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Die Grundlagen des Wissens

Das Sonnensystem Neptun: Das Rätsel jenseits des Uranus

Seltsam unregelmäßig bewegt sich der 1781 entdeckte Planet Uranus am Firmament. Um 1840 ahnen Astronomen, dass ihn ein unbekanntes Objekt beeinflusst. Zwei Mathematiker sind dem Himmelskörper auf der Spur

Der junge Mathematiker klopft gegen 16 Uhr an die Haustür des Königlichen Hofastronomen in Greenwich bei London – bereits zum zweiten Mal. Schon am frühen Nachmittag dieses 21. Oktober 1845 hat der Besucher unangemeldet versucht, George Biddell Airy zu sprechen. Doch der, erklärte Airys Butler, sei auf einer Sitzung in London und werde erst später zurückerwartet.

Der 26-jährige John Couch Adams aus Cambridge hat daraufhin seine Visitenkarte sowie ein kurzes Schreiben mit Ergebnissen seiner Berechnungen überreicht und angekündigt, später wiederzukommen. Jetzt also steht er erneut vor dem resoluten Butler. Doch der wimmelt ihn ab: Der Königliche Hofastronom sei nun zwar daheim, aber er sitze mit seiner Frau zu Tisch und dürfe nicht gestört werden. Und: Nein, Dr. Airy habe keine Nachricht für Mr. Adams hinterlassen.

Adams glaubt, einen unbekannten Planeten gefunden zu haben

Der junge Mathematiker ist ratlos. Er ist ein unbekannter Wissenschafter, der aus einfachen, provinziellen Verhältnissen stammt. Bescheiden und schüchtern. Und so besteht er nicht darauf, vorgelassen zu werden. Stattdessen kehrt er tief enttäuscht nach Cambridge zurück. Warum nur will Airy ihn nicht empfangen? Weshalb lässt ihm der Hofastronom nicht einmal eine Notiz zukommen? Dabei ist Adams, wie er glaubt, etwas gelungen, was noch kein Mensch zuvor geschafft hat: die Existenz eines unbekannten Planeten rein mathematisch zu beweisen. Er hat sogar berechnet, wo am Firmament er zu finden sei.

Nun wäre nur noch ein großes Teleskop auf den entsprechenden Himmelsabschnitt zu richten, um das Objekt auch tatsächlich zu entdecken. John Couch Adams hofft, dass der Königliche Hofastronom dies alsbald veranlassen wird. Er ahnt nicht, dass sich ein renommierter französischer Kollege inzwischen mit dem gleichen Thema befasst. Und kurz vor der Lösung steht.

Als John Couch Adams am 5. Juni 1819 auf einem Bauernhof bei Laneast in Cornwall geboren wird, sind seine Aussichten auf eine akademische Karriere gering. Die Eltern sind Pächter eines Farmbetriebs, in ihren Möglichkeiten begrenzt. Immerhin, es reicht zum Leben – trotz der sechs Geschwister, die dem Erstgeborenen noch folgen. Den ersten Schulunterricht bekommt John in einem Farmhaus in Laneast, dann wird seine Ausbildung einem gewissen R. C. Sleep übertragen – „Professor für Kalligraphie, Stenographie, Mathematik, Französisch, Hebräisch etc.“, wie der sich selbst später anpreisen wird.

Sleep arbeitet mit dem Zehnjährigen ein altes Algebra-Buch durch, und zum Erstaunen des Lehrers ist ihm der Schüler im Verständnis mathematischer Probleme schon bald weit voraus. Mit elf Jahren gilt John als Wunderkind. 1831 schicken ihn die Eltern auf eine Schule in Devonport. Jede freie Minute verbringt der Junge nun in einer Bibliothek, um mathematische und astronomische Bücher zu studieren. Mit 14 Jahren zeichnet er Sternkarten, erlebt 1835 tief beeindruckt das Erscheinen des Halleyschen Kometen und veröffentlicht zwei Jahre später in einer Lokalzeitung seinen ersten wissenschaftlichen Aufsatz, über eine Mondfinsternis.

Er berechnet Kometenbahnen, Sonnen- und Mondfinsternisse – mit mathematischem Wissen, das er sich fast komplett selbst beigebracht hat. Wohl auf Anraten eines Pfarrers, der John zuletzt unterrichtet hat, macht sich der 20-Jährige im Oktober 1839 auf nach Cambridge. Er besteht die Aufnahmeprüfung am St. John’s College und erhält ein Stipendium, das es ihm – auch dank einer kleinen Erbschaft – ermöglicht, Mathematik zu studieren.

