Uusia planeettoja, pikkuplaneettoja ja kuviteltuja planeettoja

Niklas Hietala:

Uranus ja Neptunus ovat aurinkokuntamme kaukaisimmat jättiläisplaneetat. Niitä ei tunnettu antiikin aikana, vaan ne löydettiin, ja niiden löytäjä voidaan jopa nimetä. Yhdessä vaiheessa planeettoja aurinkokunnassamme oli runsaasti ja etsimisestä huolimatta yhtä epäiltyä ei edes löydetty.

Ruotsin poliisin tunnetuin epäonnistuminen on Olof Palmen murhan selvittäminen. Se pysyi vuosikymmenien ajan ratkaisemattomana. Kun syyttäjä vuonna 2020 sulki tutkinnan, koska todennäköisin tekijä oli kuollut, ei moni vieläkään ollut vakuuttunut, että pääministerin murha oli todella selvitetty. 

Kuinka paljon pahempi tilanne olisikaan ollut, jos Palmen murha olisi ollut poliisin ainoa tutkittava tapaus ja jos sen olisi ratkaissut poliisia nopeammin joku ulkopuolinen? Näin oikeastaan kävi Taivaalliselle poliisille.

Taivaallinen poliisi oli tähtitieteilijöiden yhteenliittymä, jonka ainoa tarkoitus oli ratkaista yksi tietty mysteeri. He halusivat löytää planeetan Marsin ja Jupiterin välistä.

Ensiksi täytyy kuitenkin ymmärtää, miksi kukaan edes oletti Marsin ja Jupiterin välillä piileksisivän planeetan.

Käsitys aurinkokunnasta rakentuu

Käsitys aurinkokunnasta pysyi vuosisatojen ajan lähes muuttumattomana. Lienee tosin väärin puhua aurinkokunnasta, sillä kaikkeuden keskus oli maapallo. Kiertotähtiä oli viisi. Tai oikeastaan seitsemän, sillä Merkuriuksen, Venuksen, Marsin, Jupiterin ja Saturnuksen lisäksi Aurinko ja Kuukin kiersivät Maata ympyräradalla. 

Ajan myötä malli mutkistui jonkin verran, kun siihen lisättiin episyklejä ja ekvantteja. Perusidea pysyi kuitenkin samana. Suurempi uudelleenjärjestely tapahtui vasta Nikolaus Kopernikuksen myötä 1500-luvulla. Auringosta tehtiin keskipiste ja planeetat kiersivät sitä. Maasta tuli yksi planeetoista. Kuu oli hieman hassu poikkeus, sillä Kopernikuksenkin mallissa se kiersi maapalloa.

Aurinkokeskistä malliakin paranneltiin jonkin verran. Johannes Kepler teki planeettojen radoista ellipsejä, mutta samat kappaleet olivat yhä kiertämässä.

Galileo Galilein havainnot avasivat uusia näkymiä. Kaukoputken avulla hän näki kuun pinnan yksityiskohtia. Auringossa hän näki tummia pilkkuja. Jupiterin ympärillä hän näki neljä uutta tähteä.

Nämä Medicin tähdet, kuten hän niitä kutsui, olivat Jupiteria kiertäviä kuita. Kauneusvirhe Kopernikuksen mallissa korjaantui. Maa ei ollutkaan ainoa planeetta, jolla on kiertolaisia. Ei mennyt kauaa, kun kuita löytyi myös Saturnuksen ympäriltä. Saturnusta kiersi tietenkin myös rengas, jonka todellinen luonne aiheutti Galileille päänvaivaa.

Missään nimessä ei tule vähätellä Galileon saavutuksia. Mutta todettakoon silti – niin epäreilua kuin se onkin – että pienten kappaleiden, kuten kuiden, löytäminen ei ole ihan yhtä suuri juttu kuin uuden planeetan löytäminen olisi.

Kuitten lisäksi oli pieniä kappaleita aurinkokunnan perheeseen tullut enemmänkin. Komeettoja oli pidetty ilmakehän ilmiöinä, mutta kun Tyko Brahe mittasi vuoden 1577 suuren komeetan parallaksin, selvisi että se liikkui Kuun radan ulkopuolella. Kaikki eivät kuitenkaan halunneet uskoa tätä. Galilei oli yksi kiivaista vastustajista. 

