¡Que los cumplas, Neptuno!...

No, no es el aniversario del descubrimiento de Neptuno. Es algo mucho más simpático. El más lejano y más lento planeta de nuestro sistema solar fue descubierto el 23 de septiembre de 1846. Esta noche, después de 60190 días, ha completado por primera vez una órbita desde su descubrimiento. Un "añito".

La historia del descubrimiento de Neptuno es superinteresante. Me quedó un poco larga, pero pido un poco de paciencia porque vale la pena.

Medio siglo antes, en 1781, William Herschel había descubierto el planeta Urano, un poco de casualidad. Por primera vez desde tiempos prehistóricos la Humanidad descubría que había en el cielo un nuevo planeta.

Tras el descubrimiento de Urano se desató una manía por descubrir qué más podía existir allá lejos. ¿Había más planetas, acaso? Hacia fines del siglo XVIII se organizó una campaña internacional para explorar meticulosamente la eclíptica (la región del cielo por donde se mueven los planetas), en particular para encontrar un planeta "faltante" entre Marte y Júpiter, que predecía la "ley" de Titius-Bode. Sin mayor demora, el 1 de enero de 1801 el Padre Piazzi descubrió Ceres, precisamente entre Marte y Júpiter, que fue catalogado como planeta y recibió el nombre de una diosa importante como correspondía a la tradición. Con los subsiguientes descubrimientos de Pallas, Juno y Vesta —también entre Marte y Júpiter— quedó claro que Ceres, a diferencia de los otros planetas, formaba parte de una familia. El propio Herschel los observó detenidamente y calculó su tamaño, deduciendo correctamente que estaban en el orden de los cientos de kilómetros de diámetro. Recomendó un nuevo nombre para la nueva categoría: asteroides. Hoy se conocen más de medio millón.

OK, el sitio vacante entre Marte y Júpiter no estaba ocupado por un planeta sino por un enjambre de planetitas, los asteroides. ¿Qué más? Durante las primeras décadas del siglo XIX se acumuló evidencia de que tenía que haber otro planeta, un planeta grande, más allá de Urano. La órbita de éste era irregular, como si la perturbara un planeta desconocido. Simultáneamente se estaba desarrollando a gran velocidad la mecánica celeste, rama de la física matemática que había nacido con el trabajo de Newton un siglo antes, y cuyo enorme logro había sido explicar las Leyes de Kepler. La descripción detallada de las órbitas de los planetas estaba resultando muy difícil, pero se hicieron grandes avances teóricos (que terminarían impactando muchas otras ramas de la ciencia. Nota mental: hablar algún día del lejano origen del caos, Lagrange, Poincaré, Lorenz.)

Hacia 1840 muchos astrónomos estaban convencidos de la existencia de otro planeta (no todos, sin embargo; algunos creían que la ley de gravitación dejaba de valer a grandes distancias, curiosamente un argumento que resurge cada tanto hasta el día de hoy). Pero una cosa es convencerse, y otra cosa es calcular dónde tenía que estar. Es un ejemplo de lo que se llama un problema inverso: dada una consecuencia (la órbita de Urano) encontrar su causa (la posición del planeta desconocido). ¿Se entiende? Una cosa es, sabiendo dónde están unos objetos, predecir cómo se tiene que mover otro (problema directo), y otra muy distinta es, sabiendo cómo se mueve uno, inferir dónde están los que lo hacen moverse así (problema inverso). Los problemas inversos son en general muy difíciles, aun hoy en día. No puedo imaginarme lo que habrá sido hace un siglo y medio.

Sin embargo era una papa caliente, así que había mucho interés en el asunto. A punto tal que no uno sino dos astrónomos/matemáticos brillantes, Urbain Le Verrier de París y John Couch Adams de Cambridge, calcularon la posición del hipotético planeta. Trabajaron independientemente, ignorando cada uno el trabajo del otro, durante varios años. Adams llegó primero a un resultado confiable pero tuvo problemas de comunicación con el Astrónomo Real, George Airy, para convencerlo de que destinara los esfuerzos de un observatorio para su búsqueda (Airy es más famoso que Adams hoy en día...). Le Verrier compartió la misma suerte al principio, ya que en el Observatorio de París parece que miraron de reojo por el telescopio un ratito y perdieron el interés.

Finalmente Airy leyó los trabajos publicados por Le Verrier y vio que eran casi idénticas a las de Adams (están marcadas en la figura, además de la posición de Neptuno en 1846 y en 2011, y un cameo de Saturno). ¡Y le agarró miedo de perder un descubrimiento tan importante con los franceses! Se puso en comunicación con ambos astrónomos para aclarar cuestiones técnicas, ¡pero no le dijo a cada uno que había otro haciendo el mismo trabajo! El Astrónomo Real dispuso que empezaran a buscar en Cambridge, pero sin éxito durante todo el verano de 1846.