Das junge Genie interessiert sich vor allem für Astronomie

In den folgenden Jahren konzentriert sich Adams ganz auf die Vorlesungen, selbst in seiner Freizeit kann es jederzeit vorkommen, dass seine Gedanken zu einem mathematischen Problem abschweifen und er alles um sich herum vergisst. Die Sonntagabende verbringt er häufig bei dem Professor eines anderen Colleges – in jenen Räumen, in denen der berühmte Isaac Newton sein Hauptwerk geschrieben hat, die „Principia Mathematica“.

Daneben aber interessiert er sich vor allem für Astronomie. Und so kommt es, dass Adams (wie er sich später präzise erinnert) am 26. Juni 1841 die Buchhandlung „Johnson’s“ betritt, dort in den Regalen stöbert und auf die 1832 erschienene Abhandlung „Bericht über die Fortschritte der Astronomie“ des späteren Königlichen Hofastronomen George Biddell Airy stößt. Eine Passage des Buches weckt die Neugier des Mathematikers. Sie betrifft den Uranus: Irgendetwas stimmt mit ihm nicht.

Dieser siebte Planet ist erst 60 Jahre zuvor von William Herschel entdeckt worden. Der gebürtige Deutsche, von Beruf eigentlich Musiker, war 1757 als 18-Jähriger von Hannover nach England emigriert. Hatte sich zunächst als Notenschreiber, Leiter einer Militärkapelle und Musiklehrer durchgeschlagen, sich auch als Komponist und Dirigent einen Namen gemacht und war schließlich 1766 Kirchenorganist geworden in Bath, einem exklusiven Erholungsort im

Südwesten Englands.

Dort hatte er seine Liebe zur Astronomie entdeckt und begonnen, wie besessen Teleskope zu konstruieren. Er hatte nicht nur sein Amt als Organist versehen sowie täglich sechs bis acht Schüler unterrichtet, sondern in seiner Freizeit alle Zimmer seines Hauses zu Werkräumen umfunktioniert und dort Spiegel gegossen, geschliffen und poliert, Rohre und Rahmen hergestellt, Okulare gefertigt.

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Einmalig unter den Planeten unseres Sonnensystems ist die Drehung des Uranus: Die Rotationsachse steht nicht senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn, sondern liegt in ihr - wie bei einem Ei, das über den Tisch rollt. Deshalb steht die Sonne manchmal direkt über einem der Pole (oben Mitte). Die dunklen Ringe wurden 1977 entdeckt und bestehen überwiegend aus Partikeln von 20 Zentimeter bis 20 Meter Größe, die Licht ähnlich schlecht reflektieren wie Kohle

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Mit seinen immer weiter verbesserten, bald hervorragenden Teleskopen erkundete Herschel das Firmament und verglich es mit den ihm vorliegenden Sternkarten. Dabei fiel ihm am Abend des 13. März 1781 ein Himmelskörper auf, dessen Abbild im Teleskop sichtlich größer war als das der anderen. Vier Nächte später konnte Herschel feststellen, dass sich das Objekt bewegt hatte, und beschloss, die Fachwelt zu -informieren: Er habe einen neuen Kometen gefunden.

Doch nach etlichen Monaten der Prüfung wurde den Berufsastronomen allmählich klar, was Herschel tatsächlich entdeckt hatte: einen Planeten. Den ersten Wandelstern, der nicht mit dem bloßen Auge zu erspähen und deshalb auch nicht schon seit Menschengedenken bekannt war. Mehrere Astronomen hatten in den Jahrzehnten darauf versucht, aus den beobachteten Positionen des neuen Planeten – für den sich nach und nach der Name „Uranus“ einbürgerte, nach dem griechischen Himmelsgott – dessen Umlaufbahn um die Sonne möglichst genau zu berechnen.

Die Umlaufbahn des Uranus ist den Gelehrten ein Rätsel

Doch der Orbit des Uranus entsprach einfach nicht den Vorhersagen der Wissenschaftler. Jahrzehntelang war er stets schneller als erwartet; dann, in den 1820er Jahren, kehrte sich das Ganze um: Nun war er zu langsam. So unerklärlich war die Planetenbahn, dass manche Forscher sogar zweifelten, ob das Newton’sche Gravitationsgesetz in solch großer Entfernung von der Sonne überhaupt noch gültig ist. Als nun John Couch Adams an jenem 26. Juni 1841 in Airys Auslassungen über das Rätsel des Uranus blättert, beschließt er spontan – und ziemlich selbstbewusst – dieses Rätsel zu lösen.