Saksalainen muusikko löytää uuden planeetan

Vuonna 1784 Jean-Dominique Cassini (Cassini IV), Pariisin observatorion johtaja ja yksi aikansa merkittävimmistä tähtitieteen ammattilaisista, kirjoitti Uranuksen löytymisestä seuraavasti:

Tällainen odottamaton löytö saattoi tapahtua vain erityislaatuisissa olosuhteissa, sillä se ei todellakaan johtunut tähtitieteilijästä, eikä se ihmeellinen kaukoputki … ollut mikään optikon aikaansaannos, vaan herra Herscheliä, englantilaista muusikkoa, on meidän kiittäminen seitsemännen planeetan tuntemisesta.

Cassinin sanat kuulostavat vähätteleviltä, mutta täysin vailla totuutta ne eivät ole. Yksi suurimmista vaikutuksista, mikä Uranuksen löytämisellä oli, on sen vaikutus William Herscheliin itseensä. Sen myötä hänestä tuli aikansa suurin tähtitieteilijä. Olihan hän löytänyt uuden planeetan!

Herschelistä tuli myös aidosti aikansa suurin tähtitieteilijä. Aiemmin hän oli ollut oikeastaan amatööri, mutta pian hän saavutti tai ohitti ammattilaiset taidoillaan ja saavutuksillaan.

Lemuel Francis Abbottin maalaama muotokuva William Herschelistä vuodelta 1785. Kuva: National Portrait Gallery, Lontoo.

Frederick William Herschel syntyi Hannoverissa. Cassini korjasi myöhemmin kirjoittamaansa kutsuen Herscheliä saksalaiseksi muusikoksi. 

William syntyi musikaaliseen perheeseen. Hänen isänsä soitti oboeta sotilaskaartin soittokunnassa. William ja Jacob-veli seurasivat isänsä jalanjäljissä. Sodan uhan konkretisoituessa heidän isänsä lähetti heidät vaivihkaa Englantiin. Riskaabelia sekin, sillä Englanti oli liitossa Hannoverin kanssa, joten syytökset rintamakarkuruudesta olisivat voineet seurata sinnekin. Näin ei kuitenkaan käynyt.

Rauhan jälleen vallitessa Jacob palasi Hannoveriin, mutta William jäi Englantiin. Herschel englantilaistui jopa nimeään myöten. Syntyjään hän oli ollut Wilhelm. Englannissa hän teki vähän kaikenlaisia hommia, kunnes sai taas töitä musiikin parissa. Hän oli urkuri ja kapellimestari. Herschel sävelsi 24 sinfoniaa ja useita konserttoja. 

Joissain vaiheessa musiikki alkoi jäädä taka-alalle ja tähtitiede vei yhä enemmän aikaa. 1770-luvulla Herschel alkoi rakentamaan kaukoputkia ja tekemään havaintoja. 1780-luvulle tultaessa hän olikin jo todella taitava sekä peilien valmistamisessa että havaintojen tekemisessä.

Tiistaina 13. 3.1781 Herschel oli tavalliseen tapaansa tekemässä havaintoja, kun näköpiiriin osui utuisempi kohde. Sen näennäinen halkaisija muuttui planeettojen tapaan eri suurennuksilla. Se ei siis ollut tähti. Kuinka ollakaan, uudet havainnot osoittivat sen liikkuvan taustataivaaseen nähden.  Herschel oli löytänyt komeetan.

Herschel todellakin ajatteli löytäneensä komeetan. Miksi ei olisi ajatellut? Kukaan koskaan ei ollut löytänyt uutta planeettaa. Joten vaikka mielessä kävisikin ajatus, että kyseessä olisi planeetta, niin ei sitä ajatusta osaisi kuitenkaan vakavasti ottaa.

Suomalaisen ratalaskut osoittavat Uranuksen planeetaksi

Anders Lexell (1740–84). Hänen mukaansa on nimetty Lexell-kraatteri Kuussa sekä pikkuplaneetta (2004 Lexell) ja komeetta (D/1770 L1, Lexell). Silhuetti: F. Anting, 1784 (Nova Acta Academiae Petropolitanae Tome II 1784, s. 13).

Anders Johan Lexell syntyi Turussa jouluaattona 1740 vanhan kalenterin mukaan. Hän opiskeli Turun akatemiassa. Kirjoitettuaan väitöskirjan tasokäyrien differentiaaligeometriasta, vieraili hän lyhyesti Uppsalassa. Uuden tieteellisen kodin Lexell löysi kuitenkin Pietarin Keisarillisesta Tiedeakatemiasta. 

Keisarinna Katariina II oli suopea tiedettä kohtaan ja Pietarin akateemikoiksi koottiin monia keskieurooppalaisia huippututkijoita. Suurimpana heidän joukossaan oli matemaatikko Leonhard Euler. Eulerin maine houkutteli Lexellin Pietariin. Sinne hän onnistui pääsemään, koska Euler vakuuttui hänen hakemuksestaan.

