L'ASTRONÒMICA

 Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Joan Miquel González, 11 de febrer de 2026.

---

Neptú és aquell planeta del sistema solar que es va descobrir primer amb un paper i una ploma, fent càlculs matemàtics, i que posteriorment es va observar exactament en la regió del cel on s’havia predit que havia de ser. I, efectivament, allà es va trobar. Aquesta és la història clàssica que s’ha explicat.

Potser també us sona el nom de Urbain Le Verrier, el matemàtic francès que va fer aquests càlculs. Posteriorment, a Observatori de Berlín, Johann Galle, amb l’ajuda d’un estudiant en pràctiques, va observar per primera vegada aquest planeta. Però la realitat és que la història és molt més controvertida que aquesta simple narració.

Parlem, doncs, de Neptú, el vuitè planeta del sistema solar. Alguns de vosaltres potser en vau estudiar nou, quan Plutó encara era considerat un planeta. Això ja ens mostra que la definició de què és un planeta ha anat canviant al llarg del temps. Però encara abans, en coneixíem menys.

El Sistema Solar ancestral

Si volem parlar del descobriment d’un nou planeta, hem de començar pel principi, és a dir de com la humanitat ha entès el sistema solar al llarg de la història. Podem parlar del que he anomenat el sistema solar ancestral, o visual. Si ens remuntem molt enrere en el temps, podem anar a una cova prehistòrica amb pintures rupestres. En una d’aquestes pintures hi veiem un bou, però en altres representacions del mateix conjunt de coves observem detalls molt curiosos.

Per exemple, les banyes del bou ens recorden la constel·lació de Taure. Si ens hi fixem bé, a la dreta del Taure hi ha el cúmul de les Plèiades. Justament, alguns investigadors han proposat que uns punts que apareixen dibuixats sobre el cap del bou podrien representar aquest cúmul. També hi ha qui suggereix que altres punts podrien correspondre al cúmul de les Híades (figura 1).

Figura 1. Pintura rupestre a la cova de Lascaux

En altres pintures de la mateixa cova trobem representacions semblants. Una figura antropomorfa podria correspondre a la constel·lació d’Orió, i una altra figura molt brillant podria ser Sírius. Si pensem que aquestes pintures tenen uns 30.000 anys d’antiguitat, això indicaria que els nostres ancestres ja observaven el cel amb molta atenció.

Tot això ens mostra que, ja des de l’antiguitat, els humans ens fixàvem en el cel. Ara bé, els planetes visibles a simple vista són només aquells amb una brillantor suficient: Júpiter, Mart, Saturn, Venus i Mercuri. La resta de planetes, com Urà i Neptú, que avui sabem que existeixen, no eren coneguts pels nostres ancestres perquè són massa poc brillants per ser vistos sense instruments.

A més, sabem que els planetes es mouen de manera diferent de les estrelles. En algun moment de la història, la humanitat va ser conscient que hi havia punts de llum que es desplaçaven respecte al fons estel·lar.

També tenim altres exemples arqueològics, com la Venus de Laussel, on es veu una figura que sosté una banya amb forma de lluna, amb tretze marques gravades. Sabem que en un any solar hi ha aproximadament tretze cicles lunars, cosa que indica que ja al Paleolític es feia un seguiment dels cicles celestes. El mateix passa amb la placa de Blanchard, on trobem marques que també es poden associar als cicles de la Lluna.

 Si avancem molt més en el temps, arribem al sistema ptolemaic, amb els seus epicicles, que intentava explicar el moviment aparent dels planetes a la volta celeste. En aquell model, les estrelles estaven fixades en una esfera immòbil, mentre que els planetes seguien trajectòries complexes (figura 2)

Figura 2. Sistema Solar ptolemaic

Més endavant, amb Nicolau Copèrnic, apareix el model heliocèntric, on el Sol es trobava al centre de l’Univers i els planetes giraven al seu voltant. La Terra era un més dels planetes.

El descobriment d’Urà

El descobridor d’Urà va ser William Herschel. Herschel és una figura molt curiosa perquè no era astrònom de professió, sinó un astrònom amateur. De fet, la seva professió principal era la música: componia simfonies i tenia diverses obres publicades. Va ser contemporani de Mozart, i compaginava la seva passió per la música amb l’observació del cel.

Aquesta imatge que veieu és la portada d’un disc de música clàssica amb un recull de les seves simfonies (figura 3), per si a algú li interessa escoltar-les mentre observa el cel. De fet, ell donava classes de música a casa seva, i es recull que alguns dels seus alumnes deien que, més que un professor de música, semblava un astrònom, perquè quan arribaven a casa seva, l’aula on feien les classes estava plena de telescopis i de mapes celestes.

Figura 3. Portada d’una simfonia de William Herschel

Volia remarcar això perquè, ja que som una agrupació d’astrònoms amateurs, William Herschel, el descobridor del planeta Urà, també era un astrònom amateur.

A banda d’això, Herschel és molt conegut perquè va perfeccionar de manera extraordinària la tècnica de construcció de telescopis. De fet, quan descobreix Urà —ara ho explicarem—, fins i tot alguns astrònoms professionals d’Anglaterra no s’acaben de creure que els seus instruments fossin tan bons com realment eren. Amb el temps es fa molt famós i arriba a construir telescopis molt importants, fins i tot per a l’Observatori Astronòmic Nacional, on encara avui es pot veure un telescopi seu si algú de vosaltres ha visitat aquest observatori a Madrid.