Ein paar Tage später notiert er: „Ich habe Anfang dieser Woche einen Plan entworfen, um die noch unerklärlichen Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Uranus zu untersuchen; mit dem Ziel, herauszufinden, ob sie dem Einfluss eines noch unentdeckten Planeten zuzuschreiben sind.“ Dass ein unbekannter Himmelskörper jenseits des Uranus kreist, mit seiner Schwerkraft an ihm zerrt und so für die Unregelmäßigkeiten in dessen Bahn sorgt, haben schon andere vermutet.

Doch Adams’ Vorhaben, den Unbekannten allein mithilfe mathematischer Berechnungen aufzuspüren, scheint vermessen. Die meisten Forscher halten dies für unmöglich. Für Adams wäre dies ein Triumph: Erstmals würde ein Himmelskörper nicht mit dem Auge, sondern durch komplexe Gleichungen entdeckt werden. Erst zwei Jahre später, nach seinem Examen, kann der junge Mathematiker ernsthaft mit seinen Berechnungen beginnen. Im Oktober 1843 hat er schließlich einen ersten Lösungsansatz für das Problem – und ist sich nun sicher: Die Bahnstörungen des Uranus lassen sich tatsächlich durch einen großen Himmelskörper erklären, der weiter draußen im All um die Sonne kreist.

Doch er benötigt genauere Angaben zum Orbit des Uranus. Und so wendet sich Adams an James Challis, den Direktor des Observatoriums von Cambrigde, und bittet ihn, einen Brief an George Biddell Airy zu schicken – an den Verfasser ebenjener Schrift über die „Fortschritte der Astronomie“, die Adams zwei Jahre zuvor zu seinem Unternehmen inspiriert hat.

George Biddell Airy, seit 1835 Königlicher Hofastronom, verfügt am Royal Observatory in Greenwich über die umfangreichsten Daten zum Uranus. Und tatsächlich: Challis setzt den erwünschten Brief auf. „Ein junger Freund von mir, Mr. Adams vom St. John’s College, arbeitet an einer Theorie des Uranus“, schreibt er im Februar 1844 an Airy und bittet um Informationen. Umgehend liefert der Hofastronom, für seine Sorgfalt und Genauigkeit bekannt, das benötigte Material. Doch Adams lässt sich Zeit mit seinen Berechnungen. Viel Zeit. Seine Lehrverpflichtungen am College in Cambridge lassen ihm nur wenig freien Raum. Zudem ist er im Herbst 1844 damit beschäftigt, die Umlaufbahn eines neu entdeckten Kometen zu errechnen. Er kann ja nicht wissen, dass ein anderer Forscher gerade dabei ist, ihm zuvorzukommen.

Ein Konkurrent publiziert seine Ergebnisse schneller als Adams

Die Berechnung des Kometen-Orbits durch Adams hat James Challis angeregt, der den Schweifstern beobachtet und seine Daten an den Mathematiker weitergegeben hat. Adams veröffentlicht seine Ergebnisse im Oktober 1844 in der Londoner „Times“. Doch zu seiner Verärgerung muss er feststellen, dass ein Franzose schneller gewesen ist und annähernd gleiche Ergebnisse kurz zuvor in Frankreich publiziert hat.

Sein Name: Urbain-Jean-Joseph Le Verrier. Le Verrier, acht Jahre älter als Adams, ist ebenfalls ein außergewöhnlich begabter Mathematiker und zudem ein äußerst vielseitiger Wissenschaftler. Der frühere Stipendiat der angesehenen École Polytechnique in Paris hat seine Karriere als Chemiker begonnen, dann eine Dozentenstelle für Astronomie an der École Polytechnique erhalten. In diesem Fach hat er sich bereits durch hervorragende Studien über die Langzeitstabilität des Sonnensystems sowie über die Berechnung von Kometenbahnen hervorgetan.

Le Verrier ist ehrgeizig und platzt schier vor Selbstvertrauen. Der aufstrebende Forscher aus der Normandie sei charakterlich „schwierig“, heißt es. Spätere Mitarbeiter werden ihn als hochmütig, egoistisch, autoritär, ja despotisch bezeichnen. Im Sommer 1845 schlägt ihm der Direktor des Pariser Observatoriums vor, sich mit dem Uranus-Problem zu beschäftigen. Sofort stürzt sich Le Verrier mit aller Vehemenz in die Rätselfrage um das unerklärliche Verhalten des siebten Planeten.