Lexell olikin aika haka differentiaali- ja integraalilaskun sekä taivaanmekaniikan alalla. Elämänsä aikana hän kirjoitti yli sata julkaisua, ja hänen kirjeenvaihtonsa sisälsi myös paljon julkaisematonta materiaalia.

Vuonna 1780 Lexell halusi matkustaa Eurooppaan. Hän olisi vaikka jättänyt virkansa päästäkseen matkalle. Hänestä ei kuitenkaan haluttu luopua, joten hänen matkansa rahoitettiin, kunhan hän vierailisi merkittävissä tieteen keskuksissa. Niinpä hän kiersi monessa maassa ja useassa yliopistossa. 

Kesällä 1781 hän oli vierailemassa Greenwichin observatoriossa Englannissa. Siellä hän sai kuulla Herschelin löytämästä uudesta taivaankappaleesta. Niinpä hän kääri hihansa ja alkoi laskea sen rataa. Jo kolmen havainnon pohjalta hän tuli siihen tulokseen, että se liikkuu ympyrärataa pitkin. Lisähavaintojen myötä asia kävi yhä varmemmaksi.

Kaukana Auringosta kiertävä kappale ehtii kulkea lyhyessä ajassa varsin lyhyen osuuden radastaan. Herschelin planeetta löydettiin kuitenkin joistakin vanhoistakin havainnoista ja nämä tukivat radan määritystä.

Lexell sen tajusi: Herschel on löytänyt uuden planeetan.

Planeetta tunnetaan nykyisin Uranuksena Johann Elert Boden ehdotuksen mukaan. Aluksi sitä kutsuttiin myös löytäjänsä mukaan Herscheliksi. Herschel itse kutsui sitä Yrjön tähdeksi (Georgium Sidus). Tässä hän noudatti Galileon esimerkkiä, joka omisti Jupiterin kuut Mediceille. Yrjö III ei ollut häävi hallitsija, joten ehkä ihan hyvä, että planeetta sai toisen nimen.

Rakentaja, havaitsija ja teoreetikko

Planeetan löytäminen teki Herschelistä kuuluisan. Se myös toi hänelle taloudellista turvaa, kun kuningas teki hänestä kuninkaan tähtitieteilijän. Tämä titteli luotiin vain Herscheliä varten, koska kuninkaallisen tähtitieteilijän pesti oli jo täytetty.

Koko kirjoitetun historian aikana ei kukaan ennen Herscheliä ollut löytänyt uutta planeettaa. Se on hänen suurin saavutuksensa, mutta ei suinkaan ainoa suuri saavutus.

Harvoin samassa henkilössä yhdistyy monta taitoa, niin kuin Herschelissä. Hän oli etevä kaukoputkien rakentaja ja linssien hioja, tarkkasilmäinen havaintojen tekijä sekä taitava teoreetikko.

Herschelin rakentamat kaukoputket tultiin tuntemaan ympäri Eurooppaa kaikista laadukkaimpina.

Caroline Lucretia Herschel 78-vuotiaana. Myös hänen mukaansa on nimetty sekä komeetta (35P/Herschel–Rigollet), pikkuplaneetta (281 Lucretia) että kraatteri C. Herschel Kuussa. Kuva: Wikimedia Commons.

Yksi Herschelin varhaisista kiinnostuksen kohteista oli kaksoistähdet. Itse asiassa Uranus löytyi, kun Herschel etsi järjestelmällisesti kaksoistähtiä.

Kiinnostus kaksoistähtiin kumpusi halusta ymmärtää maailmankaikkeuden koko. Kaksi tähteä saattavat olla vain näennäisesti toistensa lähellä taivaalla. Todellisuudessa toinen voi olla paljon toista kauempana. Kun tällaisia tähtiä katselee maan ollessa eri puolilla rataansa, katsoo niitä siis hieman eri kulmasta. Tällöin saattaa näyttää siltä, että lähempi tähti on liikkunut hieman toisen suhteen. Tästä parallaksista voi päätellä tähden etäisyyden.

Herschel halusikin löytää mahdollisimman paljon kaksoistähtiä ja laati niistä luettelon. John Michell osoitti, että ihan vain tilastollisten argumenttien perusteella moni kaksoistähdistä on aidosti kaksoistähtiä – siis painovoiman toisiinsa sitomia (ks. T+A 3/2021). Herschel pystyikin myöhemmin osoittamaan, että monet hänen aiemmin listaamistaan kaksoistähdistä olivat liikkuneet niin, että ne osoittivat kiertävänsä toisiaan.

