Még az 1700-as esztendők közepén is hitték a csillagászok, hogy legalábbis a Naprendszert jól ismerik immár. Senki se gondolt rá, hogy a Naprendszerben a bolygók száma nagyobb lenne, mint mit az ókoriak ismertek már – ők úgy hitték, hét van az égen, mert a Napot s Holdat is beleszámolták (hiszen azok is elmozdulnak az állócsillagok hátterén). Naprendszerünkben a Naptól számított nyolcadik nagybolygót, a Neptunuszt 175 ével ezelőtt, 1846. szeptember 23-án fedezték föl. A felfedezés története azonban jóval korábbra nyúlik vissza.
William Herschel (1738 – 1822) német katonazenészből lett angol csillagász és távcsőkészítő 1779-ben nekilátott, hogy az egyik, 15,7 cm objektív-átmérőjű, saját készítésű tükrös távcsövével (csillagászul: reflektorával) alaposan végigvizsgálja az égboltot. Tervszerűen, rendszeresen nézte végig éjszakáról éjszakára az eget, számos felfedezést téve közben (sok üstököst, galaktikus és extragalaktikus „ködöket” stb. talált; e felfedezésekre most nem térhetünk ki részletesen). Húga, Caroline oly szorgalmasan segítette munkáját, hogy sok objektum esetében nem is tudjuk, melyikük fedezte föl.
A legmeglepőbb felfedezést 1781 márciusában tette, amikor is a Bika és az Ikrek csillagképek határán olyan égitestet talált, amely kis zöldes korongnak tűnt. Tudta, hogy a csillagok képe inkább pontszerű a távcsőben, és ha megnöveli a nagyítást, a kép akkor sem nő meg lényegesen. Ez az égitest azonban a nagyítással arányosan nőtt. Néhány következő éjszakán is felkereste, és megállapította, hogy elmozdul. Arra gyanakodott, hogy üstököst talált, bár az objektum nem látszott annak: kómának, csóvának nyomát sem mutatta. Néhány hónap alatt összegyűlt róla annyi megfigyelési adat, hogy meg lehetett próbálni kiszámolni az égitest pályáját. Az eredmények arra mutattak, hogy ez egy új bolygó, jóval a Szaturnuszon túl. Herschel az angol királyról „György bolygó”-nak nevezte, a csillagászok azonban némi vita után Uránusznak keresztelték el.
Világszerte sok csillagász kezdte követni az új bolygót. Hamarosan kitűnt azonban: az Uránusz nem tiszteli sem Kepler, sem Newton törvényeit. Mért pozíciói ugyanis egyre jobban eltértek attól, amit előre kiszámoltak. Sőt kiderült, hogy több csillagász már régebben is látta, bár nem ismerték fel, hogy bolygó – és e régi pozíciókat sem lehetett összeegyeztetni az aktuális számításokkal. Eleinte nem találtak magyarázatot a jelenségre; hogy milyen zavarba jöttek, annak jellemzésére álljon itt a magyar Hell Miksa (1720 – 1792) bécsi udvari csillagász egyik, 1783-ban Weiss Ferenchez (1717 – 1785), a budai csillagda igazgatójához írt levelének némileg ironikus részlete:
„…E megfontolás alapján nem látszik a mi Naprendszerünk bolygójának, hanem inkább saját fénnyel rendelkező égitest lehet, avagy egy állócsillag, melynek olyan csodás mozgása van, hogy eszerint tán közeleg már az ítélet napja, és a csillagok kezdenek lepotyogni az égről, hiszen romlott korunk igazán olyannak látszik, mint amilyet jövendöltek. Közben azonban mi folytassuk annak buzgó figyelését!”
A tanácstalanság jó fél évszázadig tartott. Akkor (1834-ben) egy angol amatőr csillagász felvetette: lehetséges, hogy van az Uránusznál is távolabb egy még ismeretlen, nagy tömegű bolygó, s annak a gravitációs hatása okozza az említett eltéréseket. Szerinte magukból az eltérésekből talán ki lehetne számítani, hol van ez az ismeretlen bolygó, és meg lehetne keresni. Bár a királyi csillagász, G. B. Airy (1801- 1892), akinek levélben leírta elképzelését, nem nagyon lelkesedett az ötletért, egyre több csillagász mégis csatlakozott hozzá. Többen is készültek, hogy elvégezzék a szükséges – meglehetősen nehéznek ígérkező – számításokat, de mindegyiküknek közbejött valamilyen akadály: haláleset, betegség stb. Így az érdemi munka egyelőre nem kezdődhetett meg.