Un dia, com a bon astrònom amateur, estava observant el cel dins d’un programa d’observació d’estrelles dobles. De sobte, s’adona que hi ha una estrella una mica diferent: no és puntual, sinó que presenta un petit disc. No sabem del cert si ja en aquell moment aprecia el seu color lleugerament blavós, però sí que veu clarament que no és una estrella normal. Inicialment pensa que podria ser un cometa, ja que aquests tenen un aspecte més difús.

El primer que fa és comunicar-ho a les autoritats científiques de l’època a Anglaterra, anunciant que ha descobert un cometa. Amb el pas dels dies observa que l’objecte canvia de posició, cosa que reforça aquesta hipòtesi, ja que els cometes són cossos que orbiten el Sol. Tanmateix, al cap d’uns dies, un astrònom rus calcula la seva òrbita i s’adona que no es tracta d’un cometa, sinó d’un planeta. Així és com Herschel passa a la història com el descobridor d’un nou planeta del sistema solar: Urà.

Aquí passa una cosa curiosa que després veurem que també passarà en el cas de Neptú, i que sovint s’ha exagerat. En aquell moment no existia cap autoritat internacional com l’actual Unió Astronòmica Internacional, que reguli els noms dels planetes i dels nous descobriments. Durant un breu període, aquest nou planeta es coneix informalment com el “planeta Herschel”, en honor al seu descobridor. La cosa, però, es complica una mica més perquè el mateix Herschel proposa anomenar-lo Georgium Sidus, és a dir, “l’estrella de George”, en honor al rei George III. Evidentment, des del continent europeu això no agrada gens: molts astrònoms es queixen que no té sentit posar el nom d’un rei anglès a un planeta que és patrimoni de tota la humanitat.

Amb el temps s’acaba imposant el nom d’Urà. I no només perquè segueix la tradició mitològica, sinó també perquè té una coherència simbòlica molt clara: en la mitologia grega, Urà és el pare de Saturn, i Saturn és el pare de Júpiter. Tenint en compte l’ordre dels planetes, el nom encaixa perfectament. Finalment, el nom s’imposa per ús generalitzat.

Aquest descobriment provoca un canvi de paradigma molt important: s’ha descobert un nou planeta al sistema solar, i això obre la porta a pensar que potser n’hi ha més, encara per descobrir. En aquest context apareix la coneguda llei de Titius-Bode. Aquesta llei, formulada per Johann Daniel Titius i Johann Elert Bode, observa que les distàncies dels planetes respecte al Sol semblen seguir un cert patró matemàtic. Sense entrar ara en massa detalls tècnics, si s’aplica aquesta fórmula, es veu que la distància dels planetes encaixa força bé amb les observacions conegudes.

Quan es descobreix Urà, aquest planeta també encaixa dins del patró predit per la llei. En els gràfics que es fan, la línia que representa les distàncies reals dels planetes i la que representa la predicció de la llei coincideixen sorprenentment bé (figura 4). Però aleshores els astrònoms s’adonen d’una cosa molt interessant: entre Mart i Júpiter, segons aquesta llei, hi hauria d’haver un planeta.

Figura 4. Llei de Titius-Bode i posició dels planetes

Potser alguns de vosaltres ja esteu lligant caps. Efectivament, un grup d’astrònoms europeus, encapçalats pel baró Franz Xaver von Zach, decideixen organitzar-se per buscar aquest planeta hipotètic. Es fan anomenar la “policia celestial”, o Himmelspolizei en alemany. El que fan és dividir-se el cel en sectors, centrant-se especialment en la zona del zodíac, és a dir, el pla de l’eclíptica, que és on s’esperaria trobar un planeta del sistema solar.

Es divideix el cel en 24 sectors de 15 graus cadascun. Cada sector queda assignat a un astrònom europeu diferent, que s’encarrega d’observar exclusivament la seva zona concreta per detectar si algun punt de llum es mou respecte al fons d’estrelles. Si això passava, voldria dir que s’havia descobert aquell planeta que semblava faltar, la peça que completava el trencaclosques.

Mentre aquest projecte s’està organitzant, un astrònom italià, Giuseppe Piazzi, des de Sicília, descobreix un nou objecte just a la distància on la llei de Titius-Bode predeia que hi havia d’haver un planeta. Aquest objecte és Ceres, que es troba al cinturó principal d’asteroides. Tot sembla encaixar perfectament: la llei prediu un cos en aquella posició i, efectivament, se’n descobreix un.

Però aquí és on la història comença a torçar-se. Al cap de poc temps es descobreixen altres objectes en aquella mateixa regió, com Vesta i Pallas. A mesura que es van estudiant millor, s’observa que tant Ceres com aquests altres cossos tenen una mida relativament petita, molt inferior a la que s’esperaria d’un planeta com els coneguts fins aleshores. Això no acaba d’encaixar amb la idea que s’hagi descobert un nou planeta.

En aquest context, William Herschel, que ja era una autoritat en astronomia després del descobriment d’Urà, proposa anomenar aquests nous cossos asteroides, ja que tenen aparença d’estrella: es veuen com a punts de llum, no com a petits discs, tal com passava amb Urà, que sí que mostrava una certa extensió.

Mentre tot això està passant, els astrònoms s’adonen que l’òrbita d’Urà presenta un comportament estrany. La seva posició observada al llarg del temps no segueix exactament la trajectòria que prediuen els càlculs. En altres paraules, Urà presenta irregularitats orbitals.