Herschel havannoi usein syvän taivaan kohteita. Taivaan utumaisten kohteiden, eli nebuloiden, todellinen luonne ei selvinnyt aivan täysin Herschelin elinaikana. Hän kuitenkin teki joitain huomioita siitä, kuinka joissain kohteissa utumaisuus tuntui johtuvan lukuisista toisiaan lähellä olevista tähdistä, kun taas jotkut kohteet olivat sumeampia, todellakin utumaisia. 

William Herschel luetteloi useita sumumaisia kohteita, joita ei ennestään tunnettu. Tosin eipä niitä tuolloin vielä paljon tunnettukaan. Charles Messier oli laatinut oman listansa, mutta Herschel löysi niitä paljon enemmän. Tässäkin häntä auttoi hänen sisarensa Caroline Herschel. Caroline ei ollut ainoastaan suurena apuna veljelleen, vaan teki omia löytöjään myös täysin itsenäisesti. 

Nebuloiden lisäksi Caroline löysi useita komeettoja. Ansaitsemaansa arvostusta hän sai oikeastaan vasta elämänsä loppupuolella. Useat tähtitieteelliset seurat myönsivät hänelle mitaleita tai valitsivat hänet kunniajäsenekseen. Ilmeisesti varsinaiseksi jäseneksi ei kuitenkaan naista kelpuutettu.

Teoreetikon taitoja Herschel osoitti selvittäessään Auringon liikettä. Siinä työssä hän joutui hyödyntämään toisten tekemiä havaintoja ja tekemään laskuja niiden pohjalta. Herschelin arvio oli karkea, mutta oikean suuntainen. Myöhemmin Helsingin observatorion ensimmäinen johtaja Friedrich Wilhelm August Argelander esitti tarkemman tuloksen aurinkokunnan liikkeen suunnasta.

Uranus sementoi numerologisen Titiuksen-Boden lain

Uranus ei suinkaan jäänyt ainoaksi uudeksi planeetaksi, joka aurinkokunnasta löydettiin. Itse asiassa Uranus antoi sysäyksen seuraavan planeetan etsimiseen. Tässä astuu kuvaan Taivaallinen poliisi.

Uranus tuntui vahvistavan Titiuksen-Boden lain.  Johann Daniel Titiuksen ja Johann Elert Boden mukaan nimetty laki on oikeastaan vain numeropeli, joten sen kutsuminen laiksi on vähän liioittelua. 

Laki kuvaa planeettojen ratasäteitä. Sen voi esittää monessa muodossa. Yksi niistä on seuraava:

       Merkurius  4 + 0*3  = 4
       Venus      4 + 1*3  = 7
       Maa        4 + 2*3  = 10
       Mars       4 + 4*3  = 16
       ?          4 + 8*3  = 28
       Jupiter    4 + 16*3 = 52
       Saturnus   4 + 32*3 = 100

Yleensä se kuitenkin esitetään yksiköissä, joissa maan säde on 1, eli siis käyttäen astronomista yksikköä (AU). Tällöin se on tapana esittää kaavana a = 0.4 + 0.3 * 2^m, missä m = -∞, 0, 1, 2, … Jos planeettojen etäisyyksiä auringosta vertaa Titiuksen-Boden lain ennusteeseen, huomaa, että se pitää aika hyvin paikkansa:

           Titiuksen-Boden     todellinen
              etäisyys          etäisyys

Merkurius        0.4              0.39
Venus            0.7              0.72
Maa              1.0              1.0
Mars             1.6              1.52
?                2.8              2.77
Jupiter          5.2              5.20
Saturnus         10.0             9.54
Uranus           19.6             19.2

Uranus siis näyttäisi toteuttavan lain yhtä hyvin kuin muutkin planeetat. Ehkä kaavassa on siis jotain perää. Mutta jos laki pitää paikkansa, niin Marsin ja Jupiterin välillä pitäisi olla planeetta. 

Titiuksen-Boden lakia ei voida johtaa Newtonin painovoimayhtälöistä. Se on siis silkkaa numerologiaa. Kaikkia luontoa kuvailevia yhtälöitä ei kuitenkaan ole helppo johtaa perimmäisistä luonnonlaeista. Esimerkiksi kaasujen lämpötilan, paineen ja tilavuuden yhdistävät ideaalikaasun lait tunnettiin pitkään ennen kuin oli mitään käsitystä niiden selityksestä.

