Bővült a bolygók családja!

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Nagy nap a csillagászat történelmében 1781. március 13-a. Éppen 240 évvel ezelőtt, ezen az estén, tíz és tizenegy óra között pillantotta meg először Sir William Herschel azt a halvány zöldeskék pontot, melyet ma Uránusznak nevezünk.

Újabb és újabb megfigyelések alapján levonta azt a következtetést, hogy az objektum mozog, vagyis nem egy állócsillagról van szó. Nemsokkal később bejelentette az angol Királyi Társaságnak egy új üstökös felfedezését. A korban egy kométa felfedezése már nem izgatta volna fel a tudományos közösséget, de ez az egy egészen különös tulajdonsággal rendelkezett. A korban megfigyelhetőkkel szemben ugyanis az új égitest csak lassan bandukolt égi útján, pedig fényessége közeli objektumra utalt.

Herschel az Uránusz lassú mozgása miatt nem tudott pályaelemeket számolni, így nem ismerte fel, hogy az égitest majdnem körpályán kering a Nap körül, mely nem jellemző az üstökösök többségére. Az Uránusz napkörüli pályájának pontos meghatározásához tehát még várni kellett, hogy elegendő utat tegyen meg.

Forrás: https://wellcomecollection.org/works?query=V0002731&wellcomeImagesUrl=/indexplus/image/V0002731.html

A szükséges számításokat a svéd-finn Anders Johan Lexell végezte el nem sokkal később, melyhez korábbi észleléseket használt fel. Elsőre megrökönyödhetünk, hogy hogyan tette ezt, ha a bolygót éppen csak felfedezték. Gyakori jelenség a csillagászatban, hogy az első megfigyelések jóval megelőzik az égitest felfedezését. Ez különösen igaz az Uránusz esetében, mely 5,7 magnitúdós maximumfényességével akár szabad szemmel is látható.
Jelen esetben ugyan nem igaz a sokat ismételgetett frázis, hogy „már a görögök is ismerték”, de az első lehetséges Uránusz-megfigyelést mégis az ókor kikerülhetetlen és igen tehetséges csillagásza, Hipparkhosz (Kr.e. ~190-120) végezhette el. Munkássága a hellenizált világ tudományának egyik csúcsteljesítménye. A niceai csillagász többszáz év (!) megfigyelési adataira támaszkodott kutatásaiban, mely elsősorban a babiloni papok asztrológiai hagyatéka volt. Emellett természetesen több, korábbi görög csillagász megfigyeléseit is felhasználhatta. Ezen adatok alapján, és az általa megalkotott új matematikai eszközökkel felszerelkezve (a gömbi geometriában tett néhány alapvető felfedezést) kifejlesztette az első igazán megbízható napfogyatkozás előrejelző módszert. Érdekesség, hogy számításait heliocentrikus (vagyis a kor felfogásával szemben a Napot középpontba helyező) modell szerint végezte, bár annak fizikai valóságalapját végül elvetette, mivel a bolygók pályái nem körnek adódtak benne.

A fenti képen Sir William Herschel és leánytestvére, Caroline Herschel, akit a világ első csillagásznői között tartanak számon. William Herschelt, akit felfedezéséért lovaggá ütöttek nemcsak az Uránusz felfedezése tette híressé. Többek között létrehozta a Tejútrendszer első korong alakú térképét, felfedezte az infravörös fényt, felfedezett számos naprendszerbeli holdat, valamint kiváló zeneszerző volt. 

Hermann Göll 1876-os ábrázolásán Hipparkhosz látható az alexandriai csillagvizsgálójában. A csillagász természetesen nem használhatott távcsövet, hiszen azt jóval halála után találták fel. A mellette látható armilláris szférát viszont biztosan használta, sőt valószínűsíthetőleg ő maga találta fel.

Szintén a sokévszázados táblázatok segítségével elsőként fedezte fel a Föld precesszióját, és annak értékét évszázadonként legalább egy fokra becsülte, mely elképesztően pontos volt (a valós érték 1,38°). A precesszió a Föld tengelyének vándorlása, mely a tavasz- és őszpont elmozdulását eredményezi. Mivel a csillagok pozícióját ezen pontokhoz mérten adták meg már akkor is, így a csillagok koordinátái folyamatos változást mutatnak. Amennyiben egy többszáz éves csillagkatalógusban megkeressük egy csillag helyzetét, akkor mindig „hibás” adatot találunk. A jelenség azonban igen hasznos is, ugyanis így kiszámolható a csillagkatalógushoz készített mérések elvégzésének időpontja. Egy ismeretlen keltezésű katalógus datálásában ez nagy segítséget adhat, mint azt később látni fogjuk.

