보이지 않는 행성의 자리를 계산으로 찾을 수 있을까?

그때 그곳

1781년 허셜이 천왕성을 발견한 뒤, 천문학자들은 뉴턴 역학으로 그 궤도를 계산했습니다.

그런데 실제 위치가 계산과 자꾸 어긋났습니다. 오차는 작았지만 사라지지 않았고, 시간이 갈수록 커졌습니다.

설명은 둘 중 하나였습니다. 그 먼 거리에서는 뉴턴의 중력 법칙이 조금 달라지거나, 아니면 천왕성 바깥에 아직 모르는 행성이 있어서 잡아당기고 있거나.

왜 이 질문이었나

르베리에는 두 번째 쪽으로 계산했습니다.

이 문제가 까다로운 것은 방향이 거꾸로이기 때문입니다. 보통은 행성의 위치와 질량을 알고 그것이 미치는 영향을 계산합니다. 이번에는 영향만 주어져 있고, 그 영향을 만든 것의 질량과 궤도와 현재 위치를 찾아내야 했습니다.

그는 천왕성의 어긋남을 남김없이 설명할 수 있는 미지 행성의 조건을 역으로 풀었습니다. 그리고 하늘에서 그것이 지금 있어야 할 자리를 지정했습니다.

프랑스 천문대는 별 관심을 보이지 않았습니다. 그는 베를린 천문대의 갈레에게 편지를 보냈습니다.

알아낸 것

갈레는 편지를 받은 날 밤 망원경을 그 방향으로 돌렸습니다. 한 시간 안에, 지정된 자리에서 1도도 채 떨어지지 않은 곳에서 별 지도에 없는 천체를 찾았습니다. 해왕성이었습니다.

계산으로 행성을 찾아낸 첫 사례였습니다. 뉴턴 역학이 어느 정도까지 정확할 수 있는지를 보여준 사건이기도 했습니다.

영국의 한 젊은 수학자도 거의 같은 시기에 같은 계산을 해두었지만 발표하지 못했습니다. 지금은 두 사람의 성취로 함께 기록합니다.

르베리에는 같은 방법을 수성에 적용했습니다. 수성 궤도에도 설명되지 않는 어긋남이 있었기 때문입니다. 그는 태양에 더 가까운 행성이 있다고 보고 벌컨이라는 이름까지 붙였습니다. 여러 사람이 봤다고 주장했지만 아무도 확인하지 못했습니다.

이번에는 첫 번째 설명이 답이었습니다. 1915년 일반상대성이론이 수성의 어긋남을 정확히 설명했습니다. 같은 방법이 한 번은 새 행성을 찾아냈고, 한 번은 새 물리학을 요구했습니다.