ADAMS & LEVERRIER

Vào cuối tháng Sáu năm 1841, một người trầm lặng, bẽn lẽn và chưa tốt nghiệp tên là John Couch Adams(*) bước vào kho sách của ông Johnson ở Cambridge, Anh. Adams thường xem lướt sách trong kho này, bởi vì ông sống gần đó.

Liếc nhìn dọc theo giá sách, ông chú ý đến một báo cáo cũ về thiên văn bám đầy bụi được viết mười năm trước đó. Báo cáo này nói về các chuyển động của Thiên Vương tinh, tác giả là George Biddell Airy, người đã trở thành nhà thiên văn hoàng gia. Adams lấy nó xuống và bắt đầu xem qua. Airy viết:

- Thường thì chuyển động của các hành tinh có thể đoán trước bằng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Tuy nhiên, chúng ta không thể đoán trước một cách chính xác chuyển động của Thiên Vương tinh.

Adams nhíu mày sửng sốt. Chuyển động của các hành tinh khác được biết rõ đến mức hệ Mặt trời xem ra như một cỗ máy đồng hồ hoàn chỉnh. Airy viết tiếp:

- Một số nhà thiên văn cho rằng hành tinh ngoài cùng này chịu ảnh hưởng bởi một hành tinh khác, hành tinh chưa được biết ở xa hơn nó. Một nhà thiên văn khác, kể cả bản thân tôi, tin rằng các tính toán của chúng ta là sai lầm, bởi vì định luật của Newton không áp dụng quá xa kể từ Mặt trời

Adams bực tức đặt bản báo cáo xuống và lẩm bẩm:

- Cho đến nay, người ta vẫn thấy định luật của Newton là đúng. Tại sao bây giờ lại cho rằng nó sai, chỉ vì chúng ta bị Thiên Vương tinh làm cho lúng túng.

Ông tin chắc là Airy sai lầm vì hoài nghi định luật của Newton. Điều này có nghĩa là hẳn phải có một hành tinh thứ tám chưa phát hiện nằm ở đâu đấy trên bầu trời. Nhưng ở đâu?

Lúc rời khỏi kho sách, Adams suy nghĩ liên miên về vấn đề này. Ông rẽ sang phố Trinity và đi bộ dọc theo các tòa nhà im ắng trở về khu phòng ở của trường Đại học, nơi ông đang sống. Trong lúc bước đi, một tham vọng lớn ám ảnh ông. Ông quyết định:

- Mình sẽ tính toán liệu chuyển động của Thiên Vương tinh có thể được giải thích bằng hành tinh thứ tám hay không? Kế đến, nếu giải thích được mình sẽ tìm cách vẽ ra quỹ đạo của nó. Như vậy có thể sẽ dẫn đến việc phát hiện nó!

Phải mất hai năm trước khi ông bắt đầu lao vào cuộc nghiên cứu toán học phức tạp này. Trước tiên, ông phải học tập để lấy bằng cử nhân, mà ông sẽ nhận vào đầu năm 1834. Sau đó là hàng loạt các nhiệm vụ dạy. Trong lúc đó, ông nói với James Challis, giáo sư thiên văn tại Cambridge,về kế hoạch của mình. Challis nhiệt tình giúp đỡ, ông trao cho Adams một số sách tuyển chọn từ giá sách chật ních trong phòng làm việc và nói:

- Đây là những quyển sách mà anh cần. Hãy cho tôi biết nếu tôi có thể giúp anh bằng bất kỳ cách nào khác.

Cuối cùng, kỳ nghỉ hè đã đến, Adams có thời gian để bắt đầu công việc tính toán của mình. Mang theo một rương đầy sách, ông lên đường bằng xe ngựa trở về trang trại của gia đình ở Lidcot, Cornwall. Tại đấy, ông sẽ có được sự thư thái và yên tĩnh mà ông cần.

Suốt kỳ nghỉ, Adams vật lộn với nghiên cứu. Ông ra ngoài tản bộ với người em trai là George, nhưng hầu như không để ý đến mọi thứ xung quanh mình. Đầu óc của ông tràn ngập các phương trình và dữ liệu tích lũy từ hàng trăm lần quan sát về Thiên Vương tinh. Mỗi tối, ông ngồi bên bàn đến tận khuya trong phòng khách, chép lại các cột con số, cộng và trừ, đưa kết quả cho George để kiểm tra, cho tới lúc George van nài ông nên đi ngủ. Nhưng Adams thì thầm: “ Một phút nữa thôi!”, và tiếp tục làm việc trong nhiều giờ lâu hơn. Tất cả những gì ông muốn là tính toán phải được làm xong.

Đến lúc trở lại Cambridge vào tháng Mười, ông đã có một giải pháp sơ bộ. Ông phấn khích thông báo với Challis biết kết quả của mình:

- Tôi tin chắc có một hành tinh khác đang chuyển động ngoài tầm của Thên Vương tinh. Nhưng tôi phải có thêm dữ liệu trước khi vẽ ra quỹ đạo một cách chính xác.

Challis viết thư cho nhà thiên văn hoàng gia ở đài thiên văn Grrenwich và nhận được các số liệu cơ bản rất sớm.

Adams biết rằng Airy, nhà thiên văn hoàng gia, rút ra dữ liệu quan trọng từ những lần quan sát thực hiện trong tám năm từ 1818 đến 1826. Ông hỏi Challis:

- Giáo sư có thể giúp tôi có được các số liệu ấy không?

Challis rất vui lòng giúp chàng sinh viên của mình. Ông viết thư cho nhà thiên văn hoàng gia ở đài thiên văn GreenWich và nhận được các số liệu cơ bản rất sớm.