Davant d’això, es plantegen diverses possibles explicacions. La primera és que les pertorbacions gravitatòries provocades per Saturn i Júpiter no estiguin ben calculades, i que calgui una matemàtica més precisa per explicar aquestes anomalies. Una altra hipòtesi és que un cometa hagi impactat contra Urà i n’hagi alterat l’òrbita - una idea que en aquell moment no era del tot descartable-. Una tercera possibilitat, que ningú no desitja gaire, és que la llei de la gravitació universal de Newton deixi de complir-se als confins del sistema solar, cosa que obligaria a replantejar la teoria de la gravetat. I encara es proposen dues explicacions més: una és que l’espai no sigui completament buit, sinó que existeixi algun tipus d’èter o medi que provoqui una fricció lleu i alteri el moviment d’Urà; i l’altra - que finalment serà la correcta- és que existeixi un planeta més enllà d’Urà, molt més llunyà i massiu, que amb la seva gravetat pertorbi l’òrbita d’aquest planeta.

Tot això té una contrapartida matemàtica molt clara. L’astrònom Alexis Bouvard publica l’any 1821 unes taules amb les posicions que, segons els càlculs, hauria de tenir Urà al llarg del temps. Amb els anys, però, les diferències entre les posicions observades i les predites van augmentant: cap al 1830 ja són d’uns trenta segons d’arc, i el 1832 superen el minut d’arc.

Això és molt greu des del punt de vista astronòmic, perquè indica clarament que hi ha alguna cosa que no s’està entenent bé. Malauradament, Bouvard mor l’any 1843 sense arribar a saber quin és el motiu real d’aquesta trajectòria anòmala.

George Biddell Airy, que era una autoritat molt reconeguda dins la ciència britànica, l’any 1832 publica un informe per a la British Association for the Advancement of Science en què afirma que el problema d’Urà constitueix una de les grans dificultats de l’astronomia del moment, és a dir, un dels seus principals reptes científics.

Adams

John Couch Adams era un jove anglès nascut a Cornualla l’any 1819, en una família humil. Des de ben petit destaca com un prodigi de les matemàtiques. Hi ha un episodi molt citat en la literatura sobre aquest descobriment segons el qual, amb només onze anys, en un concurs de matemàtiques, resol una equació que ni tan sols el seu professor és capaç de solucionar. Ja des de molt jove, doncs, apunta maneres.

Figura 5. John Couch Adams

També s’interessa aviat per l’astronomia. Com molts de nosaltres, des de ben jove consulta llibres d’astronomia sempre que en té ocasió, llegeix tot el que pot i es familiaritza amb aquesta disciplina. Ja d’adolescent, amb quinze o setze anys, calcula òrbites de cometes i prediu eclipsis. L’any 1839 aconsegueix una plaça com a estudiant de matemàtiques a la Universitat de Cambridge, concretament al St John's College.

És especialment revelador que, amb només setze anys, calcula que al seu poble natal hi haurà un eclipsi solar i en determina amb força precisió el moment exacte. Això ens dona una idea clara del nivell extraordinari del personatge.

També és curiós que, durant la seva etapa universitària, alguns diumenges es reunia amb companys en despatxos del Trinity College, on comentaven l’actualitat científica del moment. Aquestes estances són precisament on Isaac Newton havia escrit gran part de la seva obra fonamental. És difícil no pensar que aquest ambient no el va influir profundament.

Figura 6. Trinity College de Cambridge

Un altre detall interessant, que he volgut incloure a la conferència, és una anotació que Adams fa en un dels seus diaris personals. Mentre estudia matemàtiques, reconeix que sovint es distreu pensant en astronomia, cosa que diu molt clarament cap a on s’orientava el seu interès real.

L’any 1841, en una llibreria, cau a les seves mans un llibre que conté l’informe que Airy havia escrit anys abans, on es destacava que el problema de l’òrbita d’Urà era una qüestió greu que l’astronomia havia de resoldre. A partir d’aquell moment, sembla clar que Adams decideix interiorment que vol dedicar-se a aquest problema.

Passa el temps, Adams es gradua amb resultats excel·lents —de fet, com un dels millors de la seva promoció—, obté diversos premis acadèmics i es consolida com una figura brillant dins la universitat. Amb només vint-i-quatre anys, decideix afrontar directament el repte d’explicar per què Urà segueix una òrbita tan anòmala.

Ja he comentat abans que les discrepàncies entre les posicions observades d’Urà i les posicions predites pels càlculs teòrics eren cada cop més importants. Quan Adams comença a treballar en el problema, la situació encara ha empitjorat. Les taules de Bouvard, de les quals ja hem parlat, s’havien hagut de construir utilitzant només les observacions més recents, perquè si s’hi incorporaven dades més antigues, les prediccions no quadraven gens. Això deixava clar que el problema era realment seriós.

Airy, que també hi estava profundament implicat, havia detectat que els valors predites del vector radi d’Urà —és a dir, la seva distància al Sol— eren incorrectes segons les taules disponibles. Aquesta discrepància el preocupava molt, i més endavant veurem que això acabarà tenint conseqüències importants, especialment per a Anglaterra.

