Neptun a Galileo

Do historie nahlédneme s astronomem Pavlem Najserem z pražské Štefánikovy hvězdárny. Než se však budeme věnovat přímo Neptunu, musíme se zmínit o objevu jiné planety, která obíhá kolem Slunce o něco blíže. Tou planetou je Uran, objevený roku 1781 Williamem Herschelem.

Pavel Najser: "Při objevu Urana sehrála obrovskou roli stará pozorování z doby dávno před jeho vlastním objevem. Dneska víme, že Uran byl pozorován již více než 100 let před svým objevem Johnem Flamsteedem, později připojili další pozorování například James Bradley, případně Pierre Charles Le Monnier, který ho viděl dokonce dvanáctkrát, ale ani jeden z nich nezaznamenal, že se jedná o planetu. Považovali Urana za hvězdu. Nicméně ty pozice byly velice významné a sehrály obrovskou roli při dalších výpočtech, protože ukazovaly na nesrovnalosti ve vypočtené dráze. Z těchto dlouhých řad pozorování potom bylo možno odvodit polohu rušícího tělesa, což se povedlo dvěma matematikům, Britu Johnu C. Adamsovi a Francouzi Urbainu Le Verrierovi. Na základě vypočtené polohy byla planeta Neptun objevena německými hvězdáři Johannem Gottfriedem Gallem a Heinrichem D'Arrestem na Berlínské observatoři 23. září 1846. Po tomto objevu došlo pochopitelně k určitému pokusu zopakovat historii a začalo se hledat ve starých záznamech, jestli by se nenalezla nějaká pozorování z dřívější doby,která by zase umožnila zpřesnit nějakým způsobem Neptunovu dráhu, případně určit nějaká další rušivá tělesa. Po dlouhých průzkumech se ukázalo, že Neptuna skutečně na svých mapách zaznamenal Jérôme Lalande a to dokonce 14 let po objevu Urana, v roce 1795. Považoval ho však za hvězdu. Stejně tak ho pozoroval ještě v první polovině 19. století John Herschel a krátce před vlastním objevem ještě skotský astronom Johann von Lamont, který působil v Mnichově."

Vůbec poprvé byl však Neptun pozorován ještě mnohem dříve. Svědčí o tom dochované záznamy z pera prvního astronoma, který na počátku 17. století využil k pozorování nebeských těles dalekohledu. Tímto astronomem byl Galileo Galilei. O jeho pozorováních Neptunu nebylo známo vůbec nic až do roku 1980, kdy se tato přelomová informace objevila na stránkách časopisu Scientific American.

Pavel Najser: "S neuvěřitelným zjištěním přišli Kanaďan Drake a Američan Kowal, kteří při studiu pozorování Jupiterových měsíců Galileem Galileim objevili, že i na těchto kresbách byl Neptun zaznamenán. Ta cesta k tomu byla zdánlivě jednoduchá. Oni vyšli z toho, že na přelomu let 1612 a 1613, kdy se Galileo intenzivně zabýval pozorováním Jupiterových měsíců, se Neptun nacházel ve velmi těsné blízkosti Jupitera. V noci ze 3. na 4. ledna 1613 došlo dokonce k zákrytu Neptuna Jupiterem. Stačilo potom velmi pečlivě prostudovat Galileovy deníky, jeho pozorování Jupiterovských měsíců, a skutečně se tam nalezla dvě pozorování, na nichž je zcela prokazatelně zaznamenán Neptun. Ta Galileova pozorování jsou nesmírně zajímavá. Galileo je znám především jako fyzik a renesanční myslitel, ale můžeme říct, že on byl celkově skutečně renesanční osobnost, protože byl také vynikající konstruktér. Vzpomeňme, že byl vlastně první, kdo dokázal zkonstruovat dalekohled, o jehož principu se doslechl. A to nebylo zdaleka všechno. Při těch pozorováních nešlo jen o prosté záznamy nebo nějaké zakreslování. On vyvinul určitý systém zakreslování a proměřování poloh těch měsíců. Takže ty jeho údaje jsou i dnes velice věrohodné. V případě Galileova dalekohledu, který byl v podstatě systémem spojka-rozptylka, nebylo možné použít nějakého mikrometru; to jde pouze u Keplerova dalekohledu, kde už se pozoruje skutečný obraz převrácený. Galielo to vyřešil tím způsobem, že na tubus dalekohledu nasadil jakousi síť, kterou mohl pohybovat po ose dalekohledu. Zatímco pravým okem pozoroval Jupitera, levým okem ho superponoval na tuto síť. Tou mohl pohybovat a přímo na ní odečítat vzdálenosti měsíců od středu planety. Z toho důvodu můžeme říct, že ta pozorování jsou nesmírně přesná."

