Urbain-Jean Joseph Le Verrier, francoski astronom, astrolog in matematik, * 11. marec 1811, Saint-Lô, Manche, Francija, † 23. september 1877, Pariz, Francija
Življenje in delo
Njegov oče, nižji državni uradnik, je prodal svojo hišo, da bi lahko poslal sina na univerzo. Sinov uspeh je opravičil njegovo požrtvovalnost. Svoj prvi članek o astronomiji je objavil že leta 1831 še med študijem na Politehniki.
Le Verrier je začel poklicno življenje kot kemik v Gay-Lussacovem laboratoriju, kjer je delal obetajoče raziskave s spojinami fosforja z vodikom in kisikom. Vendar se mu je leta 1836 ponudila priložnost, da postane profesor astronomije na Politehniki, kjer je delal. V vlogi astronoma se je tako znašel popolnoma po naključju. Ukvarjal se je z vprašanji nebesne mehanike, nadaljeval Laplaceovo delo in še z večjo točnostjo dokazal stabilnost Osončja.
Gibanje Merkurja in Vulkan
Arago ga je kot pomočnika opozoril, da bi bilo potrebno gibanje Merkurja natančneje preučiti. Njegovi točni računi so pokazali, da njegovo prisončje prehiteva za 40"/stoletje kot je napovedala Newtonova teorija.
Leta 1845 je bil Le Verrier prepričan, da je med Merkurjem in Soncem še neodkrit planet. Imenoval ga je Vulkan, po rimskem bogu ognja Vulkanu, ker bi moral biti zelo vroč, saj bi zaradi bližine Sonca celo žarel. 26. marca 1859 je francoski zdravnik in ljubiteljski astronom Lescarbault gledal skozi daljnogled in bil priča nenavadni igri Sonca. Črna pika je šla preko Sončeve ploskve in izginil na drugi strani. Bil je prepričan, da je našel neznan planet. Črna pika se je premikala zelo hitro, zato je bila izključena Sončeva pega, ki bi se vrtela s Soncem. Ko je Le Verrier skušal izračunati odstopanje gibanja Merkurjeve elipse, se je zdelo počasnejše kot dejansko gibanje planetov. Iz tega je tudi sklepal, da so Venerino maso izračunali premajhno in da so njeno maso napačno prenesli na vpliv Merkurja. Vendar se je bolj nagibal k zamisli, da Merkurjev tir premika neznan planet. Poiskal je Lescarbaulta, da bi se prepričal o njegovih opažanjih, saj je bil Lescarbault zdravnik in ne astronom. Poleg tega si je želel dobiti njegov amaterski daljnogled. Njuno srečanje je bilo edinstveno v zgodovini astronomije. Znan astronom se je ponižal in poiskal neznanega skromnega ljubitelja. Najprej se je predstavljal z izmišljenim imenom, ko pa se je prepričal o zanesljivosti Lescarbaultovih opazovanj, je razkril, kdo je. Na osnovi Lescarbaultovih računov je Leverrier ocenil Vulkanov premer na 500 km, oddaljenost od Sonca pa 21,0652 m (30 m), kar je približno tretjina Merkurjeve in sedmina Zemljine polosi. Obhodna doba planeta naj bi bila 19 dni in 17 ur. Sam in mnogi drugi so poskušali pojasniti nepravilnost Merkurjevega tira z vplivom gravitacije takega namišljenega planeta med Merkurjem in Soncem, kar je bilo takrat aktualno, saj so na ta način odkrili Neptun in Pluton. Nekateri ljubitelji, kot na primer S. H. Schwabe so iskali takšen planet, še preden je Le Verrier objavil svoje izsledke. Vulkanov tir bi bil tako kot Merkurjev nagnjen na ekliptiko, zato ne bi prečkal Sončeve ploskve pri vsakem obhodu. Le Verrier je na osnovi svojih opazovanj izračunal celo trenutek Vulkanovega prehoda preko Sončeve