Què fa, doncs, aquest jove matemàtic que és Adams? El primer que fa és comprovar si els càlculs anteriors contenen algun error. Potser, simplement, amb una revisió acurada el problema es podria resoldre. Però no és així. A continuació, prova d’afinar els càlculs introduint més termes de correcció dins la teoria de les pertorbacions, per veure si així l’òrbita d’Urà quadra millor. Ho intenta, però tampoc funciona.

Després decideix actualitzar la massa de Júpiter, tenint en compte que estem parlant del segle XIX i que les dades observacionals encara eren força imprecises. Torna a fer els càlculs amb aquest nou valor, però el resultat continua sense quadrar. En aquest punt, Adams arriba a la conclusió que cap d’aquestes explicacions pot justificar el comportament d’Urà i decideix embarcar-se en una empresa molt més ambiciosa: intentar explicar el seu moviment assumint que hi ha alguna cosa més en joc.

La idea amb què Adams comença a treballar és la presència d’un planeta ulterior, és a dir, un planeta situat més enllà d’Urà, que el pertorbi gravitacionalment. I aquí és on cal parlar de les pertorbacions.

En un món ideal, podríem pensar que un planeta com Saturn només està influenciat per la gravetat del Sol. I és cert que la gran major part de la massa del sistema solar es concentra al Sol, però el fet de tenir un planeta relativament proper com Júpiter fa que aquest també exerceixi una influència gravitatòria apreciable. De fet, això ja s’havia estudiat durant segles: s’havia comprovat que, si a l’òrbita de Saturn se li afegia la pertorbació causada per Júpiter, les posicions observades de Saturn quadraven molt millor amb les prediccions teòriques.

Aquest era un cas de problema “directe”: es coneixia l’òrbita real de Saturn, es coneixia la posició i la massa de Júpiter, i per tant es podia calcular quina pertorbació havia d’exercir Júpiter sobre Saturn. El resultat funcionava molt bé i reforçava la teoria de la gravitació.

Ara bé, amb Urà la situació és molt més complicada. Ens trobem davant d’un problema de pertorbació inversa. Urà està sotmès a la gravetat del Sol, però també a les pertorbacions de Júpiter i de Saturn, i a més sembla estar afectat per un altre planeta situat encara més enllà, del qual no se’n coneix ni la posició ni la massa. És a dir, cal resoldre dos problemes alhora.

Per poder aplicar la teoria de les pertorbacions, caldria primer conèixer l’el·lipse “veritable” d’Urà, és a dir, l’òrbita que seguiria si no hi hagués pertorbacions. I, un cop coneguda aquesta òrbita ideal, s’hi podrien afegir les pertorbacions de Júpiter, Saturn i aquest planeta desconegut. Però com que no es coneix ni l’òrbita real d’Urà ni les característiques del planeta exterior, Adams es veu obligat a atacar tots dos problemes simultàniament.

Com a bon matemàtic i físic, el primer que fa és simplificar el problema, perquè si no seria inabastable. En primer lloc, suposa que l’òrbita d’aquest planeta desconegut és circular. En segon lloc, com que la llei de Titius-Bode havia funcionat raonablement bé amb tots els planetes coneguts i fins i tot amb Ceres, assumeix que aquest nou planeta també hauria de seguir aquesta llei.

La seva estratègia matemàtica és fer una mena d’experiment numèric: provar valors, veure si els resultats encaixen amb les observacions i, a mesura que s’hi acosta, anar refinant els càlculs. És una feina extremadament laboriosa.

De fet, el seu germà George l’ajuda activament. En un relat familiar titulat The Memoirs of Our Family, explica com sovint, nit rere nit, s’asseia amb ell al petit saló de casa, quan la resta de la família ja dormia, observant per sobre la seva espatlla mentre copiava, sumava i restava llargues columnes de números, per assegurar-se que no repetia cap càlcul ni cometia errors. Cal recordar que tot això es feia sense calculadores, sense ordinadors i, evidentment, sense cap mena d’ajuda digital: només ploma, paper i càlcul mental.

El seu germà també relata com la seva mare, exhausta després d’un dia de feina, abans d’anar a dormir els preparava pa i llet perquè poguessin continuar treballant. Sovint Adams, esgotat, deia que ja era hora d’anar a dormir, però tot seguit afegia “només un minut més” i continuava treballant gairebé inconscient de tot el que l’envoltava, completament absorbit pels seus càlculs. Fins i tot durant les passejades, la seva ment estava tan concentrada en el problema que només responia de manera mecànica quan algú li cridava l’atenció, abans de tornar immediatament als seus números.

Tot això ens mostra fins a quin punt John Couch Adams estava obsessionat amb la idea que havia d’existir un nou planeta al sistema solar. Cap al 1843 arriba a una conclusió preliminar molt important: ha d’existir un planeta més enllà d’Urà. Encara no en coneix la posició exacta ni la massa, però ja veu clarament que les anomalies en l’òrbita d’Urà concorden amb aquesta hipòtesi. A més, arriba a la conclusió que aquest planeta hauria d’estar aproximadament al doble de la distància del Sol que Urà.

Malgrat aquesta obsessió científica, la vida continua. Adams comença a fer docència a la Universitat de Cambridge, i el seu mentor, James Challis, li demana que calculi l’òrbita d’un nou cometa que ha passat recentment pel sistema solar. Donat el seu talent per al càlcul d’òrbites, li encarrega aquesta feina. Aquest cometa, a més, pateix fortes pertorbacions en passar a prop de Júpiter, cosa que està molt relacionada amb el tipus de problemes que Adams ja està estudiant.

