Die Entdeckung Neptuns

Heute vor genau 170 Jahren jährt sich die Entdeckung Neptuns. Zeit dieses Ereignis zu rekapitulieren.

Die Titus Bodsche Reihe

Die erste Frage die sich auftut ist die, warum man überhaupt nach Neptun suchte. Es gibt dazu zwei Antworten. Die Erste ist die Titus-Bodesche Reihe. Das ist die Formel:

a = 0,4 + 0,3 * 2n

Mit n = 0 bis 6 erhielt man die Entfernungen der Planeten Venus bis Uranus in astronomischen Einheiten, das ist die Halbachse der Erdbahn die per Definition 1 ist. Für Merkur muss man n auf – setzen, das ist nicht ganz befriedigend, jedoch funktioniert es auch bei Merkur. Die Reihe wurde schon vor der Entdeckung von Uranus entwickelt. 1766 von Titus. 1772 machte die Bode allgemein bekannt. Als man 1781 Uranus entdeckte und seine Entfernung mit einem Fehler von nur 2,14 % zu der Reihe passte, war man überzeugt, dass man noch weitere Planeten finden könnte. Der nächste Planet außen wäre bei einer Entfernung von 38,8 AE zu erwarten. Ein solcher Planet wurde auch gefunden, aber erst 1930 – Pluto ist im Mittel 39,48 AE von der Sonne entfernt.

Die Titus-Bodesche Reihe erhielt noch mehr Auftrieb, als man um 1800 den ersten Kleinplaneten Ceres entdeckte und der genau in die Lücke zwischen 2 (Mars) und 4 (Jupiter) passte. Auch das sich bald herausstellte, das es nicht ein Planet war, sondern viele Kleinplaneten enttäuschte nicht, denn immerhin stimmte die Reihe, nur hatten die kleinen Körper nicht zueinandergefunden, wofür wie wir heute wissen, Jupiter verantwortlich ist. Nach der Titus Bodschen Reihe müsste man zwei weitere Planeten bei 77,2 und 154 AE erwarten. Man sollte mal die Verteilung der Halbachsen der Kuiper-Gürtelobjekte statistisch untersuchen, ob da nicht in dieser Distanz eine Häufung ist.

Uranus und die Bahnstörungen

Das Zweite war Uranus. Man hatte in 1781 entdeckt und verfolgte ihn seitdem. 1821 wurden erste Bahndaten veröffentlicht. Um 1835 hatte er schon einen Dreiviertel Umlauf durchlaufen und Beobachtungen zeigten, dass die Position am Himmel von der berechneten um +20 Bogensekunden bis 1830 abwich, dann aber plötzlich der Bahn hinterherhinkte und bis 1845 um -60 Bogensekunden von der berechneten Position abwich. 60 Bogensekunden sind ein Dreißigstel des Monddurchmessers. Das klingt nach wenig war damals aber schon präzise zu messen. Etwa zeitgleich bestimmte man z.B. die erste Sternparallaxe und die des nächsten Sterns ist nicht mal 0,7 Bogensekunden groß. Gaia, der neueste ESA-Satellit für die Vermessung des Universums, misst auf 0,000025 Bogensekunden genau.

Daher kamen zwei Astronomen auf die Idee diese Abweichungen könnten durch einen weiteren Planeten verursacht worden sein. Die Verschiebung vom positiven zum Negativen bedeutet, das um 1830 Uranus diesen Planeten überholt hatte, sodass er nun in der anderen Richtung an Uranus zerrte. Die beiden Astronomen waren John Adams und Urbain Le Verrier. Beide wandten dieselbe Methode an, eine Umkehrung der Störungsberechnung. Bei dieser berechnet man im Normalfall, wie ein Körper den anderen in seiner Bewegung stört. Nun versuchten beide, über die Abweichung die Position des Körpers zu berechnen.

John Adams war der Erste. Er hatte schon im Mai 1845 die erste Position berechnet. In der Folge versuchte er mehrmals George Airy zu kontaktieren und ihn von der Wichtigkeit einer suche zu überzeugen. Airy war königlicher Astronom und leitete die Beobachtungen von Uranus, der nach der Entdeckung durch Herschel als englischer Planet galt (Herschel war Deutscher, stand aber in englischen Diensten). Er kam jedoch nicht durch.

Die Suche

In Frankreich hatte etwas später Le Verrier mit seinen Rechnungen begonnen. Er hatte im Juni 1846 seine Berechnungen begonnen. Doch auch er stieß in Paris nicht auf viel Begeisterung. Immerhin gelangte die Kunde nach England. Nun erinnerte sich Airy, dass schon seit Monaten Adams mit genau demselben Anliegen ihn kontaktieren wollte. Airy beauftragte er den Astronomen Challis nach der Suche. Dieser ging diese aber nur halbherzig an und widmete ihr nicht viel Zeit.