Von dieser Konkurrenz ahnt John Couch Adams nichts, der mit seiner Berechnung der Bahndaten für den unbekannten Himmelskörper schon sehr weit gekommen ist. Und so beginnt im Sommer 1845 ein Rennen zwischen zwei Kontrahenten, die das gleiche ganz und gar unerhörte Ziel verfolgen, aber nichts von ihrer Konkurrenz zueinander wissen – ein in der Geschichte der Astronomie einmaliger Wettlauf.

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Neptun, der äußerste große Planet, benötigt etwa 165 Erdenjahre, um die Sonne auf einer fast kreisförmigen Bahn zu umrunden. Er besitzt ein System aus mehreren lichtschwachen Ringen, die in den 1980er Jahren entdeckt wurden. Ihre Zusammensetzung ist noch unbekannt; vermutlich haben sie sich aus dem Material seiner Monde gebildet. Neptuns Atomsphäre ist in höheren Schichten sehr kalt, doch wegen einer starken Hitzequelle im Inneren extrem stürmisch

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Adams geht inzwischen davon aus, dass der unbekannte Planet sich nicht auf einer Kreisbahn, sondern einer Ellipse bewegt, und dass sein mittlerer Abstand zur Sonne etwa doppelt so groß ist wie der des Uranus. Die Grundidee seiner These: Die Entfernung zwischen den zwei Planeten verändert sich ständig, denn beide bewegen sich auf ihren jeweiligen Umlaufbahnen um die Sonne – doch Uranus braucht dafür deutlich weniger Zeit als der unbekannte Himmelskörper.

Dieser Rätselplanet beschleunigt den Uranus mit seiner Schwerkraft oder bremst ihn ein wenig ab – je nachdem, ob er sich in seiner Umlaufbahn vor oder hinter dem von Herschel entdeckten Planeten befindet. Adams bestimmt daher die Diskrepanz zwischen 21 Positionen des Uranus, die in den vorangegangenen Jahrzehnten am Firmament beobachtet worden sind, und der jeweiligen theoretisch (also ohne die Störung durch den unbekannten Planeten) zu erwartenden Stellung. Daraus lassen sich dann Rückschlüsse auf den Verursacher dieser Störungen ziehen.

Eine extrem aufwendige und komplexe Rechnerei mit vielen Unbekannten beginnt. Mächtige Papierstapel türmen sich um den Mathematiker. Mitte September 1845 gelangt der Brite zu einem Zwischenergebnis. Diese Berechnung ermöglicht ihm, einen relativ engen Abschnitt am Firmament einzugrenzen, in dem der unbekannte Himmelskörper nach seinen Überlegungen zu finden sein müsste.

Nur ein Astronom vermag die Berechnungen zu überprüfen

Adams braucht jetzt die Hilfe eines Astronomen, der in dem errechneten Areal mit einem Teleskop systematisch Ausschau hält nach dem Rätselplaneten. Er präsentiert seine Ergebnisse James Challis. Doch der Direktor des Observatoriums von Cambridge schreckt zurück. Zu abenteuerlich erscheint ihm der Versuch, einen Himmelskörper mit rein mathematischen Mitteln aufzuspüren. Doch immerhin schlägt er Adams vor, sich an den Königlichen Hofastronom zu wenden, und setzt ein Empfehlungsschreiben an George Biddell Airy auf.

Ende September klopft Adams zum ersten Mal an Airys Haustür in Greenwich. Er ist auf dem Weg zu seiner Familie in Cornwall und zu bescheiden, um den Besuch bei dem berühmten Mann vorher anzukündigen. Und so hat Adams Pech: Der Hofastronom weilt gerade auf einer Konferenz in Paris; der Mathematiker kann nur sein Empfehlungsschreiben hinterlassen. Am 21. Oktober dann der zweite Versuch, der ebenfalls ohne Ergebnis bleibt und Adams so enttäuscht.

Was der unglückliche Mathematiker jedoch nicht weiß: George Biddell Airy hatte ihm keine Nachricht hinterlassen, weil er von seinem Besuch überhaupt nichts wusste. Vermutlich hatte die hochschwangere Frau des Hofastronomen schlicht vergessen, ihren Gatten über den Besucher zu informieren – und auch dessen Visitenkarte nicht weitergegeben. 15 Tage später: Inzwischen hat Airy doch noch ein von Adams hinterlassenes Blatt Papier mit dem Zwischenergebnis seiner Berechnungen erhalten und antwortet dem Mathematiker am 5. November 1845 in einem Brief.