Adams publica aquest treball en una revista científica que alguns de vosaltres coneixereu perquè encara avui és una de les més importants en recerca astronòmica. I és en aquest context que, per primer cop, apareix el nom de Urbain Le Verrier. A França, Le Verrier havia fet càlculs molt semblants per al mateix cometa, i els resultats coincidien de manera sorprenent.

Però Adams vol continuar amb la seva feina principal: determinar si realment existeix o no un nou planeta més enllà d’Urà. En aquest sentit, pensa que no hi ha res millor que recórrer a les dades d’arxiu del gran observatori britànic, el Royal Greenwich Observatory. Així doncs, demana al seu mentor, James Challis, que intercedeixi davant George Biddell Airy, que en aquell moment és el director de l’observatori de Greenwich, perquè li faciliti observacions històriques d’Urà al llarg de molts anys.

Mitjançant Challis, Adams aconsegueix que Airy li faci arribar observacions d’Urà compreses entre els anys 1754 i 1830. És a dir, disposa d’un conjunt de dades excel·lent per continuar els seus càlculs. En una carta de Challis a Airy es pot llegir:
“Estimadíssim senyor, estic profundament agraït per haver-me enviat una sèrie tan completa d’observacions tabulades d’Urà. El senyor Adams no s’atrevia a demanar més que les corresponents als darrers deu anys. La llista que m’heu enviat li proporciona els mitjans per dur a terme de la manera més eficaç la investigació en què està immers.”

Aquest fragment ja deixa entreveure un tret del caràcter d’Adams: era extraordinàriament modest, fins i tot tímid, i no s’atrevia a demanar més dades de les estrictament necessàries.

Un cop amb totes aquestes observacions a les mans, Adams arriba a una conclusió clau: les discrepàncies entre les taules de Alexis Bouvard i les posicions observades d’Urà no només es deuen a la possible existència d’un altre planeta, sinó també al fet que l’òrbita “veritable” d’Urà —l’el·lipse no pertorbada— estava mal determinada. Aquesta idea és fonamental i és la que, en certa manera, el porta a l’èxit.

Adams construeix una equació en què introdueix com a incògnites tant les correccions a l’òrbita d’Urà com l’efecte gravitatori del nou planeta. A diferència del que havia fet inicialment, ara ja no suposa una òrbita circular per al planeta desconegut, sinó una òrbita el·líptica. Tot i això, continua assumint que es troba aproximadament al doble de la distància d’Urà al Sol.

El procediment de càlcul és extremadament laboriós. Adams disposa d’una gran quantitat de dades procedents de Greenwich, i la seva estratègia consisteix a agrupar les discrepàncies observades cada tres anys. D’aquesta manera obté un conjunt de 21 equacions independents. Quan arriba a aquest punt, matemàticament el problema ja està plantejat: dins d’aquest sistema d’equacions hi ha necessàriament la solució de la posició del nou planeta.

Per resoldre aquest sistema complex, aplica un mètode matemàtic desenvolupat per Carl Friedrich Gauss, pensat precisament per trobar la millor solució possible quan es treballa amb moltes dades i amb observacions que contenen errors inevitables. Cal recordar que les mesures astronòmiques no són mai perfectes.

Cap a finals de l’any 1845, Adams arriba finalment a una solució. Abans de cantar victòria, però, comprova si el seu model és coherent amb totes les observacions disponibles de Greenwich. El resultat és espectacular: les discrepàncies, que amb les taules de Bouvard arribaven a superar els 90 segons d’arc, es redueixen ara a només un o dos segons d’arc. Encara es podria refinar una mica més, però el problema està essencialment resolt.

Cal destacar un detall important: Adams té només 26 anys quan aconsegueix aquest resultat.

Al setembre de 1845, ja amb els càlculs fets, passa a l’astronomia de posició i determina que l’1 d’octubre de 1845 el nou planeta hauria de tenir una elongació de 326,5 graus. Això situa el planeta a la constel·lació d’Aquari, molt a prop de la frontera amb Capricorn. En termes pràctics, es tracta d’una regió del cel relativament concreta: més o menys “per aquí” és on s’hauria de trobar el nou planeta.

Un cop té aquesta predicció, el pas lògic és observar-lo. Challis escriu novament a Airy dient-li:
“Senyor, el meu amic, el senyor Adams, ha completat els seus càlculs sobre la pertorbació de l’òrbita d’Urà per un planeta exterior hipotètic i ha arribat a uns resultats que li agradaria comunicar-li personalment, si pogués disposar d’uns moments del seu valuós temps. Els seus càlculs es basen en les observacions que tan amablement li vau proporcionar, i pel seu caràcter de matemàtic i la seva experiència considero que les deduccions s’han fet de manera molt sòlida.”

És a dir, Challis deixa clar que el treball d’Adams és seriós i que no seria cap pèrdua de temps intentar observar aquest planeta.

Adams intenta personalment parlar amb Airy a Greenwich per iniciar les observacions, però aquí comença una successió de mala sort realment sorprenent. Quan hi arriba, Airy és a França. Ho torna a intentar a l’octubre, però Airy encara no hi és. En una altra ocasió, quan finalment Airy ha tornat, el majordom no el deixa passar perquè el director està sopant. Finalment, Adams abandona l’observatori i deixa una nota breu, escrita en un full doblegat, amb un resum dels seus càlculs.