In Frankreich erinnerte sich Le Verrier an einen Brief, den ihm der Doktorand Johann Galle zusammen mit seiner Promotionsarbeit geschickt hatte. Le Verrier interessierte sich für den Merkur und der war auch Forschungsgegenstand von Galle bei der Promotion. Galle war nun zum Direktor der Berliner Sternwarte berufen worden. Diese hatte nicht nur einen Frauenhofer-Refraktor, eines der besten Teleskope dieser Zeit, sondern man arbeitete dort auch an den bisher besten Sternkarten, die in deutscher Gründlichkeit hergestellt wurden. Sternkarten waren der Schlüssel für die Suche. Man bestimmte die Koordinaten jedes Sterns im Teleskop und verglich sie mit der auf der Sternkarte. Ein Planet wäre ein nicht verzeichneter Stern. Le Verrier schrieb am 18.9.1946 einen Brief an Galle, der am 23.9.1846 ankam.

Diese schnelle Beförderung halte ich persönlich für die größte Sensation in der Entdeckungsgeschichte. 1846 gab es noch ein vollständiges Schienennetz. 1835 war die erste Eisenbahn in Deutschland gefahren, bis 1942 gab es gerade mal 1000 Eisenbahnkilometer. Ich kann mich an Urlaubspostkarten in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts aus Frankreich erinnern die 130 Jahre später weitaus länger als 5 Tage nach Deutschland brauchten….

Die Entdeckung Neptuns

Neptun, aufgenommen von Voyager 2
Neptun, aufgenommen von Voyager 2

In dem Brief bedankte sich Le Verrier für die zugeschickte Arbeit und bat Galle für ihn nach dem Planeten zu suchen. Dieser müsste mit 3 Bogensekunden Größe sich von einem Stern unterscheiden. Galle machte sich sofort an die Arbeit, obwohl eigentlich Institutsdirektor Encke Geburtstag hatte und es ein Festbankett gab. Galle nahm sich die Gegend um Le Verriers Vorhersagen vor und nach kurzer Zeit gab er seinem Assistenten Louis D‘Arrrest ein Objekt durch, der darauf antwortete „Der Stern steht nicht auf der Karte“. Schnell riefen sie Encke hinzu, der die Entdeckung bestätigte. In den folgenden beiden Nächten überprüften sie, ob sich das Objekt bewegte und am 25.9.1846 schrieb Galle einen Brief an Le Verrier in dem Er die Entdeckung mitteilte. Der machte die gleich bekannt und gab dem Planeten auch gleich einen Namen: Neptun. Die Namensvergabe stand eigentlich dem Entdecker zu doch Galle war damit einverstanden.

Anfang Oktober kam die Nachricht in England an und nun begann ein Konflikt der nationalen Eitelkeiten. Man verwies dort, dass Adams die Position schon Monate vorher erkannt hätte und so eigentlich der richtige Entdecker gewesen wäre. Besonders blamabel war, das Challis wie sich zeigte im Juli und August 1946 und zuletzt am 29.9.1946 mehrmals Neptun beobachtet hatte ihn aber nicht als Planet erkannte, obwohl er am letzten Beobachtungstag „Seems to have a disc“, vermerkte er also keinen Stern gesehen hatte. Das Unbestrittene war aber, das Adams nichts publiziert hatte und Challis nichts entdeckt hatte.

Was ich für viel bedeutsamer halte ist, dass ein französischer Astronom einen deutschen für eine Suche anschreibt. Galle führt sie sofort durch, veröffentlicht nichts und teilt die Entdeckung nur Le Verrier mit. Schließlich gab es noch mehr nationale Ressentiments zwischen Deutschland und Frankreich, das schon damals als Erbfeind galt. Es sollten noch drei Kriege geführt werden, bis sich dies auch bei der Allgemeinheit änderte. Das zeigt das die Wissenschaft damals und ich denke auch heute in Sachen Offenheit und Zusammenarbeit viel weiter als die Allgemeinheit ist.

Wie sich zeigte, wurde Neptun, der bis zu 8,7 Mag hell sein kann, und damit zumindest als Lichtpunkt schon in kleinen Fernrohren sichtbar ist schon sehr oft vorher beobachtet worden, das erste Mal schon von Galilei am 28.12.1613.

Ein Glücksfund

Erst später untersuchte man die Daten genauer. Adams und Le Verrier gingen beide bei ihrer Berechnung von einer Bahn mit 39 AE Entfernung aus. Diese wäre nach der Titus-Bode-Reihe zu erwarten. Bald erkannten sie das diese Bahn nicht zu den Abweichungen passte. So reduzierten beide den Abstand und machten die Bahn elliptisch, wobei das Perihel nahe an der Position Uranus lag die dieser 1846 hatte. Das war eine Vorgehensweise nach „Versuch und Irrtum“: Man bestimmte die Einflüsse auf einer Bahn. Wenn diese nicht zu den Abweichungen passte, musste man die Startposition ändern. Wenn das auch nicht passte, die Bahn ändern.

