des neuen Planeten zu kartieren. Im Laufe der Jahre kam es jedoch zu einer Diskrepanz zwischen der vorhergesagten Umlaufbahn von Uranus undseine tatsächliche, beobachtete Umlaufbahn begann sich abzuzeichnen.

Entweder funktionierten Newtons Gesetze in großen Entfernungen von der Sonne anders eine Idee, die damals von fast allen abgelehnt wurde oder etwas störte die Umlaufbahn von Uranus. Und angesichts der immensen Größe von Uranus musste dieses Etwas ruhig gewesen seingroß.

Dies löste eine mathematische Suche nach einem verborgenen achten Planeten in der Nähe von Uranus aus. Dem französischen Astronomen Urbain Le Verrier wird schließlich die Bestimmung der Position des damals unbekannten Planeten zugeschrieben. Schließlich schickte er im September 1846 einen Brief mitdie Position des Planeten an Johann Galle an der Berliner Sternwarte und machte dann eine visuelle Bestätigung des Planeten Neptun mit dem Refraktärteleskop der Sternwarte.

Obwohl es einige Kontroversen über die Entdeckung von Le Verrier gibt, hat der englische Astronom John Couch Adams gleichzeitig unabhängig eine weniger genaue, aber ähnliche vorhergesagte Position für den Planeten ausgearbeitet. Er veröffentlichte seine Ergebnisse jedoch erst, nachdem Galle dies bestätigt hatteLe Verriers Werk – sogar Adams erkannte die Priorität von Le Verrier an bei der Entdeckung von Neptun.

Diese Erkenntnis verlieh Le Verriers Aussage zweifellos erhebliches Gewicht, als er 1859 dieselbe mathematische Technik verwendete, um zu versuchen, eine ähnliche Störung in der Umlaufbahn des Merkur zu erklärenDie Sonne soll durch das grelle Licht der Sonne verborgen gewesen sein, aber groß genug, um die Umlaufbahn von Merkur zu stören.

Das Taumeln des Merkur und die Suche nach dem Planeten Vulkan

„Vulkan ist bemerkenswert, weil die Idee dieses kleinen Körpers in der Umlaufbahn des Merkur absolut sinnvoll ist“, Tom Levenson, Professor für wissenschaftliches Schreiben am Massachusetts Institute of Technology, erzählt National Geographic im Jahr 2015.

"Wenn du glaubst Isaac Newtons Gravitationstheorie, was zu dieser Zeit jeder tut, hat die Entdeckung eines leichten Wackelns in der Mitte der Merkurbahn, das nicht durch das Ziehen der Venus oder der Erde erklärt werden kann, nur eine Interpretation: Es muss einen unentdeckten Planeten oder Schwarm von Planeten gebenAsteroiden, die wir nicht sehen können, weil sie zu nah an der Sonne sind, aber einen gewissen Gravitationseinfluss auf Merkur ausüben müssen."

Diese neue Theorie für das Schwanken der Umlaufbahn von Merkur löste in der zweiten Hälfte des 19sich.

Die erste dieser „Sichtungen“ kam von einem französischen Amateurastronomen namens Edmond Modeste Lescarbault im Jahr 1859. Lescarbault arbeitete von seinem provisorischen Observatorium in einer Scheune in seinem Hinterhof aus, richtete sein Teleskop auf die Sonne und sah etwas, das wie ein winziger runder Planet aussahdie Sonne durchquert.

Lescarbault zeichnete seinen Fortschritt auf und schickte seine Daten schließlich an Le Verrier, den damaligen Direktor des Pariser Observatoriums, nachdem er einen Artikel von Le Verrier über das Problem der Merkurbahn gelesen hatte.

„Le Verrier ist auf einer Silvesterparty, als er den Brief bekommt und zu Lescarbaults Haus marschiert“, erklärt Levenson, „was eine Zugfahrt und dann einen 12-Meilen-Spaziergang einschließt, um ihn zu verhören.

"Le Verrier ist überzeugt, dass Lescarbault wirklich gesehen hat, was er gesehen zu haben behauptet, und dass die richtige Interpretation darin besteht, dass dies ein Transit eines Planeten ist. Es ist nicht klar, wer ihn zuerst benannt hat, aber er wurde schnell als Vulkan bekannt."