Quan Airy finalment llegeix la nota, es mostra escèptic. Recordem que Airy estava especialment obsessionat amb el problema del vector radi d’Urà. Per això, en la seva resposta a Adams, li fa una pregunta molt concreta: amb el seu nou model, el vector radi d’Urà concorda finalment amb les observacions, o no?

Adams considera que la pregunta d’Airy és gairebé trivial. Al seu parer, és evident que el vector radi d’Urà estava mal determinat abans i que, amb el nou model, ara ja queda corregit. Si les taules de Bouvard eren incorrectes, és clar que aquest paràmetre també ho havia de ser. Per això decideix continuar treballant, perfeccionant els seus càlculs i refinant l’òrbita, i pensa que ja respondrà a Airy quan tingui el treball més acabat. El problema és que no li respon.

I aquesta és una mala decisió crucial. Per Adams potser era un detall menor, però per George Biddell Airy no ho era gens. Per a Airy, la qüestió del vector radi era fonamental. Davant la manca de resposta, decideix no donar credibilitat suficient als càlculs d’Adams i, en conseqüència, no ordena cap cerca observacional del nou planeta. Cap telescopi britànic inicia la recerca.

El paper de Le Verrier

Mentrestant, a França, entra en escena una altra figura clau: Urbain Le Verrier, un autèntic heroi de l’astronomia francesa. Igual que Adams, és un prodigi matemàtic. Neix el 1811 a Normandia i ja des de ben jove destaca per la seva extraordinària capacitat intel·lectual, especialment en matemàtiques. Cap al 1841 aconsegueix una plaça a l’École Polytechnique de París.

Figura 7. Urbain Le Verrier

És curiós perquè, inicialment, Le Verrier s’orienta cap a la química, però ben aviat se li ofereix una plaça de docent en astronomia, que accepta. Durant els primers anys a l’Escola Politècnica, centra la seva recerca en l’estudi del sistema solar i la seva estabilitat, seguint la tradició de Laplace. Realitza estudis extremadament detallats sobre les variacions orbitals dels planetes interiors al llarg d’intervals de fins a 200.000 anys, cosa que ja dona una idea del nivell de sofisticació dels seus càlculs.

Aquests treballs també inclouen l’anàlisi dels planetes exteriors ja coneguts, i tot plegat mostra que Le Verrier està plenament familiaritzat amb qüestions d’òrbites, pertorbacions gravitatòries i estabilitat dinàmica.

Arribats a aquest punt apareix una altra figura rellevant: François Arago, físic i astrònom francès molt influent i director de l’Observatoire de Paris. Arago encarrega a Le Verrier l’estudi de les anomalies de l’òrbita d’Urà, amb l’esperança que l’astronomia francesa sigui capaç de resoldre aquest problema tan incòmode.

Figura 8. François Arago

Le Verrier s’hi posa de ple, i el 10 de novembre de 1845 presenta el seu primer informe a l’Académie des Sciences. En aquest treball conclou, igual que havia fet Adams de manera independent, que les pertorbacions gravitatòries de Júpiter i Saturn no són suficients per explicar el moviment anòmal d’Urà.

El nivell de precisió dels seus càlculs és extraordinari: arriba a calcular la influència de Saturn amb una exactitud de fins a una vintena part d’un segon d’arc. Estem parlant de mitjan segle XIX, sense ordinadors ni calculadores modernes. És realment impressionant.

Quan aquest treball arriba a mans d’Airy, aquest el llegeix amb gran interès i queda profundament impressionat. Efectivament, les pertorbacions conegudes no expliquen el comportament d’Urà. Però Le Verrier no s’atura aquí. L’any següent publica un segon article encara més ambiciós.

En aquest nou treball analitza més de 280 observacions d’Urà, recalcula amb gran cura l’el·lipse que segueix el planeta i confirma que les discrepàncies persisteixen. A partir d’aquí, comença a avaluar de manera sistemàtica les possibles explicacions i ja considera seriosament la hipòtesi d’un planeta encara més exterior que estigui pertorbant l’òrbita d’Urà.

Per avançar, fa servir —igual que Adams— una distància inicial coherent amb la llei de Titius-Bode, tot i que no ho diu explícitament. Potser no era elegant mencionar-ho o potser no estava ben vist, però el resultat concorda clarament amb aquesta llei empírica.

La seva estratègia, però, és diferent de la d’Adams. Divideix el zodíac en diferents regions i calcula quina massa hauria de tenir el planeta invisible si estigués situat en cadascuna d’aquestes zones del cel. En molts casos, els resultats són físicament impossibles: masses negatives o exageradament grans. Aquestes regions queden descartades.

A partir d’aquest procés d’eliminació, en el seu segon article Le Verrier identifica una regió concreta del cel amb una incertesa d’uns 9 graus on podria trobar-se el nou planeta. Refinant encara més el càlcul, determina que l’1 de gener de 1847 el planeta hauria de tenir una elongació d’uns 125 graus i situar-se a la zona de frontera entre Aquari i Capricorn. Aquesta predicció coincideix de manera sorprenent amb la d’Adams.

Le Verrier estima una incertesa final d’uns 10 graus, però la coincidència és clara. Tanmateix, ningú a França sap res dels càlculs d’Adams. Només Airy i James Challis són conscients que hi ha un jove matemàtic anglès que, en silenci, ha arribat essencialment al mateix resultat.

