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L'astronomo William Herschel scoprì Urano nel 1781. Fu il primo pianeta ad essere scoperto attraverso un telescopio e il primo che non era stato sotto costante osservazione fin dai tempi antichi. Negli anni successivi alla sua scoperta, gli astronomi hanno seguito con molta attenzione il nuovo pianeta. Scoprirono perturbazioni nella sua orbita, alcune delle quali potrebbero essere spiegate dagli effetti gravitazionali di pianeti noti come Giove e Saturno, mentre altri portarono alla scoperta del pianeta Nettuno finora sconosciuto.
Dinamica del sistema solare
Al momento della scoperta di Urano, le leggi fisiche che regolano la dinamica del sistema solare erano ben comprese. L'unica forza coinvolta è la gravità, che può essere combinata con le leggi del moto di Newton per fornire una descrizione matematica completa delle orbite planetarie. Le equazioni risultanti sono estremamente rigorose, consentendo di prevedere il movimento di un pianeta attraverso il cielo con un alto grado di precisione. Ciò era già stato fatto per i pianeti precedentemente noti, ed era stato fatto per Urano entro due anni dalla sua scoperta.
Discrepanze orbitali
Inizialmente, il movimento di Urano sembrava seguire molto bene le previsioni. A poco a poco, tuttavia, la posizione osservata del pianeta iniziò a divergere dalla sua posizione prevista. Nel 1830 la discrepanza era più di quattro volte il diametro del pianeta e non poteva più essere ignorata. Una spiegazione, favorita da alcuni astronomi, fu che la formulazione della gravità di Newton era in errore, risultando in previsioni approssimativamente ma non esattamente corrette. L'unica altra possibilità era che un oggetto sconosciuto stesse orbitando da qualche parte nelle parti esterne del sistema solare.
Predire un nuovo pianeta
I calcoli originali dell'orbita di Urano hanno tenuto conto degli effetti gravitazionali di tutti gli oggetti noti nel sistema solare. L'effetto principale era del sole, ma c'erano effetti perturbanti dai pianeti giganti Giove e Saturno. La discrepanza osservata suggeriva che c'era un altro grande pianeta in attesa di essere scoperto oltre l'orbita di Urano. In teoria, l'orbita di questo pianeta non scoperto potrebbe essere calcolata con ragionevole precisione sulla base delle perturbazioni osservate nella posizione di Urano. Questi calcoli furono eseguiti nel 1843 da un astronomo inglese, John Couch Adams, ma sfortunatamente il loro significato non fu riconosciuto in Inghilterra al momento.
La scoperta di Nettuno
Calcoli molto simili a quelli di Adams furono eseguiti da uno scienziato francese, Urbain Le Verrier, poco dopo. Usando le figure di Le Verrier, gli astronomi dell'Osservatorio di Berlino scoprirono il pianeta previsto nel 1846, e successivamente gli fu dato il nome di Nettuno. In seguito alla scoperta di Nettuno e fino al 20 ° secolo, ci furono controversie sul fatto che la sua esistenza spiegasse completamente le perturbazioni residue nell'orbita di Urano. Ma la maggior parte degli astronomi oggi crede che questo sia davvero il caso.