نبتون: كيف تكتشف الرياضيات شيئ فيزيائي قبل ان تراه التجربة و المشاهدة..

تعريف الكوكب حسب ال IAU وهو الاتحاد الفلكى الدولى فى المجموعة الشمسية هو:

1-ان يكون الجسم يدور حول الشمس
2-ان يكون الجسم ثقيل الى الحد الكافى بحيث يكون فى حالة التوازن الهيدروستاتيكى hydrostatic equilibrium اى تتوازن قوة الجذب الثقالى وقوة الضغط..بعبارة ابسط الجسم شكله تقريبا كروى...
3-والشرط الثالث حتى يكون الجسم كوكبا سيارا حول الشمس هو ان يكون الجسم قادر على تطهير جواره حول مداره
clearing the neighbourhood around its orbit
من كل الاجسام الاخرى..
هذا يعنى اى ان يكون الجسم قادر على قذف scatter كل الاجسام الاخرى التى يصادفها على مدراه بعيدا عن جواره, او تحويلها الى اقمار تدور حوله, او تلحيمها accrete -اى اكتساب كتلتها بمعنى امتصاصها- اليه..

الاجسام التى تحقق هذه الشروط الثلاثة فى المجموعة الشمسية هى الكواكب..
الاجسام التى تحقق الشرط 1 و 2 لكنها لا تستطيع تطهير الجوار حول المدار فهى تسمى الكواكب القزمة dwarf planets و اول هذه الاجسام هو بلوتو Pluto الذى كان يعتبر كوكب لكن اليوم رسميا لا يعتبر كوكب بل كوكب قزم..
وهناك 5 كواكب قزمة فى المجموعة الشمسية هى بلوتو, ايريس Eris, سيريس Ceres, هوميا Haumea و مايكمايك Makemake ...
والقرار اعلاه تم اتخاذه من قبل ال IAU فى عام 2006 فقط بعد اكتشاف ايريس الذى هو اثقل من بلوتو..
بلوتو و ايريس و غيره من الكواكب القزمة (واجسام اخرى كثيرة تعرف باسم ال SSSB لا تحقق الا الشرط الاول اعلاه) تقع كلها فى مدارات وراء نبتون Neptune فى ما يعرف بحزام كويبر Kuiper belt...
اذن نبتون هو الكوكب الثامن و الاخير فى المجموعة الشمسية..
ومن التصحيحات الحديثة ايضا فان نبتون (مع اورانوس) هو عملاق جليدى ice giant وليس عملاق غازى gaz giant (مثل المشترى و زحل) اى انه يتشكل اساسا من الميثايين و الأمونيا و الماء و ليس من الهيجروجين و الهيليوم...
ونبتون هو ايضا الكوكب الوحيد الذى اكتشف رياضيا اولا قبل المشاهدة التجريبية...
حيث ان الكسى بوفارد Alexis Bouvard نشر فى عام 1821 جداول لمواقع الكوكب الجار اورانوس حسب الحساب الذى تعطيه قوانين كيبلر Kepler's laws..
لكن المشاهدة بعد ذلك بينت ان الكوكب اورانوس يمسح مدارات مختلفة قليلة عن الحساب الذى تعطيه قوانين كيبلر..
اذن بوفار افترض ان هناك كوكب غير مرئى قريب من اورانوس يؤدى الى اضطراب المدار المشاهد..
تذكروا ان قوانين كيبلر تفترض ان الكوكب يدور حول الشمس تحت تأثير قوة الجذب الثقالى العام..اذن وجود جسم ثالث بالقرب سيؤدى الى اضطراب فى المدار الكيبلرى..وهذا هو المشاهد..اذن هناك بالفعل جسم بالجوار الذى هو الكوكب نبتون..
يمكن تعيين موقع هذا الكوكب الاضافى عن طريق اعادة حساب مدار اورانوس (بافتراض وجود جسم ثالث الآن) ثم المقارنة مع مدار اورانوس المشاهد تجريبيا..
هذا الحساب قام به بين عامى 1845-1846 كل من جون كوش ادامس John Couch Adams و اوربان لو فيغيي Urban Le Verrier و تم حساب الموقع الذى يجب ان يكون فيه الكوكب نبتون حتى يُمكن ان نفسر المدار المشاهد لاورانوس ..
لو فيغيى ارسل الحساب و الموقع المتوقع لنبتون الى يوهان غوتفريد غال Johann Gottfried Galle الذى اكتشف الكوكب نبتون -صدقوا او لا تصدقوا- فى نفس اليوم الذى تلقى فيه رسالة لو فيغيى بخطأ اقل من 1 درجة بالمقارنة مع الحساب النظرى...
وهذه قصة من كلاسيكيات الفيزياء..