La cerca i descobriment de Neptú

Ara que ja tenim aquest context —dues prediccions independents que apunten pràcticament a la mateixa regió del cel— comença la cursa definitiva per descobrir el nou planeta: Neptú. I, com bé dius, hi haurà dues cerques paral·leles, però molt diferents en esperit i execució.

La primera és la del que podríem anomenar, sense massa exageració, l’establishment astronòmic anglès. En aquest moment, George Biddell Airy és l’única persona a Anglaterra que sap amb certesa que John Couch Adams havia fet una predicció del nou planeta que coincidia força amb la d’Urbain Le Verrier.

La diferència fonamental és que Le Verrier ho ha publicat i ho ha fet públic davant la comunitat científica internacional, mentre que el treball d’Adams continua sent pràcticament confidencial. Airy comença a adonar-se que aquell jove matemàtic de Cambridge —a qui inicialment havia mirat amb una certa reserva— potser tenia realment raó.

Això es veu clarament en la correspondència que Airy manté amb William Whewell, una figura molt influent al Regne Unit. En aquestes cartes, Airy ja esmenta explícitament que hi ha “un tal Adams” que ha obtingut resultats molt semblants als de Le Verrier. En aquell moment, Airy entén que, si no reaccionen ràpid, els francesos els passaran al davant.

Tot i així, Airy no pot evitar tornar a la seva obsessió: el vector radi d’Urà. Escriu a Le Verrier preguntant-li si el seu nou model corregeix aquest paràmetre… i, gairebé amb escepticisme, acaba la carta insinuant que probablement no serà així.

La resposta de Le Verrier és clara i directa: sí, el vector radi queda corregit, precisament perquè abans faltava la pertorbació del nou planeta. Amb aquesta resposta, Airy ja no té excuses. Ara sí que queda convençut que cal iniciar immediatament la cerca observacional. I és aquí on comencen les decisions discutibles.

Airy dissenya una campanya d’observació, però sorprenentment no la fa des del Royal Greenwich Observatory, tot i ser el centre astronòmic més important del país. En lloc d’això, decideix que la cerca es faci des de l’Observatori de la Universitat de Cambridge, sota la direcció de James Challis.

Challis utilitzarà el telescopi Northumberland, un instrument respectable per a l’època, amb una obertura d’uns 30 centímetres. L’objectiu és clar: que sigui Anglaterra qui descobreixi el planeta abans que França.

Figura 9. telescopi Northumberland de 30 cm de l’Observatori de Cambridge

De sobte, aquell Airy prudent i escèptic passa a tenir molta pressa. Escriu insistentment a Challis, subratllant la importància de la tasca. Li demana que escombrin una àrea enorme del cel, d’uns 30 graus, cobrint les constel·lacions d’Aquari i Capricorn. Calcula que això requerirà prop de 300 hores d’observació.

El mètode triat és peculiar: utilitzen el telescopi en mode de trànsit, deixant-lo fix mentre el cel va passant pel camp visual. Nit rere nit, van registrant tots els punts visibles i comparant-los, amb l’esperança de detectar un punt que es mogui respecte als estels fixos. Aquest moviment seria la signatura inequívoca d’un planeta.

Challis accepta la tasca. Adams també s’hi implica i encara refina més les efemèrides del planeta per als mesos següents. La prioritat és clara: avançar-se a Le Verrier. I aquí és on arribem al moment clau: l’oportunitat perduda.

La cerca comença, però tot es torça. Al principi hi ha males condicions meteorològiques: núvols, mala visibilitat, molta Lluna, que dificulta la detecció d’objectes febles. Però el problema principal no és aquest. El problema és el mètode de treball de Challis.

Challis observa molt, però analitza lentament. Registra estels i més estels, però no compara de manera sistemàtica les observacions entre diferents nits. No utilitza mapes estel·lars detallats per detectar ràpidament què és nou i què no. De fet —i això és dramàtic— en algunes de les primeres observacions Neptú ja havia entrat al camp del telescopi, però no va ser identificat com a planeta. El cel estava sent observat, el planeta hi era… però ningú el va reconèixer. Això provoca una oportunitat perduda: el 12 d’agost Challis ja havia observat Neptú, però sense adonar-se’n, no l’identifica. Si hagués revisat només unes quantes estrelles més, hagués descobert el planeta abans que ningú.

Aquesta mala sort continua per Adams: el seu treball encara és secret. Les taules i prediccions que havia fet no es publiquen, de manera que la comunitat astronòmica britànica es guia principalment per Le Verrier. Le Verrier continua publicant articles a França, cada vegada més precisos, aproximant la posició exacta del planeta, inclús estimant la seva massa i diàmetre aparent.

Le Verrier, veient que necessita observadors que validin ràpidament les seves prediccions, contacta amb Johan Galle de l’Observatory of Berlin, demanant-li ajuda personal. Galle, un astrònom de suport, rep la instrucció de buscar el planeta segons les coordenades calculades. Estudiant amb ell hi ha Henrich d’Arrest, un jove en pràctiques a l’observatori.

Amb un telescopi de 23 cm, apunten a la zona que Le Verrier havia indicat. En menys d’una hora, comparant el cel amb un catàleg estel·lar (previ a la publicació oficial de l’atles), identifiquen un punt de llum que no apareix al catàleg. Aquest punt és el nou planeta. El dia següent, el 23 de setembre de 1846,  confirmen que s’ha mogut exactament com Le Verrier havia predit. Mesuren un diàmetre aparent de 2,6 segons, proper al valor predit de 3,3 segons. La descoberta és immediata i inequívoca.