Ennen Uranuksen löytymistä ajatus tuntemattomasta planeetasta Marsin ja Jupiterin välillä kuulosti aika uskomattomalta. Mutta Herschel osoitti, että aurinkokunnassa voi olla planeettoja, joita ei olla paljain silmin havaittu. Ja koska Uranus vahvisti Titiuksen-Boden lain, niin antoi se oikeutuksen alkaa tosissaan epäilemään, että lain ennustama tuntematon planeetta on todellinen. 

Yksi ensimmäisistä tuntematonta planeettaa etsimään ryhtyneistä oli unkarilaissyntyinen paroni Franz Xavier von Zach. Koska planeetan etsiminen eläinradan tähtien seasta vaatisi huomattavasti työtä, tajusi hän tarvitsevansa apua. Taivaallinen poliisi perustettiin syyskuussa 1800 Johann Hieronymus Schröterin yksityisobservatoriossa pidetyssä konferenssissa. 

Ideana oli jakaa eläinradan tähdistöt 24 alueeseen ja jokainen tähtitieteilijä vastaisi yhden alueen haravoinnista. Tuntemattoman planeetan löytäminen oli Taivaallisen poliisin ainut tehtävä. 

Ryhmään oli tarkoitus kutsua myös muuan sisilialainen munkki, Giuseppe Piazzi. Mutta ennen kuin kutsukirje ehti perille, oli Piazzi jo löytänyt uuden planeetan. Löytö tapahtui sattumalta, vähän niin kuin Uranuksen löytäminenkin. 

Planeetta Ceres löytyi uudenvuodenpäivänä 1801. Piazzi seurasi planeettaa 41 päivän ajan, mutta sitten hän kadotti sen, ja se hävisi Maasta katsoen liian lähelle aurinkoa. Samana vuonna ei kukaan muu ehtinyt sitä nähdä. Lyhyt havaintoaika paljastaa vain lyhyen pätkän planeetan radasta. Niinpä siitä tehtyihin ratalaskuihin liittyi paljon epävarmuutta.

Taivaankappaleet kuitenkin noudattavat matemaattisia lakeja tarkasti, joten muutamakin havainto riittää, jos osaa laskea. Aikansa suurin matemaatikko Carl Friedrich Gauss osasi. Hän kehitti uuden laskennallisen menetelmän, jolla radan laskeminen onnistui. Kuinka ollakaan, von Zach löysi Cereksen läheltä Gaussin ennustamaa kohtaa.

Pikkuplaneetat ja planeetta Phaeton

Ceres osoittautui merkilliseksi tapaukseksi. Se näytti lähes tähtimäiseltä, siis pistemäiseltä, kun taas muut planeetat erottuvat kaukoputkella katsottuina kiekkoina. Se oli ilmeisesti todella pieni.

Suurempi yllätys oli, kun maaliskuussa 1802 saksalainen Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers löysi uuden planeetan lähes samalta radalta. Vuonna 1804 löytyi kolmas kappale ja vuonna 1807 neljäs. Ceres, Pallas, Juno ja Vesta vakiinnuttivat kuitenkin asemansa planeettoina, koska seuraava planeetta löydettiin vasta vuonna 1845, kun saksalainen postivirkailija Karl Ludwig Hencke etsiessään Vestaa sattuikin löytämään ennestään tuntemattoman Astraean.

1800-luvun puolivälissä tunnettiin toista kymmentä kappaletta Marsin ja Jupiterin välillä. Vuosisadan toisella puoliskolla niitä löydettiin yhä enemmän. Hencken tavoin moni löytäjistä oli harrastelijoita, ja löytöjä tehtiin melko vaatimattomilla välineillä. Aivan vuosisadan loppuvaiheessa valokuvaus otettiin apuun ja pikkuplaneettoja tai asteroideja, kuten niitä oli jo alettu kutsua, tunnettiin monta sataa.

Koko 1800-luvun ajan asteroideista kuitenkin puhuttiin myös planeettoina. Niiden ymmärrettiin toki olevan muita planeettoja huomattavasti pienempiä. Vuosisadan puolivälin jälkeen, kun tunnettujen asteroidien määrä kasvoi hurjaa vauhtia, alettiin oppikirjoissa usein erottelemaan suuret kiertotähdet ja pienet kiertolaiset.

Millään muulla Titiuksen-Boden lain ennustamalla radalla ei kiertänyt useita planeettoja. Toki planeetoilla tunnettiin kuita, mutta ne kiersivät selvästi planeettaa. Uudet planeetat eivät olleet toinen toistensa kiertolaisia. 