Der Astronom ist skeptisch. Er hat ja nur die knappen Ergebnisse auf einem Zettel gesehen und traut dem jungen Mathematiker eine solch komplizierte, in seinen Augen völlig unmögliche Berechnung kaum zu: Was ihm Adams als Resultate aufwendiger Kalkulationen vorgelegt hat, hält Airy für hypothetische Annahmen. Deshalb richtet er schriftlich einige Fragen an Adams und möchte weitere Einzelheiten erfahren.

10. November 1845. In der Zwischenzeit hat auch Le Verrier enorme Fortschritte gemacht. Jetzt präsentiert er der Pariser Akademie der Wissenschaften erste Ergebnisse. Ihnen zufolge kann er ausschließen, dass die Planeten Jupiter oder Saturn die Bahnstörungen des Uranus verursachen. Im Dezember erfährt Airy von diesen Berechnungen und ist beeindruckt – wohl auch, weil der Franzose bereits ein renommierter Mathematiker ist. Dabei hält er die von Adams errechnete, viel weiter gehende Lösung ja bereits in den Händen. Doch das entgeht dem Hofastronom, weil er die Resultate des jungen Briten nicht ernst nimmt.

Unglückliche Umstände werfen Adams weiter zurück

Zudem hat Airy auch noch keine Antwort auf seinen Brief erhalten – offenbar ist sich dieser Adams seiner Sache doch nicht sicher. In Wahrheit hat der Mathematiker wohl einfach nicht verstanden, wie der Hofastronom Fragen stellen kann, die sich doch aus der Existenz des unbekannten Planeten wie von selbst erklären. Es ist nur eine weitere Komplikation in einer Verkettung unglücklicher Umstände, die es dem jungen Mann aus Cambridge so ungemein schwer machen, seine bahnbrechende Erkenntnis der Welt zu verkünden. In den folgenden Monaten arbeiten beide Mathematiker fieberhaft an verbesserten Versionen ihrer Berechnungen. Und noch immer wissen sie nicht voneinander.

1. Juni 1846. Le Verrier veröffentlicht den zweiten Teil seiner Untersuchung des Uranus-Problems: Auch er ist zu dem Ergebnis gekommen, einzig ein bislang unbekannter Planet könne dessen seltsame Bewegung erklären. Die zu erwartende Position dieses neuen Himmelskörpers liefert er gleich mit. Airy erfährt davon; er ist der Einzige, der weiß, dass Le Verriers Voraussage der von Adams sehr nahe kommt.

Nun hat er keine Zweifel mehr an den Resultaten des jungen Briten. Er schreibt Le Verrier – ohne Adams zu erwähnen – und stellt dem Franzosen die gleichen Fragen wie sieben Monate zuvor seinem Landsmann. Doch im Gegensatz zu Adams antwortet Le Verrier prompt und weist den Hofastronom auf die Belanglosigkeit seiner Fragen hin. Immerhin: Jetzt hält auch Airy die Zeit für reif, nach dem Planeten zu suchen.

29. Juni 1846. Auf einer Sitzung des Königlichen Observatoriums verkündet Airy, man werde „mit höchster Wahrscheinlichkeit“ bald einen Planeten entdecken, falls sich eine Sternwarte dieser Aufgabe annähme. Und neben den schon allseits bekannten Berechnungen Le Verriers erwähnt er zum ersten Mal öffentlich das fast gleichlautende Ergebnis von Adams, das ihm mittlerweile schon seit acht Monaten vorliegt.

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Der anwesende John Herschel, der Sohn des Uranus-Entdeckers und selbst ein namhafter Astronom, formuliert einige Wochen später über den noch unbekannten Himmelskörper: „Wir sehen ihn, wie Kolumbus Amerika von der spanischen Küste aus sah. Seine Bahn wurde mit den weitreichenden Mitteln der Mathematik aufgespürt, und zwar mit einer Gewissheit, die dem Beweis durch die tatsächliche Beobachtung kaum unterlegen ist.“ Doch noch fehlt dieser Beweis.

Anfang Juli 1846. Airy drängt den Direktor des Observatoriums in Cambridge James Challis, mit der Suche zu beginnen. Da Airy zwar mittlerweile überzeugt ist, dass es den Planeten gibt, aber der Exaktheit der Prognosen nicht traut, schlägt er ein riesiges Areal vor. 300 Beobachtungsstunden sind erforderlich, um es zu prüfen. Am 29. Juli legt Challis los. John Couch Adams ist begeistert; fünf Jahre nach seinen ersten Überlegungen zu dem unbekannten Planeten führen seine Berechnungen endlich zu praktischen Konsequenzen. Aufgeregt teilt er Challis noch mit, dass der Planet vermutlich groß genug ist, um ihn im Teleskop als Scheibe zu erkennen. Damit ist er leichter zu identifizieren: Man muss eine Region nicht mehrfach beobachten, um den Wandelstern anhand seiner Bewegung zu entlarven. Doch den Astronom interessiert Adams’ Hinweis nicht; er hält stur an seinem Programm fest.