Die Kombination aus Le Verriers Ruf und verschiedenen populären Berichten über „Sichtungen“ des nicht existierenden Planeten überzeugte fast jeden davon, dass Vulkan nicht nur ein echter Planet war, sondern auch durch Beobachtung bestätigt wurde.

„In vielen Kreisen herrschte der Glaube, dass es einen Planeten gibt, der zwischen Merkur und der Sonne liegt, aber normalerweise im grellen Licht der Sonne verloren geht.“ sagte Daniel Kennefick, Professor für Physik an der University of Arkansas und Autor von Kein Schatten des Zweifels: Die Sonnenfinsternis von 1919, die Einsteins Relativitätstheorie bestätigte.

„Einige Leute dachten, sie hätten Vulcan während totaler Sonnenfinsternisse gesehen, und es war sehr üblich, bei diesen Ereignissen nach Vulcan zu suchen, weil die Blendung der Sonne eliminiert wurde, sodass Sie eine viel bessere Chance hätten, jeden möglichen Planeten zu sehen.“

Angesichts der Ära gab es wenig Grund, an der Entdeckung zu zweifeln, da sie in die vorherrschende Sichtweise des Universums passt, die durch Newtons Gravitationsgesetze bereitgestellt wird.

„Das Wackeln von Merkur muss durch eine Quelle von Gravitationsenergie verursacht werden“, sagte Levenson. „Es gab keine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken. Fakten an sich bedeuten nichts, es sei denn, Sie haben einen Rahmen, um sie einzufügen.Und der Rahmen waren die Newtonschen Gesetze."

Fakten über Vulkan auch wenn es ihn nicht gibt

Für einen Planeten, der nicht existierte, waren die Menschen im 19. Jahrhundert einigen ziemlich konkreten Vorstellungen über Vulkan verpflichtet.

Für seinen Teil sollte angemerkt werden, dass Le Verrier nie definitiv behauptet hat, dass ein Planet die Umlaufbahn von Merkur stört. Er hat tatsächlich dachte, dass ein Asteroidengürtel oder sogar mehrere kleinere Planeten waren genauso wahrscheinlich, wenn nicht sogar noch wahrscheinlicher.

Die Menge an Masse, die benötigt wird, um das Wackeln von Merkur zu erzeugen, wäre fast gleich der von Merkur selbst, und daher schien es nicht wahrscheinlich, dass Astronomen einfach einen anderen Planeten von Merkurgröße übersehen hatten, der die Sonne umkreist. Das heißt, es konnte nicht geschrieben werdenauch nicht, da seine Umlaufbahn vollständig innerhalb der Merkurbahn gewesen wäre. A Der Planet innerhalb dieser eingeschränkten Umlaufbahn würde leicht durch das blendende Licht der Sonne verloren gehen.

Und als Le Verrier Lescarbaults Daten über den angeblichen Transit von Vulkan im Jahr 1859 sah, war er so überzeugt von der singulären Planetentheorie, dass er die „Entdeckung“ von Vulkan im Jahr 1860 ankündigte, basierend auf seinen eigenen Berechnungen und den Beobachtungen von Lescarbaultals Bestätigung.

Lescarbaults Beobachtung und die Aufzeichnungen, die er darüber führte, lieferten wichtige Daten für Le Verrier, um zu versuchen, die Umlaufbahn von Vulkan, die Entfernung von der Sonne und andere Eigenschaften zu bestimmen.

Aus diesen Daten berechnete Le Verrier eine ungefähr kreisförmige Umlaufbahn für den Planeten. Er schätzte Vulkans Entfernung von der Sonne auf etwa 13 Millionen Meilen. Merkur hat die exzentrischste Umlaufbahn aller Planeten des Sonnensystems, aber bei seiner größten Annäherung an die Sonne am Perihel sind es etwa 28,5 Millionen Meilen. Dies würde Vulkan knapp unter der Hälfte der Entfernung von der Sonne als Merkurs nächste Annäherung bringen.