Heinrich Olbers, joka löysi Pallaksen eli toisen asteroideista, ehdotti että Ceres ja Pallas olisivat jäänteitä suuremmasta tuhoutuneesta planeetasta. Planeettaa kutsuttiin auringonjumalan taivaalta suistuneen pojan mukaan Phaetoniksi. Ajatus tuntui varmaankin järkeenkäyvältä, koska pitkään asteroideja ei löydetty mistään muualta kuin Marsin ja Jupiterin väliltä. Idea ei kuitenkaan ollut kovin pitkäikäinen, vaikkakin se vielä myöhemminkin aina silloin tällöin pulpahti eri yhteyksissä esiin. 

Nykyjään ymmärretään, että asteroidivyöhykkeen materia ei koskaan päässyt kerääntymään yhdeksi isoksi planeetaksi. Jupiterin painovoiman aiheuttamat häiriöt estivät tämän.

Ranskalainen loihtii planeetan esiin laskuillaan

Keskellä 1800-lukua löydettiin myös ihan todellinen planeetta. Neptunuksen löytäminen ei ollut pelkkää sattumaa tai pohjannut pelkästään numerologiaan. Neptunuksen olemassaolo osattiin ennustaa Newtonin painovoimalakien perusteella. Se oli mahtava osoitus matematiikan kielellä ilmaistujen luonnonlakien voimasta!

Kun Lexell laski Uranuksen radan, oletti hän laskuissaan radan ympyräksi. Kepler oli kuitenkin osoittanut, että planeetat kiertävät aurinkoa ellipsin muotoisilla radoilla. Ratojen elliptisyys on kuitenkin aika pientä, joten ympyrä on hyvä approksimaatio. Vastaavasti komeettojen hyvin elliptisiä ratoja voidaan usein approksimoida paraabeleilla. 

Itse asiassa planeettojen radat eivät ole täydellisiä ellipsejäkään. Näin olisi vain, jos aurinkoa kiertäisi yksi ainoa planeetta. Mutta koska planeettoja on useampia, vaikuttavat ne toinen toisiinsa painovoiman kautta. Jos halutaan tehdä hyvin tarkkoja taulukkoja planeettojen liikkeistä, tulee ottaa huomioon muiden planeettojen aiheuttamat häiriöt.

Eräs taulukonlaatija oli ranskalainen Alexis Bouvard. Hän oli jo aiemmin laatinut taulukot Saturnuksen ja Jupiterin liikkeille. Näistä taulukoista hän halusi julkaista parannellut versiot ja päätti lisätä mukaan myös Uranuksen taulukot.

Uranus-taulukon laatiminen osoittautuikin kuviteltua hankalammaksi. Uranus ei tuntunut noudattavan sille laskettua rataa. Erityisesti ongelmia tuli uudempien ja vanhempien havaintojen yhteensovittamisesta. Uranuksesta oli joitain havaintoja ajalta ennen kuin Herschel sen löysi. Silloin sitä ei oltu tunnistettu uudeksi planeetaksi vaan listattu tähtenä.

Bouvard päätti tukeutua ainoastaan moderneihin havaintoihin ja hylkäsi vanhat. Hän tuli kuitenkin maininneeksi, että yksi selitys ristiriidalle voisi olla jokin tuntematon tekijä, joka vaikuttaa Uranuksen liikkeeseen. Ehkäpä aurinkokunnassa on vielä yksi planeetta.

Ehkäpä Uranukseen todella vaikutti tuntemattoman kappaleen vetovoima, sillä kävi ilmeiseksi, että Bouvardin julkaisemat taulukot eivät kuvanneet Uranuksen rataa kovin hyvin.

On suoraviivaista laskea millaisen häiriön planeetta aiheuttaa toisen planeetan liikkeeseen. Toisin päin se on kaikkea muuta kuin helppoa. Planeetan radasta on todella hankala päätellä sitä häiritsevän tuntemattoman planeetan rata.

Vaikeaankin ongelmaan kannattaa tarttua, jos luvassa on runsaasti mainetta ja kunniaa. Herschelin osaksi oli kunniaa tullut, ja Uranuksen löytäminen hyödytti häntä taloudellisestikin. Ei siis ole ihme, että Uranuksen radan häiriöiden selittämistäkin alettiin yrittää.

Ranskalainen Urbain Jean Joseph Le Verrier pisti kynän sauhuamaan. Ongelmana oli, että pelkkä hyvä matikkapää ei riittänyt yhtälöä ratkaisemaan. Jos tuntemattomia muuttujia on useita, ei yhdellä yhtälöllä ole yksiselitteistä ratkaisua. 