Hipparkhosz munkásságának mégis talán egyik legnagyobb érdekessége, hogy a több mint 1000 csillagot tartalmazó katalógusában feltehetőleg az Uránusz is szerepel. Biztosat nehéz mondani, mivel Hipparkhosz majdnem összes munkája elveszett. Legalább tizennégy könyvéből is mindössze néhány kommentár maradt ránk. Hatalmas csillagkatalógusából egyetlen egy érték ismert biztosan, a Regulus csillag hosszúsága. Ezen egyetlen érték mégis fontos lesz a lehetséges Uránusz észlelésünk azonosításának szempontjából. Ennek oka, hogy Hipparkhosz táblázatának egyfajta módosítása valószínűleg ránk maradhatott Ptolemaiosz fő művében. A több mint háromszáz évvel később élt alexandriai csillagász írta meg az Almageszt („arabosított” görögül annyit tesz: A Nagy Könyv) néven emlegetett csillagászati összefoglalóját, mely egészen a 17. századig alapműnek számított.

Az Almageszt fontos építőköve egy csillagkatalógus, mely azonban szisztematikus hibát mutat. A megadott értékek eltérése alapján a méréseket több száz évvel korábban végezhették. A precesszió figyelembevételével megállapítható, hogy körülbelül Hipparkhosz korában készülhettek a megfigyelések. Így több érv is amellett szól, hogy pont ő volt az eredeti észlelő. Például Ptolemaiosz példaképének tartotta a niceai csillagászt, illetve könyvében közel ugyanannyi csillag került felsorolásra, mint az elveszett műben. A legfontosabb érv mégis, hogy a fent említett Regulus csillag Hipparkhosz által megadott értéke megfelel a Ptolemaiosz által megadottal. Mindezek alapján erősen gyanítható, hogy az Almagesztben szereplő táblázat valamely módosulata a Hipparkhoszénak.

Részlet az Almageszt latin fordításának 1515-ös kiadásából. A képen látható oldal Hipparkhosz egyik mérését részletezi, mellyel a Nap távolságát igyekezte kiszámolni. Hipparkhosz – egy korábbi számolása alapján – a Hold távolságát (legalább) 71 fölsugárra becsülte, mely igen közeli a valós 81 értékhez. A könyvben itt részletezett helyen a Nap távolságát igyekezett kimérni.

A ptolemaioszi táblázat persze nem tökéletes. Néhány csillag pozíciójában elírás szerepel, (hasonló jóval később is előfordult, például Messier katalógusának is több példánya évszázadokra „elveszett” ilyen hibák miatt) egy csillag pedig biztosan nem létezik, mely a B513 vagy Virgo 17 nevet viseli. Érdekes és feltehetően nem véletlen egybeesés, hogy Kr.e 128 márciusában a nem létező B513 helyétől 28’ távolságra haladt el az Uránusz, pontosan akkor, amikor Hipparkhosz a méréseit végezte (például az említett Regulus észlelésről tudjuk, hogy 129 és 128 nyári napfordulói között készült). A majdnem fél fokos eltérés ugyan nagynak tűnhet, de más csillagok esetén is előfordulnak hasonló hibák. A pozíció mellett fontos hasonlóság a B513 és az Uránusz között, hogy mindkettő igen halovány. Mint fent említettük, az Uránusz legnagyobb fényességekor is alig látható, akár csak a B513, melyet Ptolemaiosz a leghalványabb kategóriába helyezett.

Mindezek alapján ki is jelenthetjük, hogy a B513 az Uránusz? Biztosat természetesen nem mondhatunk kétezer év távlatából, de az ismert tények mindenképpen ebbe az irányba mutatnak. Emellett más magyarázatot egyelőre nem ismerünk arra, hogy mi lehetett a B513 csillag.