Die Entdeckung des achten Planeten steht kurz bevor

31. August 1846. Le Verrier präsentiert der französischen Akademie der Wissenschaften einen dritten Bericht, in dem er die Position des vermuteten Himmelskörpers nochmals eingrenzt – und die Astronomen eindringlich auffordert, sich auf die Suche nach ihm zu machen: Mit guten Teleskopen müsse er problemlos zu finden sein. Dass Challis in Cambridge bereits nach dem Planeten Ausschau hält, weiß er nicht.

2. September 1846. Auch John Couch Adams hat noch genauere Berechnungen vorgenommen, die er Airy per Brief zuschickt. Doch erneut hat Adams Pech: Der Hofastronom ist für mehrere Wochen in Deutschland auf Reisen. Unterdessen versucht Le Verrier unermüdlich, Astronomen für die Suche zu gewinnen, verschickt seine Studie, schreibt Briefe. Schließlich wendet er sich an den Deutschen Johann Gottfried Galle, der ihm einst seine Dissertation geschickt hat. Galle arbeitet an der Berliner Sternwarte, die mit einem ausreichend leistungsfähigen Teleskop ausgestattet ist.

23. September 1846. Galle erhält das Schreiben und beginnt noch am selben Abend mit der Suche. Es ist eine klare Sternennacht. Stundenlang richten Galle und der Assistent Heinrich d’Arrest (später selbst ein bedeutender Astronom) das Teleskop auf das von Le Verrier angegebene Areal – vergebens: Die Planetenscheibe ist nicht zu finden. Sie sind schon fast entmutigt, als sie einen neuen Plan fassen: Galle wird für jeden Stern, den er durch das Teleskop beobachtet, die Position nennen, die d’Arrest dann mit einer besonders guten Karte dieser Himmelsregion vergleicht. Kurz nach Mitternacht ruft der Assistent plötzlich begeistert aus: „Dieser Stern ist nicht auf der Karte!“ Endlich ist der achte Planet des Sonnensystems gefunden.

Die Nachricht verbreitet sich innerhalb weniger Tage, und ganz Europa feiert Le Verrier als den eigentlichen Entdecker. Da wendet sich am 3. Oktober John Herschel an die Öffentlichkeit: Auch ein junger Mathematiker aus Cambridge sei gänzlich unabhängig von Le Verrier zur gleichen Vorhersage gelangt. Daraufhin entbrennt ein monatelanger, erbittert geführter Streit darum, wem denn nun die Ehre der Entdeckung gebühre. Le Verrier ist außer sich vor Wut, als er von den Berechnungen Adams erfährt, die Airy ihm gegenüber verschwiegen hat. Zumal er nun in einer Zeitung lesen muss, dass die Wissenschaftler jenseits des Kanals einen Teil des Ruhms für sich beanspruchen. John Couch Adams aber schweigt.

Adams erkennt den Erfolg seiner Konkurrenten neidlos an

Sicherlich ist er tief enttäuscht. Doch bescheiden, wie er ist, mischt er sich nicht ein in die Kontroverse; vielmehr gesteht er Le Verrier und Galle die Entdeckung neidlos zu und macht sich lieber daran, die Bahn des neuen Planeten anhand der nun vorliegenden Beobachtungen noch genauer zu berechnen. Am 13. November 1846 schildern Airy, Challis und Adams auf einer Sitzung der Royal Astronomical Society ihre Sicht der Planetenjagd. Im Gegensatz zu dem jungen Mathematiker geben die beiden etablierten Astronomen dabei kein gutes Bild ab.

Weshalb hat sich die britische Wissenschaft diesen Preis entgehen lassen, werden sie gefragt? Warum wurde nicht früher mit der Suche begonnen? Die Antworten bleiben unbefriedigend, und James Challis muss sogar bekennen, dass er den Planeten zweimal – am 30. Juli und am 12. August – in seinem Teleskop vor Augen gehabt hat, ohne ihn zu identifizieren. Auch um den Namen gibt es Kontroversen. Vorgeschlagen werden Janus, Oceanus, Minerva und andere Namen. Anfang 1847 aber setzt sich zumindest außerhalb Frankreichs die Bezeichnung „Neptun“ durch – nach dem römischen Meeresgott, mit dessen Namen die Reihe der mythologischen Planetenbezeichnungen fortgesetzt wird. Le Verrier selbst hatte ihn zunächst vorgeschlagen, später dann aber längere Zeit vergebens versucht, der Bezeichnung „Le Verriers Planet“ Akzeptanz zu verschaffen.