Le Verrier joutuikin tekemään joitain oletuksia päästäkseen eroon ylimääräisistä muuttujista. Esimerkiksi melko turvallisesti voi olettaa, että planeetan rata on samassa tasossa kuin Uranuksen rata. Planeettojen ratatasojen väliset kulmat eivät ole kovin isoja. 

Toinen helppo oletus on, että uusi planeetta kiertää ulommalla radalla kuin Uranus. Muuten sillä olisi havaittava vaikutus Saturnuksen rataan. Mutta jokin arvaus tulisi radan säteelle antaa. Le Verrier joutui tässä tukeutumaan Titiuksen-Boden lakiin. Parempaakaan arvausta ei ollut. 

Huomautettakoon, että Le Verrierin ennustamassa planeetan radassa säde ei ole täsmälleen Titiuksen-Boden lain mukainen. Eli hän ei pitänyt numerologisesta arvosta kynsin hampain kiinni. Samalla on kuitenkin myönnettävä, että juurikin numerologinen ennuste oli osittain hänen laskujensa taustalla.

Le Verrier saa siis laskut laskettua. Nyt uusi planeetta tulisi vain saada havaittua. Le Verrierin tietämättä on menossa kilpajuoksu Ranskan ja Englannin välillä, sillä kanavan toisella puolella John Couch Adams on tehnyt samanlaiset laskelmat. Kummallakin oli kuitenkin vaikeuksia saada tähtitieteilijät kyllin vakuutetuiksi, jotta planeettaa olisi etsitty toden teolla. 

Kilpajuoksun kultamitali osuu Manner-Eurooppaan. Kun Le Verrier ei saanut ranskalaisia tähtitieteilijöitä kiinnostumaan planeetan metsästyksestä, kääntyi hän Berliinin Observatoriossa toimivan Johann Gottfried Gallen puoleen. 

Gallella oli käytössään hiljattain laadittu kartta siitä taivaan alueesta, jolla Le Verrier ennusti uuden planeetan näkyvän. Tulisi siis vain tarkistaa näkyykö siellä mitään, mitä ei ole merkitty karttaan.

Galle löysi Neptunuksen heti seuraavana yönä Le Verrierin kirjeen saapumisen jälkeen. Pari seuraavaa yötä käytettiin havainnon varmistamiseen ja sitten Le Verrierille ilmoitettiin, että hänen ennustamansa planeetta löytyi.

Vaikka Titiuksen-Boden lailla oli osansa Neptunuksen löytämiseen, koitui uusi planeetta myös lain tuhoksi. Pian kävi selväksi, että Neptunuksen etäisyys auringosta on vieläkin pienempi kuin mitä Le Verrier ja Adams olivat ennustaneet. Molemmat ennustukset taas olivat olleet jo itsessään vähän pienempiä kuin Titiuksen-Boden lain mukainen etäisyys. Samalla, loska lasketut radat poikkesivat todellisesta, alkoivat jotkut amerikkalaiset tähtitieteilijät väittämään (kenties kateellisina), että Neptunuksen löytäminen oli pelkkää sattumaa. 

Miksi Le Verrier ei ole kuuluisampi kuin Herschel?

Uranuksen löytyminen oli silkkaa sattumaa. Silti Herschelistä tuli sen ansiosta aikansa suurin tähtitieteilijä. Yhä tänä päivänä Herschel muistetaan suurena tähtitieteilijänä. Eikö Le Verrierin tulisi päihittää Herschel maineessa? Hän ennusti uuden planeetan kynän ja paperin avulla.

Le Verrieriä ei kuitenkaan muisteta yhtä suurena tähtitieteilijänä. Osittain sen takia, että hän oli teoreetikko, eikä ”oikea” tähtitieteilijä. Tiedemiehenäkään hän ei saavuta samanlaista ihailua kuin Herschel. Toki hänet muistetaan. Neptunuksen löytäminen oli suurenmoinen saavutus, sitä ei käy kiistäminen.

Ehkä Le Verrierin maineeseen vaikuttaa se, että 1800-luvulla löydettiin lukuisia muitakin uusia planeettoja, siis asteroidit. Pikkuplaneetat kuitenkin käsitettiin jo hyvin varhain jollain tapaa erilaisiksi kuin muut planeetat. Kyse ei siis ole siitä.

