Vulcan: teoreettinen planeetta ja Merkuriuksen perihelion arvoitus
Vulcanin mysteeri: teoreettinen planeetta ja Merkuriuksen perihelion arvoitus — miten Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria kumosi Vulcanin ja selitti perihelin liikkeen.
Vulcan oli teoreettinen planeetta, jonka olemassaoloa ehdotettiin 1800-luvulla selittämään Merkuriuksen liikkeissä havaitut poikkeamat. Ajatus syntyi analogiana siihen, miten ulompi planeetta (nykyisin Neptunus) oli aiemmin selittänyt Uranuksen ratoihin kohdistuneita häiriöitä: jos oletettiin, että näkymättömän massan vetovoima voi muuttaa toisen kappaleen kiertoa, samanlaiselta mekanismilta toivottiin selitystä Merkuriuksen perihelin etenemiselle.
Historia ja havainnot
Hypoteesi intra-Merkuriaalisen kappaleen olemassaolosta nousi 1800-luvun puolivälissä, kun ranskalainen matemaatikko ja astronomi Urbain Le Verrier laski, että Merkuriuksen perihelin etenemässä oli Newtonin mekaniikalla selittämätön jäämä. Eräät havaitsijat ilmoittivat myöhemmin nähneensä lyhyitä kulkuja Auringon levyn edessä; tunnettu tapaus on lääkärin Lescarbault'n ilmoitus vuonna 1859. Le Verrier suhtautui löydökseen myönteisesti ja ehdotti nimeä "Vulcan".
Etsinnät ja epäonnistumiset
Monta etsintää tehtiin sekä maasta että auringonpimennysten yhteydessä, mutta systemaattisia ja toistettavia havaintoja ei saatu. Etsintöihin käytettiin mm. seuraavia menetelmiä:
- pimennysten aikaiset visuaali- ja valokuvaushavainnot
- aurinkokoronagrafointi ja varjojen etsintä Auringon läheisyydestä
- pitkän ajan havainnot, joiden avulla etsittiin pienen kappaleen aiheuttamia pienimuotoisia häiriöitä
Näistä huolimatta yksikään järjestelmällinen etsintä ei vahvistanut pysyvän planeetan olemassaoloa lähellä aurinkoa.
Merkuriuksen perihelion arvoitus ja teorian muutos
Merkuriuksen perihelin etenemisessä havaittu jäämä oli noin 43 kaarisekuntia vuosisataa kohti, mikä oli liian suuri selitettäväksi pelkillä tunnetuilla planeetoilla ja Newtonin gravitaatioteorialla. Tämä epäsuhta synnytti vaihtoehtoisia ehdotuksia, mukaan lukien Vulcanin kaltainen lisämassa. Lopullinen ratkaisu tuli kuitenkin osana laajempaa teoreettista kehitystä: Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria (1915) selitti tarkasti lisäprecession arvon ilman uusia planeettoja, koska se huomioi Auringon massan aiheuttaman avaruuden kaareutumisen.
Nykyinen näkemys ja vulkanoidit
Tänä päivänä uskotaan, ettei sisemmän planeetan kaltainen Vulcan ole olemassa. Kuitenkin on esitetty hypoteesi pienemmistä, asteroidinkaltaisista kappaleista — niin kutsutuista vulkanoideista — jotka voisivat kiertää Auringon Mercuryn radan sisäpuolella. Nykyiset havainnointikampanjat, myös avaruustähtitieteelliset instrumentit kuten koronagrafoijat ja infrapunahavainnot, ovat rajoittaneet mahdollisten vulkanoidien koon hyvin pieneksi; järjestelmällisiä löydöksiä ei kuitenkaan ole tehty ja raja-arvot riippuvat tutkimuksesta, mutta yleensä pieniä kappaleita suurempia kuin muutamia kilometrejä ei ole havaittu.
Merkitys tähtitieteelle
Vulcanin tapaus on merkittävä esimerkki siitä, miten havaintopoikkeamat voivat johtaa niin uusiin havaintoihin kuin teoreettiseen kehitykseen. Se muistuttaa myös siitä, että analogio (kuten Neptunuksen löytäminen Uranuksen poikkeamien perusteella) eivät aina johda oikeaan ratkaisuun, ja että fysiikan perusperiaatteita voidaan joutua tarkentamaan, kuten tapahtui yleisen suhteellisuusteorian tapauksessa.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä oli Vulcan?
A: Vulcan oli teoreettinen planeetta, jonka uskottiin 1800-luvulla kiertävän lähellä aurinkoa.
K: Mikä oli Vulkanin olemassaolon tarkoitus?
A: Uskottiin, että Vulcanin gravitaatioveto selittäisi Merkuriuksen perihelin etenemisen välillä havaitut muutokset klassisen mekaniikan ennustamaan etenemiseen verrattuna.
K: Miksi Vulcanin teoria oli olemassa?
V: Teoria Vulkanin olemassaolosta on peräisin aiemmasta ennusteesta, jonka mukaan ulompi planeetta (nykyisin Neptunus) aiheutti samanlaisia muutoksia Uranuksen kiertoradalla kuin klassisen teorian ennustama kiertorata.
K: Vahvistettiinko Vulcanin olemassaoloa koskaan?
V: Ei, mikään Vulcanin etsinnöistä ei löytänyt planeettaa.
K: Miten Vulcanin löytämättä jättäminen vaikutti tiedeyhteisöön?
V: Vulcanin löytämättä jääminen sai jotkut ihmiset olemaan eri mieltä Newtonin teoriasta ja johti erityissuhteellisuusteorian ja yleisen suhteellisuusteorian kehittämiseen.
K: Kuka kehitti muunnetun painovoimateorian, joka kumosi Vulcanin teoriat?
V: Albert Einstein kehitti muunnetun painovoimateorian, joka osoitti, miksi Merkuriuksen rata muuttuu ilman Vulcanin olemassaoloa.
K: Mikä oli Vulcanin teorian lopputulos?
V: Albert Einsteinin kehittämä muunnettu painovoimateoria kumosi lopulta Vulcanin teoriat.
Etsiä