Le Verrier seguía trabajando. Publicó un tercer paper, con valores detallados de masa y órbita, y hasta un cálculo del tamaño que tendría el planeta. El descubrimiento era inminente. ¿De qué lado del Canal de La Mancha ocurriría? El 10 de septiembre John Herschel (hijo de William) dijo en una conferencia: "Lo vemos [al nuevo planeta] como Colón veía América desde las playas de España". ¡Ja! ¡Qué vivo! Era un excelente astrónomo y matemático, y estaba superconvencido de los cálculos que había visto, ¡pero qué rabia que le daría no encontrarlo!

El desenlace fue rapidísimo. Cansado de que no le dieran bolilla en París, Le Verrier le escribió a Johann Galle, de Berlín, el 18 de septiembre. Galle recibió la carta el 23 de septiembre. Esa misma noche buscó el planeta donde decía Le Verrier, usando unas excelentes cartas estelares recién compiladas. En apenas media hora lo encontró: una "estrella" que no estaba en las cartas, a menos de 1° de la posición calculada por el francés. Para confirmar volvió a observar la noche siguiente. Se había movido: era el planeta. El 25 de septiembre Galle contestó a Le Verrier: Monsieur, el planeta realmente existe en la posición que Ud. indicó.

En Cambridge buscaron también en la más reciente predicción de Le Verrier y les pareció ver el disco de un planeta, pero no alcanzaron a confirmar su movimiento. Ya no hubo tiempo. The Times del 1 de octubre tenía el titular: Encontrado el planeta de Le Verrier. Los ingleses habían perdido la carrera. ¡Busquen satélites, urgente! gritó Herschel. El 10 de octubre, en Cambridge, descubrieron Tritón (aquí al lado en una elegante foto de Voyager 2). Pero no es lo mismo, no me van a decir.

A posteriori se descubrió que Neptuno había sido ya visto muchas veces, no sólo ese verano en Cambridge, sino años antes también, y ¡hasta por el propio Galileo durante sus observaciones de Júpiter! El telescopio de Galileo no permitía observar el disco del lejano planeta, y Galileo seguramente estaba tan absorbido por sus observaciones del sistema de Júpiter que no se dio cuenta de que una de las "estrellas" se movía. Por otro lado, también se descubrió que Le Verrier tuvo mucha suerte. Su cálculo (aproximado) sólo funcionaba bien en 1846, ya que la órbita de Neptuno no resultaba correcta. Si hubieran usado la misma predicción al año siguiente no lo habrían encontrado. (El cálculo de Adams era igualmente "incorrecto"; es que se trata de un problema muy difícil, como dije antes, para el cual no existen soluciones exactas). La posteridad, sin embargo, acredita con justicia a Le Verrier, Galle y Adams el descubrimiento de Neptuno, primer planeta descubierto con el poder de la matemática.

Neptuno no se ve a simple vista, pero con binoculares debería ser fácil de observar (magnitud 7,8), muy cerca de la estrella de 5^a magnitud 38 Aquarii (como se ilustra en la figura de arriba, la que tiene marcadas las predicciones de Adams y Le Verrier; click aquí para agrandarla en otra pestaña). Por primera vez Neptuno vuelve a estar muy cerca de donde se lo descubrió hace 164 años (no exactamente en el mismo lugar del cielo porque la Tierra no está en el mismo lugar). Hay que buscarlo tarde, hacia el Este, en la región entre Acuario y Capricornio. Esta carta (click para agrandarla) muestra el cielo desde Bariloche a la 1 de la madrugada, con Neptuno a unos 30° de altura. Nótese que también está allí el asteroide Vesta, que estará en este blog la semana que viene...

Según mi experiencia la semana pasada, lo que conviene hacer para ubicar a Neptuno con binoculares es empezar por las dos estrellas de "la punta de abajo" de Capricornio. Seguirlas hacia abajo hasta localizar un triángulo de estrellas de magnitud 5 (la del vértice superior un poco más brillante). Engarzado al vértice de la izquierda (la estrela 38 Aqr) aparece otro triángulo, de estrellas de magnitud 6, que sirve para verificar que tenemos a 38 Aqr. La posición de Neptuno es la que se indica. A medida que pasen los días se irá alejando de 38 Aqr. Con binoculares se ve tenue y sin disco aparente, no hacerse ilusiones. Con más aumento se puede ver su disco, cuyo diámetro aparente es de apenas 2,5", muy chiquito. (¡Ojo! Estas instrucciones son válidas desde latitudes australes. Los observadores del hemisferio norte verán todo esto casi al revés. Ténganlo en cuenta, o mejor usen un programa como Stellarium o Cartes du Ciel para localizar la frontera entre Acuario y Capricornio, las estrellas indicadas, y el planeta.)

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Nota. Los huecos de mi memoria en esta historia fueron completados con este interesante texto de J. J. O'Connor y E. F. Robertson, alojado en un excelente archivo de Historia de la Matemática de la Universidad St. Andrews de Escocia, que acabo de descubrir.