ploskve. Po njegovi napovedi naj bi med Sonce in Zemljo prišel marca ali aprila leta 1860. Vendar ga tudi z vložitvijo velikega napora niso uspeli najti, čeprav so zelo skrbno preučevali okolico Sonca tudi ob vseh naslednjih Sončevih mrkih. Le Verrier je menil, da je šel Vulkan mimo Sonca ponoči. Marca leta 1862 ga naj bi spet odkrili. Angleški astronom ljubitelj Lummis iz Manchestra je odkril črn madež, ki je šel čez Sonce. Na osnovi njegovega opažanja so lahko še natančneje izračunali Vulkanov tir. Radau in Valz sta popravila polos na 21,201 m, obhodno dobo pa na 19 dni in 22 ur, kar se je skoraj ujemalo z Le Verrierovimi računi. Namesto da bi čakali, da gre Vulkan spet nepričakovano čez Sonce, bi ga bilo najbolje opazovati pri popolnem Sončevem mrku. Če bi teorije o Vulkanu držale, bi moral biti viden kot svetla pika za Merkurjem in Venero. 29. julija 1878 so lahko v ZDA opazovali popoln Sončev mrk. Najbolj sta se izkazala dva izkušena opazovalca. Watson je na observatoriju v Ann Arborju odkril zvezdo 2,5 stopinje jugozahodno od Sonca, astronom ljubitelj Swift, lovec na komete, pa je našel dve zvezdi 3 stopinje jugozahodno od Sonca. Prva zvezda je bila zanj θ Raka (θ Can), druga pa Vulkan. Oba sta trdila, da je Vulkan rdeč. Watson ga je opazoval skozi daljnogled in ni videl le svetlobe kot pri zvezdi, temveč je jasno zaznal ploskev, ki bi kazala na planet.
Zdelo se je, da je primer rešen in, da so odkrili nov planet na osnovi Le Verrierovega dela, podobno kot pred 32 leti z odkritjem Neptuna. Vendar so se o njegovem obstoju proti koncu stoletja pojavljali dvomi. Najglasnejši je bil Newcomb. Astronome je opozarjal, da naj poročilom o Vulkanu ne verjamejo slepo. V preteklem stoletju je bilo 19 poročil o temnih lisah, ki naj bi šle čez Sonce. Skoraj vse so posredovali neastronomi ali ljubitelji s slabo opremo. Medtem pa so vsak dan opazovali Sonce tudi poklicni astronomi. Danes vemo, da takega planeta ni. Drugi so predlagali tudi asteroidni obroč. Do leta 1949 so opazili samo nekaj sporadičnih asteroidov od katerih bi lahko bil samo eden Vulkan. Ena od prvih fotografij snemana leta 1949 s kamero Smithovega daljnogleda s premerom 1264 mm (48 palcev) na Observatoriju Mt. Palomar je odkrila majhen asteroid s premerom 1,448 km (9/10 milje) kjer bi moral biti Vulkan. Imenovali ga naj bi Perifet. Nekateri so krivili za sukanje tudi Merkurjevo Luno, medplanetarni prah ali celo sploščenost Sonca, ki vpliva tudi pri drugačnih gravitacijskih teorijah. Hall pa je menil, da Newtonov splošni gravitacijski zakon ne velja natančno in, da gravitacija pojema hitreje kot s kvadratom razdalje. Precesijo Merkurjevega prisončja bi tako povzročal majhen dodatek k sili, kar je vedel že Newton. Obe domnevi, asteroidni pas in odstopanje Newtonovega splošnega gravitacijskega zakona sta povzročili več težav, kot naj bi jih rešili, zato so ju opustili. Kljub temu pa razburjenje okoli Merkurjevega gibanja ni bilo popolnoma brezplodno. Schwabe je na ta način odkril cikel Sončeve aktivnosti, nekaj kar je gotovo pomembnejše kot slučajno odkritje Vulkana. Le Verrier si je s svojimi raziskavami Merkurjevega tira leta 1846 pridobil mesto v Francoski akademiji znanosti (Académie des sciences).