Galileova pozorování neztratila svůj význam ani dnes - zejména týkají-li se Neptuna. Pomáhají totiž astronomům v dalším zpřesňování Neptunovy dráhy. Kdy a jak Galileo svá pozorování této planety konal?

Portrét Galileo Galilea

Pavel Najser: "K prvnímu pozorování Neptuna došlo 28. prosince roku 1612... Jedním z největších problémů bylo určení Galileových pozorovacích časů. Galileo je udával poměrně složitým způsobem a ne vždycky zcela jednotně. Někdy to bylo takzvaně 'po poledni', ovšem podle tehdejší datové hranice, která byla v poledne našeho času. Takže dejme tomu jeho 15 hodin 40 minut 'po poledni' znamená pro nás 3 hodiny 40 minut v noci následujícího dne. Jindy to určoval například údajem 'po západu slunce' nebo 'před východem slunce', některá pozorování zase spojoval s určitým jevem. Třeba s okamžikem východu Venuše. To všechno dnes moderní výpočetní technika umožňuje velmi přesně spočítat a my víme, že ta pozorování naprosto přesně sedí... Toho 28. prosince Galileo mimo rovinu konfigurace Jupiterových měsíců, která souhlasí s tím, co nám dnes dávají výpočty počítače, zaznamenal hvězdu a směr k ní si v deníku označil čárkovanou čarou. Zakreslil ji až v ohybu deníku (ona by se ostatně ta vzdálenost ani nevešla do celého záznamu) a označil ji jménem fixa, což znamená 'stálice'. Tato pozorování stálic byla u Galilea poměrně častá; na jejich pozadí měl možnost sledovat pohyb celé Jupiterovy soustavy v průběhu, dejme tomu, několika dnů. No a my jednoduchou analýzou můžeme říct, že pozorování z 28. prosince 1612 nebylo pozorování stálice, ale že to bylo pozorování Neptuna... Těch důvodů je několik. Za prvé mohl Galileo Neptuna velmi dobře vidět, protože je to planeta, která má hvězdnou velikost necelé osmé magnitudy a to bylo v dosahu Galileova přístroje. Neptun byl také v zorném poli Galileova dalekohledu a v celém širokém okolí nebyla jediná hvězda, která by mu mohla v tomto směru konkurovat, nebo kterou by si s ním mohl splést. Takže tady je to téměř prokazatelné. Stejné pozorování provedl potom ještě v ranních hodinách a označil ho úplně stejným způsobem... Víme, že Galileo pozoroval hvězdy, přes které mu jakoby soustava Jupiterových měsíců přecházela, i v následujících dnech. On se o to pokusil zřejmě 2. ledna následujícího roku, tedy asi o 5 dní později a zdá se, že tehdy marně tuto stálici hledal. Neptun byl v té době velmi těsně blízko Jupitera a můžeme přijmout hypotézu, že pravděpodobně povětrnostní podmínky a nebo ještě spíše jas Jupitera způsobil, že Galileo Neptuna neviděl. Ale zaznamenal úplně jinou hvězdu západně, a to je jediný případ, kdy pátral po nějaké hvězdě na druhé straně; zřejmě tedy hledal tu hvězdu, kterou viděl 28. prosince. Hvězdu, kterou našel, dnes můžeme velmi přesně podle katalogu identifikovat. K dalšímu pozorování Neptuna došlo zhruba o měsíc později, a to 27. a 28. ledna roku 1613. Tady je to ještě průkaznější a skutečně nesmírně pozoruhodné, protože Galileo kromě toho, že byl přesný měřič a výborný pozorovatel, dělal i velmi přesné záznamy o svých pozorováních. On si všiml, že ta hvězda, která se mu znovu vrátila do zorného pole, a o níž jsme před chvilkou mluvili, se nachází v blízkosti ještě jiné hvězdy. Naznačil spojnici k nim od Jupiterovy soustavy a označil i vzdálenost v Jupiterových poloměrech. Následujícího dne, tedy 28. ledna, připsal do svých poznámek, kde opět naznačil spojnicí dvojici těchto těles, že minulé noci pozoroval tato tělesa také, ale zdála se mu býti dále od sebe! Jeho to muselo uvést v naprostý zmatek, protože ve světě stálic k takovýmto pohybům nedocházelo, to on dobře věděl. Ale tady skutečně velmi přesně změřil, že se za ten jediný den Neptun vůči té hvězdě posunul. Ten záznam je naprosto jednoznačný a Galileovo pozorování je tedy i písemně doloženo."

