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天文学者ウィリアム・ハーシェルは1781年に天王星を発見しました。天王星は望遠鏡で発見された最初の惑星であり、古代以来ずっと観測されていなかった最初の惑星でした。発見後の数年間、天文学者は新しい惑星を非常に注意深く追跡しました。彼らは軌道に摂動を発見し、その一部は木星や土星などの既知の惑星の重力効果によって説明でき、他の惑星はこれまで未知の惑星海王星の発見につながった。
太陽系ダイナミクス
天王星が発見された頃には、太陽系のダイナミクスを支配する物理法則は非常によく理解されていました。関与する唯一の力は重力であり、これをニュートンの運動の法則と組み合わせて、惑星軌道の包括的な数学的な記述を提供できます。結果として得られる方程式は非常に厳密であるため、空を横切る惑星の動きを高い精度で予測できます。これは既に知られている惑星ですでに行われており、発見から2年以内に天王星で行われました。
軌道の不一致
当初、天王星の動きは非常によく予測に従っているように見えました。しかし、徐々に、観測された惑星の位置は、予想される位置から発散し始めました。 1830年までに、この不一致は惑星の直径の4倍以上になり、無視できなくなりました。一部の天文学者に支持された説明の1つは、ニュートンの重力の定式化に誤りがあり、正確ではないがほぼ正確な予測が行われたというものでした。他の唯一の可能性は、未知の物体が太陽系の外側のどこかを周回していることでした。
新しい惑星の予測
天王星の軌道の最初の計算では、太陽系の既知のすべての物体の重力効果を考慮しました。主な効果は太陽からのものでしたが、巨大な惑星の木星と土星からの摂動効果がありました。観測された矛盾は、天王星の軌道を越えて発見されるのを待っている別の大きな惑星があることを示唆しました。理論的には、この未発見の惑星の軌道は、天王星の位置で観測された摂動に基づいて合理的な精度で計算できます。これらの計算は1843年に英国の天文学者ジョン・カウチ・アダムスによって行われましたが、残念なことに、その重要性は当時イギリスでは認識されていませんでした。
海王星の発見
アダムズの計算と非常によく似た計算が、その後間もなくフランスの科学者アーバイン・ル・ベリエによって行われました。 Le Verriersの数字を使用して、ベルリン天文台の天文学者は1846年に予測された惑星を発見し、その後海王星の名前が与えられました。海王星の発見に続き、20世紀に入ってから、その存在が天王星の軌道の残留摂動を完全に説明したかどうかについて論争がありました。しかし、今日のほとんどの天文学者は、これが実際にそうであると信じています。