Végre egy frissdiplomás cambridge-i diák, J. C. Adams (1819 – 1892) vette kézbe a feladatot. Elkérte a szükséges adatokat – Airy ezeket 1844-ben megküldte neki – , és 1845 szeptemberére elvégezte a számításokat. Eredményül megkapta az ismeretlen bolygó égi pozícióját. Most már csak egy csillagász kellett, aki távcsövét a megfelelő helyre irányítsa, és megkeresse a titokzatos égitestet.
Egyelőre azonban nem akadt ilyen csillagász, maga Adams pedig, nem tudni miért, nem próbálkozott. A cambridge-i csillagász professzorhoz, J. Challis-hoz (1803 – 1882) fordult eredményeivel, az pedig Airyhez. De egyikük sem kezdte meg a távcsöves keresést. Nem vették egészen komolyan a fiatal, húsz-egynéhány éves matematikust. Ő pedig, sajnos, nem szorgalmazta tovább a dolgot. (Az igazsághoz hozzátartozik, hogy Challis-on és Airy-n kívül több angol hivatásos és amatőr csillagász tudott a dologról, és ők sem tettek semmit!)
Ugyanekkor, Adams munkájáról mit sem tudva, francia csillagászok is foglalkozni kezdtek a kérdéssel. Ott egy kissé kevésbé fiatal, 35 éves matematikus és csillagász, Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811 – 1877) kapta meg azt a feladatot a párizsi csillagvizsgáló igazgatójától, hogy nézzen utána a dolognak, és ha csakugyan új bolygó lehet a háttérben, próbálja meg kiszámolni annak helyzetét.
Le Verrier, akit egyébként kollégái utáltak s összeférhetetlen alaknak tartottak, Adams-hez hasonlóan 1845 végére megkapta első eredményeit, majd 1846 nyarán a végleges adatokat is közölte. Meglepő módon azonban a francia kutatók sem ugrottak távcsöveikhez s nem kezdték keresni a megadott helyen a feltételezett bolygót.
Természetesen Angliában is elolvasták Le Verrier dolgozatát, s tapasztalták, hogy eredményei lényegében megegyeznek Adams eredményeivel. Most már egyszerre sürgőssé vált számukra a keresés: Airy felkérte Challist, kezdjen hozzá. Ez meg is történt, de Challis, csillagász létére, elképesztően dilettáns módon fogott hozzá. Ahelyett, hogy az adott pozíció környékére koncentrált volna, s ott keresett volna korongszerűnek látszó – és a csillagtérképen nem jelölt – objektumot, az égbolt egy széles sávját kezdte végignézni. Ez a munka igen lassan haladt, s mint utólag kiderült, közben háromszor is látta a bolygót, de nem ellenőrizte a pozícióját s nem vette észre az elmozdulását – nem ismerte fel. Airy, miután elolvasta Le Verrier dolgozatát, írt a francia csillagásznak, s ebben munkáját jelentősnek ítélte. Egy kérdést is föltett neki – amit már Adamsnak is föltett régebben – de Adamst valamiért nem említette meg sem ekkor, sem később.
Le Verrier 1846 nyarán megírta harmadik tanulmányát, amelyben az ismeretlen bolygónak már nemcsak pozícióját adta meg, hanem keringési idejét, naptól mért távolságát is megbecsülte. Mivel honfitársai sem, az angolok sem kezdték meg a távcsöves kutatást, Le Verrier elunta a pepecselést. Úgy döntött: a német csillagászok talán megbízhatóbbak; írt tehát a berlini csillagvizsgálóba J. Galle-nak (1812 – 1910), s felkérte, nézzen utána a keresett bolygónak. Galle nem sokat töprengett, hanem még aznap este, ahogy a levelet megkapta – 1846. szeptember 23-án-, a csillagda igazgatója, J. Encke (1791 – 1865) egyetértésével megkezdte a keresést. Egy fiatal diák, H. d’Arrest (1822 – 1875, később ismert csillagász lett, többek között a 6P/d’Arrest üstökös felfedezője) kíséretében kimentek a távcsőhöz. D’Arrest csillagtérképet fogott, Galle pedig a Le Verrier által megadott pozíció közelébe állította a műszert. Leolvasta és bemondta a látómezőben feltűnő csillagok koordinátáit. Rövid időn belül találtak egy égitestet, amely nem szerepelt a csillagtérképen. Ez volt a keresett új bolygó! Néhány havi disputa eredményeképpen a Neptunusz nevet kapta.
