Per millenni, i pianeti visibili ad occhio nudo – Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno – hanno riempito il sistema solare insieme al Sole, alla Luna e alla Terra. Ma quando la rivoluzione scientifica portò alla scoperta dei pianeti “invisibili” Urano e Nettuno nel 19° secolo, gli scienziati iniziarono a credere che ci fosse almeno un altro pianeta vicinissimo al Sole: Vulcano, così chiamarono il presunto pianeta, doveva orbitare da qualche parte tra Mercurio e il Sole.
La ricerca del pianeta Vulcano nel 19° secolo è stata una delle imprese scientifiche più ostinate dell’epoca, ma è stata in gran parte dimenticata nei tempi moderni. Cosa spinse gli scienziati a cercarlo? Perché pensavano che fosse lì? E cosa li ha spinti, alla fine, a rinunciare alla caccia?
Prima della scoperta delle leggi della gravitazione da parte di Isaac Newton, gli astronomi potevano identificare solo ciò che potevano vedere ad occhio nudo o attraverso un telescopio. L’esistenza dei pianeti visibili (cioè quelli visibili ad occhio nudo) è nota da tutta la storia documentata e l’invenzione del telescopio (solitamente accreditato a Hans Lippershey nel 1608, ma puntato per la prima volta verso il cielo da Galileo un anno dopo) rivelò oggetti ancora più piccoli come le lune di Giove e i più grandi asteroidi nella fascia degli asteroidi, come Pallade e Cerere.
Ma il lavoro di Newton ha trasformato il sistema solare e le relazioni tra i corpi celesti all’interno in interazioni matematiche. Ciò ha permesso agli astronomi di fare previsioni su pianeti, comete e altri oggetti, utilizzando formule ben definite.
Ancora meglio per gli astronomi, perché gli oggetti esercitavano la gravità indipendentemente dal fatto che fossero lì o meno, i casi, quando i conti non tornavano, diventavano ancora più importanti di quando c’erano. Se le leggi di gravitazione di Newton dicevano che ci si doveva aspettare che due più due facesse quattro, ma invece l’universo ti dava un cinque, quelle stesse leggi significavano che qualcosa di cui non avevi tenuto conto doveva contribuire con uno.
Se applicata alla gravità, se l’orbita di un pianeta o di una luna è prevedibile grazie alle leggi di Newton, ma le osservazioni non corrispondono a ciò che ti aspettavi usando quelle leggi, allora qualcos’altro deve esercitare una gravità aggiuntiva sul sistema.
Ciò ha permesso agli astronomi di dedurre l’esistenza di oggetti che non potevano vedere misurando i loro effetti osservabili della gravità su qualche altro oggetto. In questo modo nel 1846 fu scoperto l’ottavo pianeta, Nettuno.
La scoperta di Nettuno
Dopo che William Herschel scoprì il pianeta Urano nel 1781 con l’aiuto di un telescopio, gli astronomi usarono le leggi del moto di Newton per tracciare l’orbita precisa del nuovo pianeta. Nel corso degli anni, tuttavia, iniziò a emergere una discrepanza tra l’orbita prevista di Urano e l’orbita effettiva osservata.
O le leggi di Newton funzionavano in modo diverso a grandi distanze dal Sole (un’idea che all’epoca era stata respinta da quasi tutti) o qualcosa stava interferendo con l’orbita di Urano. E, date le immense dimensioni di Urano, quel qualcosa doveva essere abbastanza grande.
Questo ha dato il via a una ricerca matematica per un ottavo pianeta nascosto nelle vicinanze di Urano. L’astronomo francese Urbain Le Verrier è stato accreditato di aver elaborato la posizione del pianeta allora sconosciuto. Alla fine, nel settembre 1846, inviò una lettera con la posizione del pianeta a Johann Galle all’Osservatorio di Berlino e poi ebbe una conferma visiva del pianeta Nettuno usando il telescopio refrattario dell’osservatorio.
Sebbene ci fosse qualche controversia sulla scoperta di Le Verrier, l’astronomo inglese John Couch Adams elaborò in modo indipendente una posizione prevista per il pianeta meno accurata ma simile allo stesso tempo. Tuttavia, non pubblicò le sue scoperte fino a quando Galle non confermò il lavoro di Le Verrier e riconobbe la priorità di Le Verrier nella scoperta di Nettuno.
