Vulkán (elméleti bolygó): a Merkúr perihéliumának rejtélye
A Vulkán elméleti bolygó és a Merkúr perihéliumának titka: a történet, a sikertelen keresések és Einstein által az általános relativitással megoldott rejtély.
A Vulkán egy elméleti bolygó volt. A 19. században úgy gondolták, hogy a bolygó a Nap közelében kering. Gravitációs vonzása megmagyarázná a Merkúr perihéliumának a klasszikus mechanika által előre jelzettől való eltérését. A Vulkán létezésének elmélete abból a korábbi előrejelzésből származik, hogy egy külső bolygó (ma Neptunusz) hasonló változásokat okoz az Uránusz pályáján a klasszikus elmélet által megjósolt pályához képest.
A Vulkán keresése során nem találtak bolygót. Ez néhány embert arra késztetett, hogy ne értsenek egyet a newtoni elmélettel. Ez vezetett a speciális relativitáselmélet és az általános relativitáselmélet kidolgozásához. Albert Einstein módosított gravitációs elmélete megmutatta, hogy miért változik a Merkúr pályája a Vulkán létezése nélkül. Ez megcáfolta a vulkáni elméleteket.
Történeti háttér
A Merkúr perihéliumának (a Naphoz legközelebbi pontnak) előrehaladását a 19. század folyamán pontosan mérték, és a mérések szerint volt egy kis, de állandó eltérés a newtoni modell által jósolt értéktől. Ugyanilyen módszerrel fedezték fel korábban a Neptunuszt: az Uranusz pályájában észlelt eltérések alapján feltételeztek egy külső bolygót, és azt meg is találták. Ennek nyomán néhány csillagász feltételezte, hogy a Merkúr környezetében is lehet egy ismeretlen, Naphoz közeli tömegpont, amely a pálya apró eltolódását okozza.
Kik és hogyan keresték a Vulkánt?
- Elméleti előfutárok: A jelenség magyarázatára többféle ötlet született: egy belső bolygó, a Nap nem tökéletes gömbszerűsége (oblátiója), vagy a newtoni gravitációs törvény finomítása.
- Lescarbault és Le Verrier: A legismertebb eset Edmond Lescarbault francia amatőrcsillagász 1859-es bejelentése, aki egy átmenetet (tranzitot) figyelt meg a Nap korongján. Urbain Le Verrier, aki korábban a Neptunuszt jósolta meg elméletileg, ezt részben megerősítette, és a bejelentés nagy figyelmet keltett.
- Megfigyelések: A keresés évtizedeken át folyt, napfogyatkozások, napkorong előtti átmenetek és rendszeres naplemente- és hajnalfelvételi megfigyelések során. Sok állítólagos észlelés később napfoltnak, látási hibának vagy egyéb optikai jelenségnek bizonyult.
Az általános relativitás és a probléma megoldása
A Merkúr perihéliumának megmagyarázatára végül az általános relativitáselmélet adott kielégítő választ. Einstein 1915-ben kidolgozott elmélete új leírást adott a gravitációnak: a tömeg görbíti téridőt, és a bolygók pályái ennek a görbületnek a következményei. Az általános relativitásból kiszámítható korrekció pontosan megadta azt az extra elmozdulást, amely körülbelül 43 ívmásodperc/évszázad nagyságú volt — ez megegyezett az észlelésekkel, és nem igényelte egy belső bolygó feltételezését.
Fontos megjegyezni, hogy a speciális relativitáselmélet (1905) elsősorban az elektromágnesesség és inerciarendszerek problémáira adott választ; a gravitationális jelenségek megfelelő elméleti keretét az általános relativitás teremtette meg. A Merkúr-perihelion-eltérés tehát hozzájárult ahhoz, hogy a fizikusok egy általánosabb gravitációs elméletet keressenek, és Einstein általános relativitása lett az elfogadott magyarázat.
Modern mérések és a mai álláspont
Az űrszondák és radaros mérések a 20. század második felétől kezdve egyre pontosabb adatokat szolgáltattak. A MESSENGER küldetés (2004–2015) és a radaros távolságmérések megerősítették, hogy az általános relativitás által jósolt korrekciók megfelelnek a valóságnak. Ennek következtében a tudományos konszenzus ma úgy foglalható össze, hogy a klasszikus értelemben vett Vulkán bolygó nem létezik.
Vulcanoidok és a belső kisbolygó-állomány kutatása
Bár nagy bolygót nem találtak a Merkúr pályája belső oldalán, felmerült a lehetőség, hogy ott egy kis, stabil populáció — az ún. vulcanoidok — létezhet. Ezek kisméretű aszteroidák lennének, amelyek Nap körüli pályájukat a Merkúr pályáján belül tartják. A stabil zóna elméleti határai nagyjából 0,06–0,21 csillagászati egység (AU) között lehetnek, de ezek a régiók megfigyelés szempontjából rendkívül nehezen elérhetők a Nap fényessége miatt.
Számos földi és űrtávcsöves megfigyelés (például SOHO és STEREO adatok, valamint földi alkonyati felmérések) nem találtak meggyőző bizonyítékot nagyszámú vulcanoid-populációra. A mai megfigyelési korlátok szerint nincsenek nagy (több kilométeres) vulcanoidok a stabil zónában, de nagyon kis testek létezése nem zárható ki teljesen.
Következtetés
A Vulkán elmélete fontos fejezete a csillagászat történetének: bemutatja, hogyan reagált a tudomány a megfigyelések és a modell közti eltérésekre, és hogyan vezetett ez elméleti újításokhoz. Bár a klasszikus értelemben vett bolygó nem létezik, a jelenség hozzájárult az általános relativitás elterjedéséhez, és ma is ösztönzi a Nap közeli régiók részletesebb vizsgálatát — többek közt a vulcanoidok utáni keresést is.
Kérdések és válaszok
K: Mi volt Vulkán?
V: A Vulkán egy elméleti bolygó volt, amelyről a 19. században azt hitték, hogy a Nap közelében kering.
K: Mi volt a Vulkán létezésének célja?
V: Úgy gondolták, hogy a Vulkán gravitációs vonzása megmagyarázza a Merkúr perihéliumának a klasszikus mechanika által előre jelzettől való eltérését.
K: Miért létezett a Vulkán elmélete?
V: A Vulkán létezésének elmélete abból a korábbi előrejelzésből származik, hogy egy külső bolygó (ma Neptunusz) hasonló változásokat okoz az Uránusz pályáján a klasszikus elmélet által megjósolt pályához képest.
K: Megerősítették valaha is a Vulkán létezését?
V: Nem, a Vulkán után végzett kutatások egyike sem talált bolygót.
K: Milyen hatással volt a tudományos közösségre a Vulkán megtalálásának kudarca?
V: A Vulkán megtalálásának kudarca miatt néhányan nem értettek egyet a newtoni elmélettel, és ez vezetett a speciális relativitáselmélet és az általános relativitáselmélet kidolgozásához.
K: Ki dolgozta ki a gravitáció módosított elméletét, amely megcáfolta a Vulkán elméleteit?
V: Albert Einstein kifejlesztett egy módosított gravitációs elméletet, amely megmutatta, hogy miért változik a Merkúr pályája a Vulkán létezése nélkül.
K: Mi volt a Vulkán elméletének végeredménye?
V: Az Albert Einstein által kidolgozott módosított gravitációs elmélet végül megcáfolta a Vulkán elméleteit.
Keres