Erst nach Monaten der Debatte, des Streits und der Verleumdung gelingt es den Besonnenen unter den Wissenschaftlern, allen voran John Herschel, die konkurrierenden Nationen zu versöhnen. So kommt es, dass sich Adams und Le Verrier während einer Tagung der Britischen Gesellschaft zur Beförderung der Wissenschaften im Juni 1847 erstmals persönlich begegnen. Die Anwesenden sind gespannt: Wie werden die beiden Konkurrenten um die wissenschaftliche Ehre einander gegenübertreten? Wird es erneut zum Streit kommen? Die Sorge ist grundlos. Die zwei Forscher begrüßen einander herzlich, schütteln sich die Hände und plaudern bald wie alte Freunde. Es entsteht eine Verbindung, die ein Leben lang halten wird.

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Lange Zeit aber bleiben die beiden äußeren Wandelsterne rätselhaft. Ihre Umlaufbahnen und Geschwindigkeiten lassen sich zwar relativ leicht aus den Beobachtungsdaten ermitteln. Doch erst mit immer größeren Teleskopen und schließlich mit Raumspähern gewinnen die nachfolgenden Generationen ein umfassendes Bild der beiden Riesenplaneten.

Heute weiß man: Beide sind bläuliche Gasriesen von jeweils rund 50 000 Kilometer Durchmesser und dem etwa 60-fachen Volumen der Erde. Beide haben eine Atmosphäre, die zu gut 80 Prozent aus Wasserstoff und zu 15 bis 19 Prozent aus Helium besteht; daneben kommen etwas Methan (auf das die blaue Farbe der Planeten zurückzuführen ist) sowie ein paar Spurengase vor. Auf dem Neptun kommt es häufiger zu Stürmen – vermutlich, weil aus dem Inneren Hitze aufsteigt und Turbulenzen verursacht.

Dennoch sind die Temperaturen der Wolkenoberseite bei beiden mit rund minus 220 Grad Celsius eisig. Weil der Druck mit zunehmender Tiefe steigt, fallen mehr und mehr der gasförmigen Bestandteile als feste Eispartikel aus. So geht die Gashülle der Planeten allmählich in einen Mantel aus Wassereis, Methan und Ammoniak über – ohne dass es eine eindeutige, feste Oberfläche gibt. Der Kern in seinem Inneren besteht vermutlich aus Eis und Gestein.

Uranus gleicht einem Ei, das auf dem Tisch umherrollt

Uranus hat 27 bekannte Monde, Neptun 13. Beide Planeten sind zudem von dünnen Ringsystemen umgeben. Uranus ist rund 19-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde und benötigt 84 Jahre für einen Umlauf. Neptun kreist in etwa 30-facher Erdentfernung und reist in 165 Jahren einmal um das Zentralgestirn. Rund 17 Stunden benötigt Uranus für eine Drehung um sich selbst, Neptun 16. Kurios ist die Rotationsachse des Uranus. Bei den meisten Planeten steht sie senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn – so wie die Drehachse eines auf einem Tisch rotierenden Kreisels zur Tischoberfläche. Bei Uranus dagegen liegt sie etwa in der gleichen Ebene wie die Bahn – so wie bei einem Ei, das auf dem Tisch umherrollt.

Die Folge sind seltsame Jahresverläufe: Da gibt es eine Jahreszeit, in der das Licht der hier nur fahl leuchtenden Sonne fast genau über dem Nordpol steht (während der Südpol komplett im Dunkeln liegt). Von dort bewegen sich ihre Strahlen zum Äquator und darüber hinaus, bis sie ein halbes Uranusjahr später über dem Südpol glimmt. Beide äußeren Planeten haben ein Magnetfeld, das erstaunlicherweise bei Neptun um 47 Grad, bei Uranus um 59 Grad gegen die Rotationsachse verdreht ist. Dementsprechend liegen die magnetischen und geographischen Pole bei diesen Planeten viel weiter auseinander als auf der Erde.

