El descubrimiento de los planetas del sistema solar ha tomado una gran cantidad de años de observación y cálculos basados en la mecánica celeste. Los planetas más brillantes, los que podemos observar a simple vista: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, se conocen desde la antigüedad.
Las cosas se comienzan a complicar con Urano, descubierto por William Herschel el 13 de marzo de 1781, el cual fue confundido al inicio con una estrella; sin embargo, conforme se estudió más a fondo, se concluyó que en realidad era un planeta. Aunque está en el otro extremo, el caso de Neptuno da comienzo a la historia de Vulcano.
Urbain Le Verrier es el protagonista de nuestra historia, nació en 1811 en Saint-Lô, Francia, se especializó en mecánica celeste y tomó gran renombre por sus publicaciones sobre el cambio en las órbitas de los planetas, incluyendo la Tierra, describiendo su movimiento y cómo sería en el futuro. Requirió una gran cantidad de cálculos matemáticos con un alto nivel de dificultad, ya que encontrar la manera en que el movimiento de un cuerpo se altera por la presencia de una gran cantidad de cuerpos a la vez, es una tarea muy laboriosa.
En la época, uno de los problemas más populares en astronomía era el extraño comportamiento de la órbita de Urano, ya que, aún después de los cálculos de la influencia de otros planetas, era inexplicable, por lo que los astrónomos dedujeron que debía existir otro planeta más allá de Urano. Comprobarlo requería nuevamente cálculos complejos, así que Le Verrier, con su fama, fue “invitado” a trabajar en la solución.
Le Verrier supuso que el planeta tenía una cierta masa, junto con una trayectoria que comenzaría a demostrarse real. Gracias únicamente al movimiento que describía Urano, y a sus cálculos, pudo predecir la existencia de un nuevo planeta.
Escribió entonces a Johann Gottfried Galle, del Observatorio de Berlín, solicitándole que emprendiera una búsqueda telescópica del nuevo planeta en las regiones de cielo que los cálculos matemáticos habían indicado para ubicarlo en un momento en particular. Le Verrier añadió que pensaba que el planeta debería poder ser reconocido ya que tendría la forma de un disco, suficientemente definido, que lo distinguiría de las estrellas circundantes. Fue así que el 23 de septiembre de 1846, se descubrió el planeta Neptuno.
La órbita de Mercurio
Le Verrier no se detuvo aquí y observó que también había una discrepancia en la órbita de Mercurio. Los cálculos, tomando en cuenta todos los cuerpos celestes conocidos hasta esa fecha, no coincidían con las observaciones: había una diferencia de 42,9’’ en la precesión del perihelio.
La precesión del perihelio, como observamos en la imagen, es como si la propia elipse que describe Mercurio alrededor del Sol “orbitara” también. Para entender este fenómeno, imaginemos el sistema solar como si únicamente existiera el Sol y Mercurio, de esta forma, la órbita de Mercurio describiría una elipse perfecta, sin alteraciones, a lo largo del tiempo. Sin embargo, si vamos colocando a los demás planetas, estos afectarán la órbita de Mercurio debido a su efecto gravitacional. Esta contribución es muy pequeña comparada con el efecto gravitacional del Sol, por lo que, para poder apreciar el efecto sobre el movimiento de Mercurio debido a los planetas, deben pasar cientos de años.
La diferencia que encontró Le Verrier entre los datos observacionales y los cálculos teóricos lo explicó de la misma forma que para la órbita de Neptuno: un nuevo planeta. Bautizado con el nombre de Vulcano, y que, en caso de ser real, estaría localizado entre Mercurio y el Sol, siendo entonces el planeta “cero” del sistema solar.
Lo que siguió fue la búsqueda de Vulcano, comprobar su existencia. Esto se logró con dos tipos de observaciones, esperar a que el supuesto planeta pasara enfrente del sol o que hubiera un eclipse total solar para poder observarlo en el cielo durante el día.
Vulcano y los eclipses
El eclipse del 18 de julio de 1860, que tuvo lugar en España, fue el primero en el que se intentó. Llegaron más de treinta expediciones científicas. Fue uno de los primeros eclipses en ser fotografiados, sin embargo, a pesar de las fotos, Vulcano no fue observado.
El siguiente eclipse, en que se buscó este planeta, fue el del 29 de julio de 1878, en Estados Unidos. Muchos científicos afirmaron haber visto el planeta, sin embargo, sus resultados eran preliminares, por lo que tenían que ser revisados. Quizás lo más interesante fue el descubrimiento de las “serpentinas”, rayos solares gigantes que se extienden desde la corona del Sol. Estas serpentinas se extienden a una distancia de más de 15 millones de kilómetros del Sol. Fue un descubrimiento extraordinario. Las serpentinas fueron capturadas con mayor precisión por Samuel P. Langley desde la cima de Pikes Peak, donde la atmósfera era cristalina.
Durante la siguiente expedición para observar un nuevo eclipse solar total, en 1883, el astrónomo Edward S. Holden, efectuó nuevamente observaciones precisas de las inmediaciones solares: tampoco tuvo éxito en la búsqueda, pese a las mejoras instrumentales.
Entra la relatividad
Ya que la mecánica de Newton no era suficiente, se volvió entonces necesario buscar otras explicaciones al comportamiento tan extraño de Mercurio en su órbita alrededor del Sol. Afortunadamente, en 1915 tenemos ya la teoría de la relatividad general de Einstein.
Einstein estableció que la materia deforma el espacio y genera la deflexión de la luz ya que debe viajar sobre las líneas geodésicas. Desde un punto de vista geométrico este hecho revela que el espacio-tiempo es curvo y que, por este motivo, en él se ha de aplicar una geometría no euclidiana.
Por ejemplo, al trazar dos meridianos en la superficie de una esfera, a diferencia de lo que veríamos en la geometría euclidiana (distancia constante), la distancia entre estas dos líneas va cambiando conforme avanzamos sobre ellas. Así se comportan los cuerpos en presencia de un objeto masivo, el campo gravitatorio provoca la curvatura del espacio tiempo.
Entonces, de acuerdo con la relatividad general, la precesión, por revolución, que se añadiría al movimiento de precesión de los perihelios planetarios, se puede calcular. Se encuentra que la precesión es tanto mayor cuanto más cerca del Sol está el planeta y cuanto mayor es su excentricidad. En el caso de Mercurio, que hace una revolución cada 88 días, al efectuar los cálculos se obtiene una precesión residual de 42,9″ cada siglo, lo que concuerda con las observaciones.