O dalších Galileových pozorováních "neklidné stálice", kterou byla ve skutečnosti planeta Neptun, žádné záznamy nejsou. Galileo svá pozorování Jupiterových měsíců ukončil a nikdy se k nim již nevrátil. Také Neptun pozvolna změnil svou pozici a Jupiteru se vzdálil natolik, že zmizel i z případného Galileova zorného pole. Jeho první pozorování Neptuna bylo tedy jen souhrou šťastných náhod, zachycenou naštěstí v Galileovských denících, které se dochovaly až do dneška.

Galileův dalekohled|foto: galileo.rice.edu

Pavel Najser: "Ty deníky jsou dnes uloženy v knihovně ve Florencii. Byly učiněny pokusy najít v nich i některá další pozorování v tom časovém intervalu od prosince 1612 do konce ledna 1613, kdy se skutečně Neptun motal v těsné blízkosti Jupitera. Takovýto pokus provedli Myles Standish a Anna Nobili na pozorování z 5. ledna, ale tam je to poměrně dost neprůkazné. Je tam sice v místě, kde by se měl Neptun nalézat, skutečně určitý záznam, ale dneska nelze jednoznačně určit, byť oni se to snaží doložit, že se skutečně jedná o inkoustovou značku. Není stoprocentně průkazné, že by tento záznam byl učiněn Galileem a že nejde jen o kaz na papíru, kterých je v těch denících poměrně velké množství."

Na závěr se vraťme tam, kde jsme začali... I v dráze Neptuna jsou totiž určité poruchy; není taková, jaká by podle propočtů měla být. Jak si to vědci vysvětlují, když vědí, že za Neptunem už žádná velká planeta není?

Pavel Najser: "To je pravda. Původně celá ta práce pánů Kowala a Drakea s odhalením těchto Galileových pozorování směřovala hlavně k tomu. Uvědomme si , že to je pozorování, které jde 234 roků před vlastní objev Neptuna, který oběhne Slunce jednou za 165 let, takže od doby objevu víceméně ještě neukončil ani jeden celý oběh. Ta pozorování jsou nesmírně cenná. V dráze Neptuna jsou nesrovnalosti, které by měly být způsobovány nějakým dalším tělesem a mohly by vést k objevu další planety. Připomeňme si ovšem, že toto bylo předmětem dlouhých zkoumání už v 19. a počátkem 20. století, nejdříve Percivalem Lowellem ve Spojených státech, posléze Williamem Pickeringem, kteří se na základě poruch v Neptunově dráze pokoušeli zopakovat tu Uranovu historii a objevit další těleso. Výsledkem tohoto pátrání byl objev Pluta. Ovšem nebyl to výsledek v pravém slova smyslu, byla to v podstatě náhoda, protože uvažovaná hodnota, která byla vypočítána z těch poruch, vycházela asi na sedminásobek hmoty Země. Pluto má ale jen asi dvě tisíciny hmoty Země, takže ty poruchy v žádném případě nemohly být způsobeny Plutem. Zcela nový pohled do toho vnesla 80. a 90. léta minulého století, kdy se ukázalo, že Pluto není zdaleka jediné těleso v té oblasti za Neptunem, že těch transneptunických těles bude podstatně více a že to jejich gravitační působení na planetu skutečně může být poměrně velmi komplikované. My ani zdaleka nevíme o všech, byť jsou jich už dneska známy stovky, ale stále je to jenom velmi malé procento, protože ta menší jsou mimo dosah astronomických dalekohledů. Ty poruchy v dráze Neptuna mohou být způsobovány právě tímto pásem těles, která se nacházejí za jeho drahou."

Až do roku 1980 neznámý příspěvek astronoma Galilea Galileiho k poznání naší sluneční soustavy vám přiblížil Pavel Najser ze Štefánikovy hvězdárny na Petříně. Chcete-li vidět, jak záznamy v Galileových denících vypadaly, podívejte se na webové stránky našeho magazínu.

Planeta Neptun|foto: NASA

Vysíláno v Planetáriu č. 30/2009, 25. - 31. července 2009 (repríza z února 2008).
Přepis: NEWTON Media, a.s. Redakčně upraveno.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (14:36).