Die Magnetfelder müssen anders zustande kommen als auf unserem Heimatplaneten, denn Uranus und Neptun enthalten keinen äußeren Kern aus flüssigem Eisen, das elektrische Ströme erzeugen könnte. Ihre Massen (15- und 17-mal mehr als die der Erde) sind auch nicht groß genug, um im Inneren jenen Druck zu erzeugen, der Wasserstoff in eine metallische und damit in eine elektrisch leitfähige Form umwandelt (wie es bei Jupiter, 318 Erdenmassen, und Saturn, 95 Erdenmassen, der Fall ist; deren Magnetfelder entstehen vermutlich durch elektrische Ströme im metallischen Wasserstoff).

Bei Uranus und Neptun muss also ein anderer Mechanismus wirken. Forscher vermuten, dass der Druck im Inneren dieser Planeten Moleküle wie Ammoniak dazu bringt, in elektrisch geladene Bestandteile zu zerfallen. Diese Ionen sind in Wasser gelöst, können sich im Inneren der Himmelskörper bewegen und so einen Stromfluss erzeugen, der das Magnetfeld aufbaut.

Die Ringe des Uranus wurden 1977, die des Neptuns 1984 entdeckt. Die meisten Informationen aber lieferte die amerikanische Sonde „Voyager 2“, die 1986 am Uranus und 1989 am Neptun vorbeiflog – der bislang einzige Besuch bei den äußeren Planeten (derzeit sind keine weiteren Visiten geplant). All dies war vor gut 160 Jahren, als der Neptun erstmals im Teleskop auftauchte, natürlich nicht bekannt. Niemand konnte ahnen, welche Art von Welt da aufgespürt worden war.

Beide Mathematiker werden berühmt - und schon bald befördert

Adams und Le Verrier, die beiden Entdecker des achten Planeten, werden durch ihre mathematische Meisterleistung zu anerkannten Größen in der Astronomie. Und der Ehre folgen schon bald auch die Ämter. Die Universität Cambridge ernennt John Couch Adams 1859 zum Professor für Astronomie und Geometrie und 1861 zum Nachfolger von Challis als Direktor der Sternwarte. Zwei Jahre später entdeckt der inzwischen 43-Jährige erneut unbekannte Sphären: „Ich fühle mich schon ganz in einer neuen Welt und schaue voller Bedauern auf die Eiszeit meines früheren Daseins zurück, die mir bereits Jahrmillionen zurückzuliegen scheint“ – er hat Elizabeth Bruce aus Dublin einen Heiratsantrag gemacht und ihr Jawort erhalten.

Bis zu seinem Tod im Januar 1892 führt Adams auf dem Gelände der Sternwarte von Cambridge das ruhige Leben eines Gelehrten, beschäftigt sich neben der Astronomie mit Botanik, Geologie, Geschichte, spielt gern Krocket, Boccia und Whist. Und zur Zerstreuung berechnet er mathematische Konstanten auf mehr als 200 Stellen hinter dem Komma genau.

Urbain-Jean-Joseph Le Verrier ist weiterhin von den Bahnen der Himmelskörper fasziniert und plant, das Planetensystem in einem einzigen Werk darzustellen. Im Januar 1854 wird er Direktor des Pariser Observatoriums. Mit harter Hand modernisiert er diese Institution, an der er neben der Astronomie auch die Meteorologie zu einem Kompetenzbereich macht. Seine Amtsführung gilt als ruppig und hochmütig. Den Angestellten gegenüber gibt er sich autoritär. 1870 wird er entlassen – wegen seines despotischen Verhaltens und weil er zu wenig Geld des Observatoriums in die Beobachtung der Sterne investiert. Doch als sein Nachfolger bei einem Unfall ertrinkt, übernimmt er 1873 erneut das Amt.

Vier Jahre später stirbt Le Verrier an einem Leberleiden. Wenige Wochen zuvor hat er noch die Drucklegung seiner Planetentafeln erlebt, für die er in jahrzehntelanger Arbeit das gesamte bekannte Wissen über die Bahnen der Wandelsterne zusammengetragen und revidiert hat. Schon im Vorjahr ist er für dieses Mammutwerk von der britischen Royal Astronomical Society mit der Goldmedaille ausgezeichnet worden. Die Lobrede hielt der Präsident der Gesellschaft: John Couch Adams.

Bis zum Ende seines Lebens hat Le Verrier nur selten persönlich durch ein Fernrohr geblickt. Es ging ihm mehr um Mathematik und Theorie als um den Blick in die Tiefen des Alls. Ein Zeitgenosse geht sogar so weit zu behaupten, Le Verrier habe selbst am Neptun nur theoretisches Interesse gehabt: „Ich glaube fast, er hat ihn nie gesehen.“

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