A következő lejegyzett megfigyelésig közel két évezredet kellett várni. Mikor felmerült, hogy a Sir William Herschel által megtalált objektum bolygó lehet, akkor a csillagászok a már évszázadok óta rendszeresen készített csillagkatalógusokban kezdték keresni a feltételezett új bolygót. Sokan sok lehetőséget felvezettek, lehetséges megfigyelőként felmerült Tycho Brahe, Johann Hevelius, John Flamsteed és Tobyas Mayer neve is. Mára huszonkét lejegyzett Uránusz megfigyelést fogadunk el, melyek mind 1690 és 1771 között születtek. Érdekesség, hogy Flamsteed három egymást követő nap is észlelte az Uránuszt. Mégsem jött rá, hogy bolygót lát, a túl kicsi elmozdulás miatt.

Herschel felfedezése után elsőként a már fent említett Anders Johan Lexell és Johann Elert Bode használt fel a huszonkettő korábbi Uránusz észlelés közül néhányat a bolygó pályájának megállapításához. Számításuk bizonyossá tette a korábban még csak sejtett tényt. Az Uránusz bolygó, közel körpályán kering a Nap körül! Nem kis meglepetés volt, hogy több bolygó is kering a Naprendszerben a korábban ismerteken kívül. Több ezer év után először bővült a sor!

Gyorsan felmerült a névadás problémája. Természetesen Herschelt kérték fel a megtisztelő feladatra, aki a Georgium Sidus, vagyis György csillaga nevet adta az új bolygónak. III. György Anglia királya volt, és Herschel támogatója. A felfedező így magyarázta névadását:

„A régmúlt legendás idejében Merkúrról, Vénuszról, Marsról, Jupiterről és Szaturnuszról kapták neveiket a bolygók, mivel ők voltak a kor hősei és istenei. A jelenlegi filozofikusabb időkben nem szabadna feltámasztani ugyanezt a metódust és Júnóról, Pallaszról, Apollóról vagy Minerváról elnevezni az újonnan felfedezett égitesteket. Egy konkrét esemény legfontosabb jellemzője az időpontja: amennyiben valaki megkérdezi, hogy mikor találták meg a legutóbb felfedezett bolygót, akkor mindenki tudná, hogy harmadik György idejében.”

III. György brit uralkodó. Herschel legnagyobb támogatója volt, ezért a csillagász róla nevezte el az Uránuszt.

A Brit-szigeteken kívül természetesen nem lett népszerű az ötlet, így hamar új javaslatok születtek. Erik Prosperin a Neptunusz nevet javasolta, a római isten után. Az angolok ennek is örültek, mondván, hogy a tengeristen neve a brit hadiflotta győzelmeire utal, melyeket az amerikai szabadságharcban aratott. Fel is vetették a „Neptunusz III. György” illetve a „Neptunusz Nagy-Britannia” nevet. Érthető okokból a Neptunusz név sem lett népszerű. A francia Jérôme Lalande békítő szándékkal a Herschel nevet javasolta.

A végül a győztesen kikerült Uránusz nevet Bode javasolta, de teljes elterjedésére hetven (!) évet kellett várni. Bode indoklása nagyszerű volt. Elsősorban a korábban javasoltak többségével ellentétben az Uránusz név nem lóg ki a korábbi bolygónevek közül, másrészt igen elegáns mintázatot folytat. A Naprendszer bolygóin kifelé haladva egész kis családfát kaphatunk. A latin mitológiában Mars apja Jupiter, Jupiter apja Szaturnusz. Ebbe a sorba kapcsolódik be Uránusz, aki Szaturnusz apja és az ég megtestesítője, melyhez a bolygó színe is illik. Érdekesség, hogy a nagy névadási vita közepette fedezte fel Martin Klaproth az urániumot. Ő Bode pártján volt, támogatását pedig az új elem hasonló elnevezésével fejezte ki.

Az Uránusz a Voyager 2 űrszonda felvételén. Ezen a felvételen a színe nem pontosan egyezik meg az égivel, de kistávcsőben ahhoz elég hasonló. Kép forrása: NASA/JPL

Az Uránusz elnevezés az 1850-es évekre vált kizárólagossá a legtöbb nyelvben, néhányban azonban nem ragadt meg. Például a kínai, japán, koreai és vietnámi nyelvekben az Égkirály csillaga elnevezést kapta, révén, hogy a görög és római mitológiában Uránusz az ég istene. Érdekesség, hogy a hawaii nyelvben megmaradt a Hele’ekala név, mely a Herschel név módosulata (az ottaniak nehezen tudnak több mássalhangzót egymás után kiejteni, ennek megfelelően könnyítették és módosították a hangzást).