Questo riconoscimento diede indubbiamente un peso notevole alla parola di Le Verrier quando, nel 1859, utilizzò la stessa tecnica matematica per cercare di spiegare una simile perturbazione nell’orbita di Mercurio. Propose che un minuscolo pianeta, Vulcano, forse in orbita abbastanza vicino al Sole da essere nascosto alla vista dal bagliore del Sole, ma abbastanza grande da disturbare l’orbita di Mercurio.
L’oscillazione di Mercurio e la ricerca del pianeta Vulcano
“Vulcano è straordinario perché l’idea di questo piccolo corpo all’interno dell’orbita di Mercurio ha perfettamente senso“, ha spiegato al National Geographic Tom Levenson, professore di scienze della scrittura al Massachusetts Institute of Technology, nel 2015.
“Se credi alla teoria della gravità di Isaac Newton, cosa che facevano tutti in quel momento, la scoperta di una leggera oscillazione nel mezzo dell’orbita di Mercurio che non può essere spiegata da Venere o la Terra ha una sola interpretazione: deve essere un pianeta sconosciuto o uno stormo di asteroidi che non possiamo vedere perché troppo vicino al sole ma deve esercitare una certa influenza gravitazionale su Mercurio“.
Questa nuova teoria per l’oscillazione dell’orbita di Mercurio innescò un periodo di “Vulcano-mania” nella seconda metà del 19° secolo, quando sia gli astronomi professionisti che quelli dilettanti cercarono il pianeta proposto e alcuni affermarono perfino di averlo visto.
Il primo di questi “avvistamenti” venne da un astronomo francese dilettante di nome Edmond Modeste Lescarbault nel 1859. Lavorando dal suo osservatorio improvvisato in un fienile nel suo cortile, Lescarbault puntò il suo telescopio sul Sole e vide quello che sembrava un minuscolo pianeta rotondo in transito davanti al Sole.
Registrando i suoi progressi, Lescarbault alla fine inviò i suoi dati a Le Verrier, allora direttore dell’Osservatorio di Parigi, dopo aver letto un articolo di Le Verrier sul problema dell’orbita di Mercurio. “Le Verrier è a una festa di Capodanno quando riceve la lettera e si reca a casa di Lescarbault“, spiega Levenson, “un viaggio in treno e poi una passeggiata di 12 miglia, per interrogarlo”.
“Le Verrier si convince che Lescarbault abbia davvero visto ciò che afferma di aver visto e che l’interpretazione corretta è che si tratta del transito di un pianeta. Non è chiaro chi lo abbia chiamato così per primo, ma divenne presto noto come Vulcano“.
La combinazione della reputazione di Le Verrier e di vari resoconti popolari di “avvistamenti” del pianeta inesistente convinse quasi tutti che non solo Vulcano era un pianeta reale, ma che era stato anche confermato dall’osservazione.
“In molti ambienti si credeva che ci fosse un pianeta che si trovava tra Mercurio e il Sole, ma che di solito era perso nel bagliore del Sole“, ha detto Daniel Kennefick, professore di fisica all’Università dell’Arkansas e autore di L’ombra di un dubbio: l’eclissi del 1919 che confermò la teoria della relatività di Einstein.
“Alcune persone avevano pensato di aver visto Vulcano durante le eclissi solari totali ed era molto comune cercare Vulcano in quegli eventi perché il bagliore del sole veniva eliminato in modo da avere maggiori possibilità di vedere qualsiasi pianeta possibile“. Data l’epoca, c’erano poche ragioni per dubitare della scoperta poiché si adattava alla visione prevalente dell’universo fornita dalle leggi di gravitazione di Newton.
“L’oscillazione di Mercurio doveva essere causata da qualche fonte di energia gravitazionale“, ha detto Levenson. “Non c’era altro modo di pensarci. I fatti da soli non significano nulla a meno che tu non abbia una struttura in cui inserirli. E la struttura erano le leggi di Newton“.
Fatti su Vulcano (anche se non esiste)
Per un pianeta che non esisteva, le persone erano convinte di alcune idee piuttosto concrete su Vulcano nel 19° secolo.
Da parte sua, va notato che Le Verrier non ha mai affermato in modo definitivo che un pianeta stesse disturbando l’orbita di Mercurio. In realtà pensava che una cintura di asteroidi o anche diversi pianeti più piccoli fossero altrettanto probabili, se non di più.