Le Verrier csak ezután tudta meg, hogy számításaival Adams megelőzte őt. Bár az angol csillagászoknak eszébe sem jutott megkérdőjelezni Le Verrier elsőségét (amihez az ő hanyagságuk juttatta a franciát), ő mégis igen zokon vette Adams munkájának hírét. Nemzetközi botrány tört ki; Airy mindent megtett, hogy a botrányt elsimítsa, kevés sikerrel. Ma már túl vagyunk ezen: Adams-t és Le Verrier-t társfelfedezőként említjük együtt. Maga a két csillagász, Le Verrier „összeférhetetlensége” ellenére, egyáltalán nem veszett össze: 1847 közepén személyesen megismerkedvén azonnal barátságot kötöttek egymással.
Ha a Nap körül keringő új égitestet, például kisbolygót fedeznek föl, három alkalommal kimért pozícióiból elvileg meghatározhatók az égitest pályájának adatai (az úgynevezett pályaelemek). De természetesen annál pontosabbak lesznek ezek, minél több, időben minél szélesebb tartományban mért koordináta áll rendelkezésre. Így volt ez a Neptunusz esetén is; mivel keringési ideje 164,88 év, a pontos pályaelemek kiszámításához célszerű volt legalább több évtized méréseit használni. Miután ezt elvégezték, kiszámolhatóvá vált, hogy a bolygót az ég melyik pontján találjuk- akár évtizedekkel vagy évszázadokkal ezelőtt vagy ezután.
Kiderült, hogy bár a Neptunuszt Le Verrier számításai alapján Galle látta meg, de mégsem ő volt az, aki elsőnek látta. Az első észlelő – Galilei volt! Ő ugyanis, mint tudjuk, távcsövével végigvizsgálta többek között a szabad szemmel látható összes bolygót. A Jupiter mellett felfedezte a négy legfényesebb holdat, ami igen jelentős eredmény volt. Olyannyira, hogy Galilei huzamos időn át figyelte és jegyezte – rajzolta is – a holdak helyzeteit, közben a háttércsillagokat is feltüntetve. Észrevett egy csillagot, amely mintha néhány nap alatt megváltoztatta volna a helyzetét a többi csillaghoz képest. De bár észlelte ezt, nem foglalkozott vele, annyira elfoglalta a Jupiter-holdak vizsgálata. Pedig ez a „háttércsillag”, mint a modern számítások igazolták, a Neptunusz volt; Galileinek abban a nagyon ritka szerencsében volt része, hogy távcsöve kicsiny látómezejében egyszerre két bolygó is megjelent! És mivel a Neptunusz távcső nélkül nem látható, s csillagászati célra Galilei az elsők között – ha talán nem is elsőként – használt távcsövet, előtte aligha láthatta meg valaki. De Galilei is elsiklott felette, pedig milyen nagyszerű felfedezés lett volna!
Nem csoda persze, hogy a távcsöves megfigyelések kezdete óta a Neptunusz más csillagászok teleszkópjába is beletévedt néha, mielőtt felfedezték volna. Annál furcsább, hogy gyakorlott észlelők Galileihez hasonlóan elsiklottak felette, holott ők is észrevették elmozdulását.