Le Verrier errechnete eine Umlaufzeit von etwa 19 Tagen und 18 Stunden mit einer Umlaufbahnneigung von etwa 12 Grad und 10 Minuten relativ zur Ekliptik. Und laut Le Verrier betrug Vulcans weiteste Elongation etwa acht Grad. Das wäre nicht der Fallweit genug von der Sonne entfernt sein, um ihrem Glanz zu entgehen, selbst in der Dämmerung, sodass die einzige Hoffnung, sie zu sehen, während einer Sonnenfinsternis gewesen wäre oder während eines Sonnendurchgangs . Angesichts der schnellen Umlaufzeit rechnete Le Verrier mit zwei bis vier Transiten von Vulkan pro Jahr.

Le Verrier unternahm mehrere Versuche, einen Transit von Vulcan vor seinem Tod im Jahr 1877 vorherzusagen, aber keiner kam zustande. Da andere behaupteten, einen Transit von Vulcan zwischen 1860 und 1877 gesehen zu haben, verfeinerte Le Verrier seine Berechnungen der Umlaufbahn von Vulcan weiter, in der Hoffnung, einen Transit vorherzusagen, der schlüssig beweisen würde, dass der Planet existiert.

Jenseits von Le Verriers Berechnungen gab es nicht viel mehr, was irgendjemand mit Gewissheit über einen Planeten sagen konnte, der schließlich nicht wirklich existierte. Er wäre jedoch heiß und felsig gewesen. Obwohl es damals niemand wussteWie heiß Merkur damals wirklich war, wurde Vulkan auf jeden Fall treffend benannt. Hätte es ihn gegeben, wäre er wesentlich heißer gewesen als Merkur, weil er mehr als doppelt so nah an der Sonne war wie Merkur. Dies könnte der Grund für einige Beobachter gewesen seinder behauptete, Vulcan während einer Sonnenfinsternis gesehen zu haben, behauptete, er habe einen rötlichen Farbton.

Doch die Tatsache, dass niemand in der Lage war, den intermerkurischen Planeten zuverlässig zu identifizieren, selbst mit einigen der fortschrittlichsten Beobachtungsgeräte der damaligen Zeit, deutet stark darauf hin, dass ein solcher Planet, wenn er existierte, nicht so massiv wie Merkur gewesen sein könnte.

„Unserer Meinung nach“, Forscher des Lick Observatory am Mount Hamilton, Kalifornien, geschrieben 1909, „die Arbeit der drei Crocker-Expeditionen, die Finsternisse von 1901, 1905 und 1908 zu beobachten, bringt die Beobachtungsseite des intermerkuriellen Planetenproblems ... definitiv zu einem Abschluss. Es wird nicht behauptet, dass es keine Planeten geben wirdgefunden in der intermerkurialen Region ... aber es wird zuversichtlich angenommen, dass ihre Masse nicht ausreichen würde, um die beobachteten Störungen in der Bewegung des Merkur zu erklären."

Bei so vielen Möglichkeiten, Transite zu beobachten, die sich bestenfalls als fruchtlos oder nicht schlüssig erwiesen, und dem Fehlen einer endgültigen Identifizierung während einer Vielzahl von Sonnenfinsternissen im Laufe der Jahre bis 1879 viele fingen an, an Vulkans Existenz zu zweifeln, aber es würde fast 40 Jahre dauern, bis die Existenz von Vulkan endgültig abgelehnt wurde.

Albert Einstein bringt Vulkan zur Ruhe

Wie sich herausstellte, lag das Problem bei Newtonsche Bewegungsgesetze und Gravitation die ganze Zeit.

Während die Newtonschen Gesetze für ihre Fähigkeit zur Vorhersage von Gravitationseffekten bemerkenswert waren und sind, sind sie nicht das letzte Wort, wenn es um die Schwerkraft geht. Und wann Albert Einstein begann mit der Entwicklung seines Allgemeine Relativitätstheorie , der schwer fassbare Planet Vulkan war sehr stark in seinem Kopf.