La controvèrsia internacional

Tot plegat mostra el contrast: mentre els britànics tenien dades, prediccions i observacions reals a la mà, la falta de sistemàtica i de publicitat va permetre que França fes la descoberta oficial, gràcies a la combinació del càlcul matemàtic precís de Le Verrier i la rapidesa dels seus col·laboradors.

Així, Neptú es converteix en un exemple clàssic de com la matemàtica predictiva combinada amb l’observació precisa pot portar a descobriments històrics, i alhora de com les oportunitats poden escapar per petits detalls logístics o de comunicació.

La notícia provoca tensions entre països: França celebra que Le Verrier hagi predigit amb èxit el planeta. Anglaterra descobreix que Adams també havia fet prediccions exactes, però de manera secreta. Malgrat que el telescopi de Cambridge havia observat el planeta abans, no es va reconèixer immediatament. Finalment, ambdues nacions reconeixen el mèrit de cada matemàtic i la Royal Astronomical Society atorga medalles d’or tant a Adams com a Le Verrier.

Després del descobriment de Neptú, la qüestió del nom del planeta va ser caòtica. Le Verrier, orgullós del seu càlcul i preocupat per la glòria, va intentar batejar-lo amb el seu propi nom, intentant assegurar-se el mèrit. Van aparèixer múltiples propostes: Oceanus, Cambrits, Minerva, Cronos, Atlas, fins i tot Herschel, però era el fill, no el pare, i cap no acabava de convèncer. Finalment, es va decidir que el nom oficial fos Neptú, com corresponia per tradició mitològica, i Le Verrier va acceptar la decisió. Aquest episodi va permetre que les tensions personals i institucionals es calmessin, i els protagonistes es reconciliessin. L’any 1847, es va arribar a un consens internacional sobre la coautoria del descobriment, reconeixent que tant John Couch Adams com Urbain Le Verrier havien arribat de manera independent a prediccions molt similars, i que, per tant, tots dos eren codescobridors. Alguns astrònoms francesos reconeixien explícitament el mèrit d’Adams, destacant la precisió i el refinament matemàtic del seu treball, tot i que la burocràcia britànica i la discreció de l’astrònom van retardar la seva publicació.

Adams i Le Verrier es van trobar personalment a Oxford el 1847, es van donar la mà i van establir una amistat que perduraria. Herschel, el fill, va organitzar una festa privada on van poder conversar com a vells coneguts. El consens final va ser clar: els dos científics mereixien el reconeixement de codescobridors.

Conclusió

No obstant això, la història encara tenia capítols amagats: durant dècades, molts documents i correspondència originals d’Adams i Le Verrier, incloent els càlculs d’Adams, es trobaven desapareguts dels arxius de l’Observatori de Greenwich. La causa va ser un astrofísic que els va retenir personalment i que acabaria treballant a La Serena, Xile; a la seva mort es van recuperar més de 100 quilos de documentació històrica, incloent tota la correspondència original de l’època del descobriment de Neptú.

Els arxius van permetre, més tard, matisar la contribució d’Adams: sí, havia fet càlculs molt meritoris i va arribar a una solució similar a la de Le Verrier, però no amb la precisió final que el francès va assolir. A Berlín, amb només una hora d’observació, Galle i d’Arrest van confirmar el planeta segons la predicció de Le Verrier, i el consens històric modern situa el mèrit principal en Le Verrier, mentre que Adams és reconegut com un precursor i calculador independent que també va arribar a una solució molt propera. Així, es veu que la glòria pública i la precisió final del descobriment van recaure en Le Verrier, mentre que Adams va ser víctima de la discreció i d’una gestió ineficient dels seus superiors, que no van publicar els seus càlculs a temps.

Això també porta a una reflexió sobre la funció social del científic: no n’hi ha prou amb fer càlculs magistrals, sinó que cal comunicar, gestionar i defensar públicament el treball propi. Tot i això, Adams queda reconegut com un jove talent extraordinari, un matemàtic independent que va anticipar la presència d’un planeta, i Neptú segueix sent un testimoni del poder predictiu de la mecànica newtoniana i de la precisió de la matemàtica aplicada al sistema solar. El descobriment és, per tant, una victòria col·lectiva de la teoria, del càlcul i de l’observació, amb Adams com a precursor i Le Verrier com a executor precís i reconegut.

Col·loqui

Es diu que en Le Verrier era un dèspota. El personal que tenia a l'observatori el tenia absolutament amargat. Quan es tractava de buscar Neptú, ningú del seu observatori ho va voler fer, i va anar a parar un alemany. Però l'observatori de París tenia un telescopi molt gran i potent.
Això és correcte; Le Verrier era molt exigent i disciplinat, fet que generava tensions al seu observatori.

Aquest planeta s’hagués pogut descobrir amb un telescopi d’aficionat, oi?
Sí, és veritat que amb un telescopi petit es pot descobrir, ara bé, la clau del descobriment no era només el telescopi, sinó també les cartes estel·lars i la precisió dels càlculs.

La llei de Titius-Bode se segueix complint en altres sistema planetaris?
La llei de Titius-Bode és més un ajust fenomenològic de distàncies planetàries que una llei teòrica. S’aplica a altres sistemes planetaris amb adaptacions, i en alguns casos ha predit planetes exteriors amb èxit.