A Neptunusz felfedezésének története érdekesen mutatja, mi a különbség a tudományos csillagászat és az asztrológia áltudománya közt. Gondoljuk csak végig! Herschel felfedezéséig a csillagászok és így az asztrológusok is – mai felfogásunk szerint a Napot és a Holdat nem számítva ide, és asztrológiai felfogás szerint a Földet sem – öt bolygót ismertek, a Merkúrtól a Szaturnuszig. Ezek alapján készültek a horoszkópok, állítólag sikeresen. Kepler például, aki megélhetési kényszerből készített horoszkópokat, állítólag nagyon pontos jövendölésekre volt képes, pedig ő sem ismerte az Uránuszt meg a Neptunuszt. Mármost, ha a bolygóknak van ránk hatása, akkor az ismeretlen bolygóknak is van, és ez Kepler és a többiek horoszkópjaiban szisztematikus hibákat okozott volna. Ebből pedig ők is kikövetkeztethették volna a még ismeretlen bolygók helyzetét, felfedezhették volna a Naprendszer legkülső bolygóit (sőt azokat is, amelyeket még ma sem ismerünk, ha vannak ilyenek – ez a lehetőség még mindig adott a számukra!). Nem tették meg ezt, sőt észre sem vették vagy épp eltagadták az eltéréseket. A csillagászok annyiban hasonlóan jártak el, hogy kiszámolták a bolygópozíciókat, mint az asztrológusok a horoszkópokat. De észrevették a szisztematikus hibákat, amit a gravitáció okoz. S nem álltak meg itt, hanem megkeresték a hibák okát, és mindebből sikeresen kikövetkeztették egy sosem látott bolygó létét, majd fel is fedezték azt. Azért tudták ezt megtenni, mert egy valóban meglévő hatás (a gravitáció) törvényeinek ismerete alapján dolgoztak, s nem a bolygók nemlétező asztrológiai hatásai alapján.
A Neptunusz felfedezése után a csillagászok lelkesen kutatni kezdtek még ismeretlen külső bolygók után. Legtöbbjük a Neptunusz pályájának elemzésével, akárcsak Adams és Le Verrier, próbáltak új bolygó nyomára bukkanni, mások üstökösök vizsgálatával próbálkoztak. A legtovább Percival Lowell (1855 – 1916) és William Pickering (1858 – 1938) kísérletezett. Utóbbi többször is kiszámolta a keresett bolygó helyét, de mindannyiszor egészen más pályákat kapott – úgyhogy végül a csillagász-társadalom – teljes joggal- nem volt hajlandó foglalkozni a bolygóival. Lowell-el meg az volt a gond, hogy az olasz Schiaparelli által fölfedezett (később lényegében optikai csalódásnak bizonyult) Mars-csatornákra alapozva teljes komolysággal hirdette értelmes marslakók létezését, és ezek kutatására hívta fel a tudós társadalmat – őt ezért nem vették komolyan.
De Lowell a marslakók és az ismeretlen bolygó kutatásának kettős céljával nagy csillagvizsgálót alapított Flagstaffban. Bolygókeresésre külön fotografikus távcsövet tervezett és készíttetett, amelynek elkészülte után a kezelésére külön fiatal munkatársat vett föl. Lowell is idővel több lehetséges pozíciót adott meg az ismeretlen bolygóra; az általa már régebben megkezdett távcsöves kutatás immár jobb műszerrel folytatódott. Végül az említett fiatal kutató, Clyde Tombaugh (1906 – 1997) 1930-ban felfedezte a Plútót. E bolygócskának (ma a törpebolygók közé soroljuk) nem elegendő a tömege ahhoz, hogy a tőle eléggé távol eső óriásbolygók pályáját észrevehetően módosítsa; a felfedezés tehát valójában nem a számítások, hanem a véletlen szerencse műve volt. Maga Lowell, sajnos, már nem érte meg obszervatóriumának ezt a dicsőségét.
Ekkor még alig jutott eszébe valakinek, hogy a Plútó talán csak az egyike annak a rengeteg kis égitestnek, amelyek a naprendszer külső vidékén keringenek. Pedig így van! Ezt a régiót ma Kuiper-övnek nevezzük, és benne bizonyára sok ezer bolygócska található – közülük jelenleg nagyjából ezret ismerünk.
Sok csillagász reménykedik benne, hogy valahol a Kupier-öv táján akadhat még ismeretlen nagybolygó. Vannak erre utaló jelek, de ezek nem mondhatók nagyon meggyőzőnek. Igazán meggyőző az lenne, ha valaki, talán egy űrtávcső, felfedezné a keresett égitestet. Ha ez megtörténnék, akkor Naprendszerünk ismét egy „teljes jogú” bolygóval gazdagodnék; de ha néhány éven – vagy mondjuk egy évtizeden – belül a kutatás ellenére nem történik ilyen felfedezés, akkor nagy valószínűséggel kimondhatjuk: a Neptunuszon túl nincs ismeretlen nagybolygó.