"[Für Einstein] war Vulkan längst in den äußersten Halbschatten des Möglichen abgedriftet," Levenson schrieb in Die Jagd nach Vulkan. „Aber jetzt zielte Albert Einstein, der einen Kosmos auf der Grundlage der Relativitätstheorie konstruierte, genau auf den unentdeckten Planeten. Von Beginn seiner Untersuchung der Schwerkraft an erfasste Einstein das entscheidende Entweder/Oder von Vulkans Existenz oder Abwesenheit."

Mehr als ein halbes Jahrhundert lang war die Existenz von Vulkan umstritten, aber es wurde zumindest ernsthaft darüber debattiert. Einstein erkannte daher, dass Merkur ein entscheidendes Testgelände für die Entwicklung seiner Allgemeinen Relativitätstheorie war. Wenn die Relativitätstheorie erklären könntedas Schwanken der Umlaufbahn von Merkur, ohne sich auf Vulkan verlassen zu müssen, es würde nicht nur ein großes Rätsel in der Astronomie und Physik lösen, sondern auch zeigen, dass die Relativitätstheorie Newton und seine Bewegungs- und Gravitationsgesetze bei der Beschreibung des Universums vollständig verdrängt hat.

Die Schlüsselerkenntnis zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestand darin, die Schwerkraft als mehr als eine Kraft zwischen zwei Körpern zu begreifen, wie Newton glaubte, sondern als Folge des „Einsinkens“ von Masse in das „Gewebe“ von etwas, das Raumzeit genannt wird.

"Der Kern der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass Raum und Zeit nicht statisch, sondern dynamisch sind und sich ändern können“, sagte Levenson. „Sie ändern sich durch die Anwesenheit und Bewegung von Materie und Energie. Eine riesige Masse wie die Sonne erzeugt Kurvenin der Raumzeit, was bedeutet, dass die Dinge nicht gerade verlaufen. Ein Lichtstrahl, der nahe an der Sonne vorbeigeht, legt einen gekrümmten Weg zurück."

Wenn es um Merkur und seine Umlaufbahn ging, erklärte dieselbe Kurve in einer dynamischen Raumzeit genau das Wackeln der Umlaufbahn des Planeten, ohne dass ein weiterer Planet zwischen Merkur und Sonne erforderlich wäreProblem des schiefen Perihels von Merkur hat Einstein über Nacht die Notwendigkeit eines Planeten Vulkan ausgelöscht.

„Vulcans Existenz zu widerlegen war von zentraler Bedeutung für Einstein“, sagte Levenson, „weil es zeigte, dass dieses radikale, bizarre neue Bild von ihm, dass Raumzeit fließt, war eigentlich die richtige Art, das Universum zu sehen."

"Merkur wackelt, weil dies der kürzeste Weg ist, den er durch die gekrümmte Raumzeit nehmen kann, der durch diese riesige Delle entsteht, die von der Masse der Sonne auferlegt wird. Ohne gekrümmte Raumzeit braucht man eine andere Masse, um daran zu ziehen. Bei gekrümmter Raumzeit verhält sich Merkurgenau so, wie Einsteins Theorie es vorschreibt."

In den mehr als hundert Jahren seit der Veröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie verschwand der Planet Vulkan aus dem öffentlichen Bewusstsein mit Ausnahme von Star Trek natürlich, aber seine Geschichte ist in den letzten Jahren wieder aufgetaucht, als Wissenschaftshistoriker und Journalisten über das Winzige, Feurige nachdachtenPlaneten, der fast existierte, und seine Bedeutung für die Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Mehr als alles andere erweist es sich jedoch als ein wichtiges warnendes Beispiel für Wissenschaftler auf der ganzen Welt.

„Vulcan lehrt uns, wie schwer es ist zu verstehen, was die Natur uns sagt, wie schwer es ist zu verstehen, wenn die Natur nein sagt“, sagte Levenson. „Die Menschen entdeckten Vulcan immer wieder, weil die Art und Weise, wie sie die Welt sahen, erforderte, dass Vulcan da war“, fügte er hinzu. „Es brauchte Albert Einstein, um den Rahmen bereitzustellen, in dem Vulcan nicht nur nicht existent, sondern unnötig wurde.“