Kyse ei ole myöskään siitä, että Le Verrierin ennustukset Neptunuksen radasta osoittautuivat epätarkoiksi. Hän toimi sen tiedon valossa, mitä saatavilla oli. Parempaankaan ei olisi pystytty.

Le Verrierin nimeen kuitenkin liitetään myös toinen planeetta Neptunuksen lisäksi. Se saattaa hänet hieman kiusalliseen valoon.

Merkuriuksen rata ei selity Newtonin painovoimalakien avulla. Planeetan elliptinen rata ikään kuin kiertyy pikkuhiljaa auringon ympäri. Osittain kiertyminen selittyy muiden planeettojen painovoiman aiheuttamilla häiriöillä. Ei kuitenkaan täysin.

Pohjalainen-lehti kertoo vielä 1.8.1914, että Vulkanusta yhä etsitään. Juttu kyllä mainitsee, että olettamuksesta pitäisi jo luopua, mutta epäsäännöllisyydet Merkuriuksen radassa olivat vielä selittämättä. Vasta seuraavana vuonna Einstein osoitti, että suhteellisuusteoria kykenee ne selittämään.

Koska Le Verrier oli menestyksekkääksi ratkaissut yhden planeetan radassa havaitut ongelmat uuden planeetan avulla, ajatteli hän saman konstin toimivan Merkuriuksen rataan. Hän oletti, että Merkuriuksen rataa sisempänä kiertäisi ennestään tuntematon planeetta. Tälle lähellä auringon pätsiä kiertävälle planeetalle annettiin nimeksi Vulkanus tulen ja tulivuorten jumalan mukaan.

Le Verrier ratkoi yhtälöt ja julisti, että Vulkanus on olemassa. Väitteensä tueksi hän sai pian epämääräisen havainnon tällaisesta kappaleesta. Hiljalleen epämääräisiä havaintoja kertyi lisää. Niitä kuitenkin tuntui yhdistävän se, että ne tehtiin aina sattumalta. Silloin kun Vulkanusta etsittiin jostain sille ennustetusta paikasta, ei sitä löydetty tai kaikki havaitsijat eivät sitä nähneet.

Le Verrier kuitenkin luuli kuolemaansa saakka, että Vulkanus oli todellinen. Eipä se ollut. Neptunuksen löytäjä muistetaan myös vähemmän mairittelevasti kuvitteellisen Vulkanuksen löytäjänä. 

Siinä missä Neptunuksen loihtiminen laskutoimitusten avulla esiin oli newtonilaisen fysiikan riemuvoitto, oli Merkuriuksen radan häiriöt todiste Newtonin painovoimateorian vajavaisuudesta. Kun Merkuriuksen rata lasketaan käyttäen Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa, selittyy Merkuriuksen radan perihelin kiertyminen täysin.

Vulkanus litografisessa kartassa vuodelta 1846. Kuva: Kongressin kirjasto.

Lähteitä ja lisälukemista

Baum, Richard ja Sheehan, William (1998). Vulkanus – suuri planeetan metsästys. Suom. Markus Hotakainen. Helsinki: Art House.
Bennett, J. A. (1982). Herschel’s Scientific Apprenticeship and the Discovery of Uranus. International Astronomical Union Colloquium 60:35-53.
Hietala, Niklas (2018). Planeettoja oli yli yhdeksän. Tieteessä tapahtuu 36(6):3-9.
Hietala, Niklas (2021a). Kuu ja muut kiertolaiset. Tieteessä tapahtuu 39(4):25-32.
Hietala, Niklas (2021b). Vuoden 1821 Uranus-taulukoista suhteellisuusteoriaan. MAL-lehti 4/2021:11.
Hoskin, Michael (1982). Herschel and the Construction of the Heavens. International Astronomical Union Colloquium 60:55-66.
Kent, Deborah (2011). The curious aftermath of Neptune’s discovery. Physics Today 64(12):46-51.
Schaffer, Simon (1981) Uranus and the Establishment of Herschel’s Astronomy. Journal for the History of Astronomy12:11-26.
Smith, Robert W. (1982). The Impact on Astronomy of the Discovery of Uranus. International Astronomical Union Colloquium 60:81-89.Stén, Johan (2015). Uusien planeettojen löytyminen. Tiedepolitiikka 2/2015:7-16.
Stén, Johan (2018). Anders Johan Lexell – ensimmäinen suomalainen maailmankuulu matemaatikko ja astronomi. Suomen Fyysikkoseuran blogi. Winterburn, Emily (2021). Discovering asteroid Vesta: the story of the Celestial Police. BBC Sky at Night Magazine March 2021.