L'astronomo William Herschel scoprì Urano nel 1781. Fu il primo pianeta ad essere scoperto attraverso un telescopio e il primo che non era stato sotto osservazione costante fin dall'antichità. Negli anni successivi alla sua scoperta, gli astronomi rintracciarono il nuovo pianeta con molta attenzione. Hanno scoperto perturbazioni nella sua orbita, alcune delle quali potrebbero essere spiegate dagli effetti gravitazionali di pianeti noti come Giove e Saturno, mentre altri hanno portato alla scoperta del pianeta Nettuno finora sconosciuto.

Sistema solare Dynamics

Quando Urano fu scoperto, le leggi fisiche che regolavano le dinamiche del sistema solare furono ben comprese. L'unica forza coinvolta è la gravità, che può essere combinata con le leggi del moto di Newton per fornire una descrizione matematica completa delle orbite planetarie. Le equazioni risultanti sono estremamente rigorose, consentendo di prevedere il movimento di un pianeta attraverso il cielo con un alto grado di precisione. Questo era già stato fatto per i pianeti precedentemente noti, ed è stato fatto per Urano entro due anni dalla sua scoperta.

Discrepanze orbitali

Inizialmente, il movimento di Urano sembrava seguire le predizioni molto bene. Gradualmente, tuttavia, la posizione osservata del pianeta ha cominciato a divergere dalla sua posizione prevista. Nel 1830 la discrepanza era più di quattro volte il diametro del pianeta e non poteva più essere ignorata. Una spiegazione, favorita da alcuni astronomi, era che la formulazione della gravità di Newton era errata, dando luogo a previsioni approssimative ma non precisamente corrette. L'unica altra possibilità era che un oggetto sconosciuto stava orbitando da qualche parte nei confini esterni del sistema solare.

Predire un nuovo pianeta

I calcoli originali dell'orbita di Urano hanno tenuto conto del gravitazionale effetti di tutti gli oggetti conosciuti nel sistema solare. L'effetto principale era dal sole, ma c'erano effetti perturbanti dai pianeti giganti Giove e Saturno. La discrepanza osservata suggeriva che c'era un altro grande pianeta in attesa di essere scoperto oltre l'orbita di Urano. In teoria, l'orbita di questo pianeta non scoperto potrebbe essere calcolata con ragionevole precisione in base alle perturbazioni osservate nella posizione di Urano. Questi calcoli furono eseguiti nel 1843 da un astronomo inglese, John Couch Adams, ma sfortunatamente il loro significato non fu riconosciuto in Inghilterra all'epoca.

La scoperta di Nettuno

Calcoli molto simili a quelli di Adams furono condotti da uno scienziato francese, Urbain Le Verrier, poco dopo. Usando le figure di Le Verrier, gli astronomi dell'Osservatorio di Berlino scoprirono il pianeta previsto nel 1846, e in seguito fu dato il nome di Nettuno. Dopo la scoperta di Nettuno e ben oltre il XX secolo, ci furono controversie sul fatto che la sua esistenza spiegasse pienamente le perturbazioni residue nell'orbita di Urano. Ma la maggior parte degli astronomi oggi ritiene che questo sia davvero il caso.