La quantità di massa necessaria per creare l’oscillazione di Mercurio sarebbe stata quasi uguale a quella di Mercurio stesso, quindi non sembrava probabile che gli astronomi avessero semplicemente perso un pianeta delle dimensioni di Mercurio in orbita attorno al Sole. Detto questo, non poteva nemmeno essere cancellato, poiché la sua orbita sarebbe stata interamente all’interno di quella di Mercurio. Un pianeta interno a questa orbita vincolata si poteva facilmente non vedere contro la luce accecante del Sole.
E una volta che Le Verrier vide i dati di Lescarbault sul presunto transito di Vulcano nel 1859, si convinse della teoria del pianeta tanto da annunciare la “scoperta” di Vulcano nel 1860, sulla base dei suoi stessi calcoli e delle osservazioni fatte da Lescarbault come conferma.
L’osservazione di Lescarbault e le registrazioni che ne conservava fornirono dati importanti a Le Verrier per cercare di determinare l’orbita di Vulcano, la distanza dal Sole e altre caratteristiche. Da quei dati, Le Verrier calcolò un’orbita approssimativamente circolare per il pianeta. Fissò la distanza di Vulcano dal Sole in circa 13 milioni di miglia. Mercurio ha l’orbita più eccentrica di tutti i pianeti del sistema solare, ma nel punto più vicino al Sole al perielio, è di circa 28,5 milioni di miglia. Ciò metteva Vulcano a poco meno della metà della distanza dal Sole rispetto al punto più vicino ad esso dell’orbita di Mercurio.
Le Verrier calcolò un periodo orbitale di circa 19 giorni e 18 ore, con un’inclinazione orbitale di circa 12 gradi e 10 minuti rispetto all’eclittica. E, secondo Le Verrier, l’allungamento più lontano di Vulcano era di circa otto gradi. Questo non sarebbe stato abbastanza lontano dal Sole per sfuggire al suo bagliore, anche al crepuscolo, quindi l’unica speranza di vederlo sarebbe stata durante un’eclissi o durante un transito. Dato il rapido periodo orbitale, Le Verrier calcolò che sarebbe stato possibile individuare da due a quattro transiti di Vulcano all’anno.
Le Verrier fece diversi tentativi per predire un transito di Vulcano prima della sua morte nel 1877, ma nessuno si verificò. Poiché altri affermarono di aver visto un transito di Vulcano tra il 1860 e il 1877, Le Verrier continuò a perfezionare i suoi calcoli sull’orbita di Vulcano, sperando di prevedere un transito che avrebbe dimostrato in modo definitivo l’esistenza del pianeta.
Al di là dei calcoli di Le Verrier, non c’era molto altro che qualcuno potesse dire con certezza su un pianeta che, in realtà non esisteva. Sarebbe stato caldo e roccioso, però. Anche se nessuno all’epoca sapeva nemmeno quanto fosse caldo Mercurio in quel momento, Vulcano fu comunque chiamato in modo appropriato. Se fosse esistito, sarebbe stato sostanzialmente più caldo di Mercurio poiché era più del doppio di Mercurio vicino al Sole. Questo potrebbe essere stato il motivo per cui alcuni osservatori che hanno affermato di aver visto Vulcano durante un’eclissi hanno affermato che aveva una tinta rossastra.
Tuttavia, il fatto che nessuno fosse stato in grado di identificare in modo affidabile il pianeta intermercuriale, anche con alcune delle apparecchiature di osservazione più avanzate dell’epoca, indicava fortemente che se un tale pianeta fosse esistito, non avrebbe potuto essere massiccio come Mercurio.
“Secondo noi“, scrissero i ricercatori del Lick Observatory a Mount Hamilton, in California, nel 1909 , “il lavoro delle tre spedizioni Crocker, per osservare le eclissi del 1901, 1905 e 1908, portò il lato osservativo del pianeta intermercuriale sicuramente alla fine. Non si sostiene che nessun pianeta poteva trovarsi nella regione intermercuriale… ma si credeva con sicurezza che la sua massa sarebbe stata inadeguata per spiegare i disturbi osservati nel movimento di Mercurio“.
Con così tante opportunità di osservare i transiti che si rivelavano nel migliore dei casi infruttuosi o inconcludenti e la mancanza di un’identificazione definitiva durante una moltitudine di eclissi solari nel corso degli anni, nel 1879 molti iniziarono a dubitare dell’esistenza di Vulcano, ma sarebbero passati quasi 40 anni prima che l’esistenza di Vulcano venisse infine respinta.