Le Verrier hatte die Position auf 1 Grad genau berechnet, das sind etwa zwei Vollmonddurchmesser. Adams kam nie so nahe heran. Im September 1945 und Oktober 1845 kam er auf etwa 3 Grad an die wahre Position heran. Doch meistens lag er weit daneben. Neptun wurde bei 327 Grad ekliptikaler Länge gefunden. Adams Angaben schwankten zwischen 315 und 350 Grad. Kein Wunder, das Airy ihn bei so stark schwankenden Werten ihn lange Zeit ignorierte.

Beide lagen mit ihren Bahnen relativ falsch, wie sich später bei der Bahnvermessung herausstellte. Sie kamen nur zur richtigen Vorhersage, weil die Bahnen stark elliptisch waren und das Perihel nahe dem Punkt war, wo Neptun sich damals befand:

Adams Le Verrier Real
Halbachse [AE] 37,25 36,15 30,33
Exzentrizität 0,12062 0,107062 0,009456
Perihel [AE] 32,75 32,28 30,22
Aphel [AE] 41,74 41,24 30,61
Umlaufszeit [Jahre] 227,3 217,4 164,8
Masse [Erdmassen] 50 37 17,2

Der richtige Zeitpunkt

Man kann von einem glücklichen Zufall ausgehen. Wäre Neptun später oder früher gesucht worden, wenn er weiter von Uranus entfernt gewesen wäre, so wäre er mit geringen Störungseinflüssen wohl mit einer Rechnung von Hand nicht gefunden worden. Dazu ist die Umkehrung des Störungsverfahren zu aufwendig. Schon die starke Schwankung von Adams Positionen zeigt das Manko des Ansatzes von versuch und Irrtum. Eventuell hatte auch Le Verrier nur Glück, dass er eine Position errechnete, die stimmte. Die Bahn, die er ansetzte, hatte nichts mit der Neptunbahn zu tun. Aufgrund der größeren Bahn vermuteten auch beide einen größeren Körper. So gab Le Verrier die Größe mit 3 Bogensekunden an, Galle vermerkte, das der Durchmesser 2,2 bis 2,5 Bogensekunden betrug.

Heute sind Adams, Le Verrier und Galle vereint – nach ihnen sind die Hauptringe von Neptun benannt.

England konnte zumindest einen Erfolg verbuchen. Der Bierbrauer Lassell nahm den Planeten mit seinem 60-Zoll-Spiegelteleskop kurz nach Bekanntwerden der Entdeckung ins Visier und entdeckte am 10. Oktober den ersten Neptunmond Triton. Der ist mit 13,5 mag Helligkeit rund 100-mal lichtschwächer als Neptun. Triton ist in den scharfen Refraktoren der Berliner Sternwarte nicht sichtbar. Deren optische Qualität ist zwar besser. Man kann so große Refraktoren aber nicht herstellen, da würden sich die Glaslinsen durch ihr Eigengewicht verformen.

Seitdem sind nun 170 Jahre vergangen. Die Dimensionen des Sonnensystems werden deutlich, wenn man sich klarmacht, dass seit seiner Entdeckung Neptun gerade mal einen Umlauf absolviert hat. Neptun braucht 165 Jahre für einen Umlauf!

4 thoughts on “Die Entdeckung Neptuns

  1. Ich habe mich da in den letzten Monaten eine Sache gefragt:

    Mir ist in aufgefallen, dass beim Vergleich der Medien insbesondere amerikanische Nachrichtensendungen Pluto immer noch als Planet bezeichnen. Anderswo schon überwiegend Zwergplanet oder differenzierter („ehemaliger Planet“).
    Böse Zungen behaupten, dass das daran liegt, dass Pluto der einzige Planet wäre, der von einem Amerikaner entdeckt wurde.
    Ich frage mich, ob da nicht vielleicht doch was dran sein könnte.

  2. Alan Stern, der PI der New Horizons Sonde ist Kopf dieser Bewegung.

    Es ist sicher so wie Du sagt und was kümmern sich Amis den schon um internationale Beschlüsse? weder in der Politik noch Wissenschaft. Sie sind mit zwei Entwicklungsländern auch die einzigen Länder die noch nicht das SI-System bei den alltäglichen Maßeinheiten umgesetzt haben.

  3. Es kümmert mich dann wenn hiesige Journalisten zunehmend amerikanische Presseberichte eins zu eins übernehmen und so kommentarlos auch wieder zu einem Planeten machen.

    Aber das wird vielleicht nicht passieren weil Pluto ja wieder aus den Medien verschwunden ist und wahrscheinlich so bald nicht mehr zurückkehren wird. 🙁

  4. Ach bei uns verwenden selbst multinationale Raumfahrtkonzerne US-Einheiten z.B. beim Spezifischen Impuls die sinnlose Dimension Sekunde für eine Ausströngeschwindigkeit, nur weil die US-Amerikaner das Ergebnis durch lbf (pounds of Force) teilen … Das ist viel schlimmer.

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