V letih od 1855 do 1877 (v letu 1859) je še točneje dognal, da se prisončje Merkurjevega elipsoidnega tira premika za še dodatnih 38"/stoletje več kot je kazal njegov izračun motenj kroženja planeta okoli Sonca. Problema Merkurjevega prisončja ni mogla rešiti niti generacija, ki je prišla za njim. Problem je ostal njegov edini neuspeh. Vendar je bil ta neuspeh pomembnejši za prihodnost znanosti kot njegov uspeh pri Neptunu. Neuspeh je potrdil, da Newtonova teorija gravitacije, ki jo je potrdilo odkritje Neptuna, ni popolnoma pravilna. Te Merkurjeve nepravilnosti je pojasnila šele Einsteinova splošna teorija relativnosti in je imel na neki način Hall prav, čeprav se je pokazalo, da je problem globlji. Leta 1882 je Newcomb popravil Le Verrierovo vrednost na 43". Leta 1895 je na osnovi točnih podatkov Merkurjevega gibanja navedel 42"/stoletje, kar se je pozneje lepo skladalo z Einsteinovim teoretičnim premikom. Tako je po napovedi za 41" ± 2" na stoletje ostala razlika pri hitrosti precesije Merkurjevega prisončja od opazovane. Razlika med opazovano in napovedano lego Merkurja je tako naraščala za 8" na stoletje. V splošni teoriji relativnosti se prisončje suče, enostavno rečeno, ker sta prečno in radialno gibanje povezani. Premik je:
kjer je spremenljiv lomni količnik:
in gravitacijski polmer:
ter (Lorentzev faktor):
in razmerje hitrosti telesa s svetlobno hitrostjo . Pri telesu, ki je zelo daleč od singularnosti je , zato . Pri tem se svetloba ne prelamlja in je , telo, v tem primeru Merkur, se glede na svetlobno hitrost giblje zanemarljivo počasi, da je in tudi . Po izpopolnjenem 3. Keplerjevem zakonu za Merkur je:
Če se zanemari maso Merkurja glede na maso Sonca , je sprememba precesijskega kota za Merkurjevo prisončje v 100 letih:
kjer je velika polos Merkurjeve elipse m, Merkurjeva siderična revolucija d, hitrost svetlobe v vakuumu c = 2,99792458 · 108 m/s in izsrednost Merkurjeve elipse . Čebotarev je leta 1941 izmeril 42,65". To je samo majhni del zasuka, ki ga niso mogli pojasniti drugače. V celoti se Merkurjevo prisončje zasuče za 5614" na stoletje. Največji del zasuka, 5039" na stoletje povzroča precesija zemeljske osi zaradi Lune in Sonca na masni kvadrupolni moment Zemlje, kar usreza polnemu krogu v platonskem letu (približno 25.765 let). Del 575" na stoletje pa povzroča motnja drugih planetov. Tudi drugim planetom se na enak način njihovo prisončje premika (Venera 8,61", Zemlja 3,84", Mars 2,54" na stoletje), vendar jih zaradi malih vrednosti še niso uspeli opaziti. Precesija prisončja planetov je torej posledica krajevnih nepravilnosti v sami geometriji Sončevega gravitacijskega polja kot prostorsko-časovni ukrivljenosti. Ko Merkur sledi obrisom popačenega prostora blizu Sonca, se njegov tir naravno prilagodi kompleksni poti v obliki gosto navite rozete. Gerber je leta 1898 privzel, da se gravitacija širi s končno hitrostjo in da to prizadene potencialno energijo. Preko Lagrangeevih gibalnih enačb je prišel do enačbe za premik in s podatkom 41" izračunal hitrost gravitacije 3,05500 · 108 m/s, ki se ujame s hitrostjo svetlobe in elektromagnetnega valovanja. Einstein je izpeljal enačbo za premik v splošni teoriji relativnosti še preden je zapisal enačbe polja v končni obliki. Gehrcke je nasprotoval njegovi teoriji, hvalil je svojo in ponovno objavil Gerberjevo delo. Kaže, da Einstein ni vedel za Gerberjevo delo. Von Seeliger je opozoril na slabost Gerberjeve izpeljave sile, von Laue pa je poudaril, da lahko zajame končno hitrost samo retardirani potencial. Takrat pa ne moremo privzeti, da Sonce miruje. Dodatno drugačno razlago se najde v Jordan-Brans-Dickeovi tenzorsko skalarni teoriji gravitacije. Sonce je sploščeno zaradi vrtenja in je treba upoštevati dodatne člene masnega kvadrupolnega momenta v gravitacijskem potencialu, ki ga ta teorija poda s skalarnim poljem χ in ta povzroča sukanje prisončja. Kot premika je v približku: