Vulkāns — hipotētiskā planēta un Merkurija perihelija anomālijas skaidrojums
Raksts par Vulkānu — hipotētisku planētu, kas mēģināja izskaidrot Merkurija perihelija anomālijas, un kā Einšteina relativitāte atrisināja šo mīklu.
Vulkāns bija teorētiska planēta. 19. gadsimtā tika uzskatīts, ka planēta riņķo tuvu Saulei. Tās gravitācijas vilkme izskaidrotu izmaiņas, kas novērotas starp Merkurija periheļa virzību un klasiskās mehānikas prognozēto virzību. Teorija par Vulkāna eksistenci radās no agrāka pareģojuma, ka kāda ārējā planēta (tagadējais Neptūns) izraisa līdzīgas izmaiņas Urāna orbītā no klasiskās teorijas paredzētās orbītas.
Nevienā no Vulkāna meklējumiem planēta netika atrasta. Tas lika dažiem cilvēkiem nepiekrist Ņūtona teorijai. Tā rezultātā tika izstrādāta speciālā relativitāte un vispārējā relativitāte. Alberta Einšteina modificētā gravitācijas teorija parādīja, kāpēc Merkurija orbīta mainās bez Vulkāna esamības. Tas atspēkoja Vulkāna teorijas.
Vēsturiskie meklējumi un novērojumi
Vulkāna ideju popularizēja Francijas astronoms Urbēns Le Verrjērs, kurš jau agrāk veiksmīgi paredzēja Neptūna atrašanās vietu, izmantojot perturbācijas analīzi. Kad tika konstatēta neliela atšķirība starp Merkurija periheļa novirzi un Ņūtona gravitācijas prognozēm, tika pieņēmts, ka to var izskaidrot ar vēl vienas, līdz šim nemanītas planētas, pastāvēšanu ļoti tuvu Saulei.
Daži novērojumi šķita atbalstam — 1859. gadā ārsts Edmonds Leskarbō attiecīja novērojumu, kuru Le Verrjērs uzskatīja par iespējamā objekta nepārprotamu tranzītu. Nākamajos gados notika vairāki meklējumi gan ar teleskopiem, gan pārejas novērojumu laikā (saules aptumsumu laikā), tomēr spēcīgu, atkārtojamu pierādījumu par planētas pastāvēšanu neizdevās gūt.
Kāpēc radās šī problēma un kā tā tika atrisināta
Merkurija periheļa novirze no Ņūtona teorijas prognozēm bija ļoti neliela, taču pārliecinoši mērāma: papildu precesija sastādīja aptuveni ≈43 leņķsekundes gadsimtā. Pirms vispārējās relativitātes, tika piedāvātas arī citas skaidrojošas idejas — piemēram, Saules neideāla masveida sadalījuma efekti, saules atmosfēras masas vai nelielas pavadītāju ķermeņu klātbūtne.
Einšteina vispārējā relativitāte deva vienkāršu un precīzu skaidrojumu: telpas un laika liekums tuvumā masīviem ķermeņiem liek orbītām ieiet mazliet atšķirīgā trajektorijā nekā Ņūtona gravitācijai paredzēts, un aprēķinātā relativistiskā pievienotā precesija tieši atbilst novērotajai vērtībai. Tas izskaidroja anomāliju bez nepieciešamības pieņemt jaunu, neredzētu planētu.
Mūsdienu meklējumi pēc «vulkāna» palikušajiem iedzīvotājiem
Lai gan liela planēta Vulkāns nenotika, astronoms kopiena turpināja meklēt iespējamas nelielas asteroīdu grupas iekšpus Mercury orbītas, kuras sauc par vulkānoīdiem (vulcanoids) — mazi ķermeņi, kas varētu stabilizēties ļoti tuvu Saulei. Daudzi mūsdienu instrumenti, tostarp kosmisko zondei piemēroti novērojumi no SOHO un STEREO misijām, kā arī īpaši vērsti optiskie un infrasarkanie meklējumi, līdz šim nav atraduši pārliecinošu pierādījumu par šādu ķermeņu klātbūtni vai atraduši vien neliela izmēra kandidātus, kurus vēl nav apstiprinājuši.
Observāciju ierobežojumi nozīmē, ka, ja vulkānoīdi eksistē, tie, visticamāk, ir ļoti mazi (dažu kilometru diametrā vai mazāki) un grūti pamanāmi intensīvā Saules gaismas tuvumā.
Nozīme zinātnē un kultūrā
Vulkāna hipotēze ir svarīgs piemērs tam, kā novērojumi var novest pie jaunu teoriju izstrādes un kā zinātnes attīstība — šajā gadījumā vispārējā relativitāte — var sniegt fundamentālu izskaidrojumu novērotām anomālijām. Līdz ar to Vulkāna stāsts ir arī ilustrācija, kā tiek pārbaudītas un labotas mūsu fiziskās teorijas.
Vārds «Vulkāns» (angļu valodā «Vulcan») dažkārt parādās arī literatūrā un popkultūrā (piemēram, zinātniskās fantastikas darbos), taču šīs atsauces parasti ir neatkarīgas no astronomiskās hipotēzes par 19. gadsimta «Vulkānu».
Secinājums: mūsdienu fizika un novērojumi liecina, ka liela planēta Vulkāns pie Saulei iekšējām orbītām neeksistē; Merkurija periheļa anomālija ir veiksmīgi izskaidrota ar Einšteina vispārējo relativitāti, bet meklējumi pēc nelieliem «vulkānoīdiem» turpinās.
Jautājumi un atbildes
J: Kas bija Vulkāns?
A: Vulkāns bija teorētiska planēta, par kuru 19. gadsimtā tika uzskatīts, ka tā riņķo tuvu Saulei.
J: Kāds bija Vulkāna pastāvēšanas mērķis?
A: Tika uzskatīts, ka Vulkāna gravitācijas spēks varētu izskaidrot izmaiņas, kas novērotas starp Merkurija perihelija virzību un klasiskās mehānikas prognozēto virzību.
J: Kāpēc pastāvēja Vulkāna teorija?
A: Vulkāna teorija radās no agrākas prognozes, ka kāda ārējā planēta (tagad Neptūns) izraisa līdzīgas izmaiņas Urāna orbītā, kas atšķiras no klasiskās teorijas prognozētās orbītas.
J: Vai Vulkāna pastāvēšana kādreiz tika apstiprināta?
A: Nē, nevienā no Vulkāna meklējumiem planēta netika atrasta.
J: Kāda ietekme uz zinātnieku sabiedrību bija Vulkāna neatrašanai?
A: Vulkāna neatrašanas dēļ daži cilvēki nepiekrita Ņūtona teorijai, un tas noveda pie speciālās relativitātes un vispārējās relativitātes izstrādes.
J: Kas izstrādāja modificētu gravitācijas teoriju, kas atspēkoja Vulkāna teorijas?
A: Alberts Einšteins izstrādāja modificētu gravitācijas teoriju, kas parādīja, kāpēc Merkurija orbīta mainās bez Vulkāna esamības.
J: Kāds bija Vulkāna teorijas galīgais rezultāts?
A: Alberta Einšteina izstrādātā modificētā gravitācijas teorija galu galā atspēkoja Vulkāna teorijas.
Meklēt