A felfedezés természetesen jelentős utórengéseket váltott ki. Az Uránusz nevet javasló Bode ugyanis (több más csillagásszal együtt) felismerte a ma Titius-Bode szabályként ismert összefüggést, mely szerint a bolygók meghatározott függvény szerint helyezkednek el a Naprendszerben. A szabályt sokan véletlennek gondolták, de az Uránusz pontosan ott keringett, ahol a Titius-Bode szabály szerint kell neki (pontosabban attól 2%-kal tér el). A törvény egy másik előrejelzése volt, hogy a Mars és a Jupiter között kell lennie még egy ismeretlen bolygónak. Az Uránusz pályája által megerősített szabály alapján kezdődött meg a szisztematikus kutatás, melyet siker koronázott. 1801 január elsején Giuseppe Piazzi felfedezte az előrejelzett távolságban a Cerest, melyet a Plutohoz hasonlóan sokáig a bolygók közé soroltak. Mára ugyan egyértelművé vált, hogy a Titius-Bode szabály csupán empirikus törvény és nem fizikai szükségszerűség hozta létre (megjegyzendő, hogy energetikai okai lehetnek a létezésének), mégis a csillagászok számára nagy segítséggel szolgált a korban.

A Ceres a NASA Dawn szondájának felvételén, melyet 1801-ben az Uránusz által megerősített Titius-Bode szabály alapján találtak meg. Kép forrása: NASA/JPL

A felfedezés másik következménye a következő külső bolygó megtalálása lett, mely végül megkapta a Neptunusz nevet (révén Uránusznak nem volt apja). Az Uránusz pályáját először kiszámító svéd-finn Lexell igen érdekes dologra lett figyelmes, hiszen annak mozgásában érdekes szabálytalanságok jelentkeztek. Ezek részletes vizsgálata alapján feltételezte, hogy az Uránuszon túl még egy nagyobb égitestnek kell elhelyezkednie. A feltételezést ekkor még nem követte alapos kutakodás, mivel a később Neptunusznak elnevezett bolygó pontos elhelyezkedését még nem számolta ki.

Ezt később a francia Urbain Le Verrier tette meg. Számolása a 19. század egyik legfontosabb és legcsodálatraméltóbb eseménye. Az Uránuszról készült, már több évtizedes észleléseket felhasználva kiszámolta a feltételezett új bolygó helyzetét. Számításait megmutatta a Berlinben dolgozó Johann Gottfried Galle-nak, aki az előrejelzett helytől mindössze egy fok távolságra megtalálta a Neptunuszt, a keresésnek legelső éjszakáján! Az égi mechanika igazi diadala volt az esemény! Az Uránusz pályájának apró változásaiból kimutathatták a Neptunusz gravitációs hatását, ennek alapján pedig a helyzetét.

A Neptunusz a Voyager 2 felvételén. A Neptunuszt az Uránusz pályájának szabálytalanságai alapján fedezték fel. Kép forrása: NASA/JPL

Az Uránusz azóta is kiemelt célpontja a csillagászoknak, ám hatalmas távolsága miatt, mindössze egyetlen űrszonda látogathatta meg. Az idén 35 éve történt elrepülésről egy korábbi cikkünkben emlékeztünk meg. A pompás türkizzöld színű jeges óriás jelenleg éppen a Kos csillagképben tartózkodik, este hét óra körül még kellemes, 30 fokos magasságban látszik az égen. Ha tiszta falusi egünk van, egy csillagtérkép segítségével magunk is megpróbálkozhatunk a bolygó szabad szemes észlelésével, emlékezve Hipparkhosz úttörő munkájára.

Szerző: Soós Benjamin, Tudományos segédmunkatárs / Bemutató csillagász 
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

📸 A borítókép forrása: https://spaceplace.nasa.gov/uranus/en/ 

Tetszett a cikkünk? Olvasd el ezt is: A magas égbolt alvilági folyója