Albert Einstein mette a tacere Vulcano
Come si è scoperto, il problema era sempre con le leggi del moto e della gravitazione di Newton.
Mentre le leggi di Newton erano e sono ancora notevoli per la loro capacità di prevedere gli effetti gravitazionali, non sono l’ultima parola quando si tratta di gravità. E quando Albert Einstein iniziò a sviluppare la sua teoria della relatività generale, l’elusivo pianeta Vulcano era molto al centro della sua mente.
“[Per Einstein,] Vulcano era da tempo andato alla deriva nella lontana penombra delle possibilità“, scrisse Levenson in The Hunt for Vulcan. “Ma ora, Albert Einstein, costruendo un cosmo su un fondamento della relatività, stava prendendo di mira il pianeta sconosciuto. Fin dall’inizio della sua indagine sulla gravità, Einstein ritenne cruciale l’esistenza o l’assenza di Vulcano“.
Per più di mezzo secolo l’esistenza di Vulcano è stata contestata, ma seriamente dibattuta. Einstein, quindi, arrivò a capire che Mercurio era un terreno di prova cruciale per lo sviluppo della sua teoria della relatività generale. Se la relatività avesse potuto spiegare l’oscillazione dell’orbita di Mercurio senza dover fare affidamento su Vulcano, non avrebbe risolto solo un grande mistero in astronomia e fisica. Avrebbe dimostrato che la relatività poteva completamente sostituire Newton e le sue leggi di moto e gravitazione nella descrizione dell’universo.
L’intuizione chiave della relatività generale di Einstein era concepire la gravità come qualcosa di più di una forza tra due corpi, come credeva Newton, ma invece come una conseguenza dell'”affondamento” della massa nel “tessuto” di qualcosa chiamato spaziotempo.
“Il nucleo della relatività generale è che lo spazio e il tempo non sono statici, ma dinamici e possono cambiare“, ha detto Levenson. “Il modo in cui cambiano dipende dalla presenza e dal movimento della materia e dell’energia. Una massa vasta come il Sole crea curve nello spaziotempo, il che significa che le cose non vanno dritte. Un raggio di luce che passa vicino al Sole percorrerà un sentiero curvo“
Quando si trattava di Mercurio e della sua orbita, quella stessa curva in uno spaziotempo dinamico spiegava esattamente l’oscillazione dell’orbita del pianeta da sola, senza richiedere un altro pianeta tra Mercurio e il Sole. Affinando la sua teoria della relatività generale sul problema del perielio traballante di Mercurio, Einstein cancellò la necessità di un pianeta Vulcano dall’oggi al domani.
“Confutare l’esistenza di Vulcano era fondamentale per Einstein“, racconta Levenson, “perché dimostrava che questa sua nuova immagine radicale e bizzarra, che è lo spaziotempo dinamico, era in realtà il modo giusto di vedere l’universo“.
“Mercurio oscilla perché questo è il percorso più breve che può percorrere attraverso lo spaziotempo curvo creato da quell’enorme ammaccatura imposta dalla massa del Sole. Senza lo spaziotempo curvo, hai bisogno di un’altra massa per trascinarlo. Con lo spaziotempo curvo, Mercurio si comporta esattamente come La teoria di Einstein dice che dovrebbe“.
Negli oltre cento anni dalla pubblicazione della relatività generale, il pianeta Vulcano è svanito dalla coscienza pubblica (ad eccezione che in Star Trek, ovviamente, ma è un altro Vulcano), ma la sua storia è riemersa negli ultimi anni mentre storici della scienza e giornalisti hanno raccontato la sua importanza nello sviluppo della relatività generale. Più di ogni altra cosa, però, Vulcano è stato un importante ammonimento per gli scienziati di tutto il mondo.
“Vulcano ci insegna quanto sia difficile capire cosa ci sta dicendo la natura, quanto sia difficile capire quando la natura dice di no“, commenta Levenson. “La gente continuava a scoprire Vulcano perché il modo in cui vedevano il mondo richiedeva che Vulcano fosse lì“, ha aggiunto.
“Ci è voluto Albert Einstein per fornire la struttura in cui Vulcano è diventato non solo inesistente ma pure non necessario“.