Tuy nhiên, Adams chưa làm việc với các số liệu này trong một thời gian. Ông có các nhiệm vụ của trường đại học chiếm phần lớn thời gian của ông. Thay vì tìm cách phát hiện một hành tinh mới, ông phải tập trung vào các công việc hành chính và việc dạy.

Mùa xuân năm 1844, ông dành ra thời gian từ nhiệm vụ của trường đại học để lập ra các công thức mà ông cần, nhưng ông vẫn phải xem các quan sát thực tế tương thích với các công thức này như thế nào. Mãi đến tháng Chín ông mới hoàn tất công việc. Nhưng đến lúc ấy, ông lại có kích thước của hành tinh chưa được biết và quỹ đạo chính xác của nó.

Ông hãnh diện trình bày các kết quả với Challis. Giáo sư hăm hở xem xét chúng. Đó là một bản phân tích toán học xuất sắc, rất chi tiết về hành tinh được đoán trước. Challis đề xuất:

- Anh phải gửi ngay các kết quả này đến nhà thiên văn hoàng gia!

Adams đáp:

- Tôi sẽ mang chúng đến ông ấy. Tôi sắp sửa về nhà ở Cornwall và sẽ giao chúng trên đường đi.

Challis đồng ý đây là một sáng kiến và viết thư giới thiệu nhà toán học trẻ với nhà thiên văn hoàng gia. Nhưng lúc Adams đến đài thiên văn Greenwich, ông được biết là Airy đang dự một hội nghị ở Paris. Thất vọng, ông để lại thư giới thiệu và đi về Cornwall.

Một tuần sau, Airy trở về và bắt gặp bức thư. Ông lập tức viết cho Challis:

- Tôi rất quan tâm đến các nghiên cứu của ông Adams. Tôi lấy làm vui mừng được nghe về chúng qua bức thư của ông ấy.

Tuy nhiên, Adams vẫn muốn đích thân giao các kết quả của mình. Trở về từ Cornwall gần cuối tháng Mười, ông thử một lần nữa. Vào buổi sáng, ông tìm đến nhà thiên văn hoàng gia tại ngôi nhà đường bệ, nhưng chỉ gặp người quản gia. Ông để lại danh thiếp để chứng tỏ rằng ông có đến và cũng để lại các kết quả quý giá, hẹn sẽ trở lại vào buổi chiều.

Khi trở lại vào khoảng bốn giờ, ông tin chắc ít ra mình sẽ gặp nhà thiên văn vĩ đại và có thể giải thích công việc của mình. Nhưng người quản gia ngoảnh mặt với ông và nói một cách kiêu căng khinh miệt:

- Nhà thiên văn hoàng gia đang ăn và không muốn bị quấy rầy.

Thật ra, người quản gia muốn bảo vệ chủ mình không bị quấy rầy trong bữa ăn. Ông ta không hề nói với nhà thiên văn hoàng gia về sự đến viếng của Adams. Nhưng Adams không biết điều này nên rất tức giận. Ông nghĩ:

- Nhà thiên văn hoàng gia coi bữa ăn quan trọng hơn cả hành tinh mới của mình. Thậm chí ông ấy không buồn gặp mình.

Adams trở về Cambridge, nhưng ông đã để lại phía sau các dữ liệu rất quan trọng. Trong đó, ông đoán trước rằng hành tinh chưa được biết đến sẽ nằm trên một quỹ đạo cách xa Mặt trời 4,5 tỉ km, tức xa xấp xỉ gấp đôi so với Thiên Vương tinh. Trọng lượng của nó hơi kém một chút so với Thiên Vương tinh, và nặng gần 17 lần so với Trái đất. Ông cũng nói đúng chỗ mà nó đã nằm trên bầu trời ba tuần trước đó.

Tiên đoán này là một kỳ công đặc biệt về toán học. Tuy nhiên, nhà thiên văn hoàng gia không nhiệt tình với nó; nếu đúng như vậy, nó sẽ cho thấy là ông sai. Ông vẫn tin rằng các sai số trong chuyển động của Thiên Vương tinh chỉ là biểu kiến, rằng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton không thể đúng nếu ở quá xa Mặt trời. Ông hoài nghi tự hỏi;

- Liệu có người trẻ 26 tuổi tầm thường nào đó thực sự giải quyết một bí ẩn đã gây rối cho các nhà thiên văn hàng đầu trong nhiều năm không nhỉ?

Về phần Airy thì quá ôm đồm. Ông có thể dễ dàng kiểm tra sự tiên đoán bằng cách hướng kính viễn vọng của đài thiên văn Greenwich lên bầu trời, nơi mà Adams đã chỉ ra. Thay vào đó, ông trì hoãn bằng cách viết một bức thư không cam kết gửi Adams, yêu cầu thêm thông tin nhưng lại là thông tin không cần thiết.

Nhà toán học trẻ đáng thương rất lúng túng. Ông đã nhiệt tình trao các kết quả của toàn bộ công việc khó nhọc của mình cho quan chức hàng đầu của ngành thiên văn Anh. Giờ đây, ông hoàn toàn thất vọng và từ bỏ ý định thuyết phục Airy về công trình đáng giá của mình. Ông nói:

- Tôi đã làm tất cả những gì mà tôi có thể.

Trong lúc đó, một nhà thiên văn trẻ tài giỏi ở Paris đã bắt đầu làm việc với cùng vấn đề ấy. Tên ông là Urbain jean Joseph Leverrier(2), ông lớn hơn Adams tám tuổi. Leverrier rất vui thích trong việc phân tích toán học phức tạp và dai dẳng. Giờ đây, được nhà thiên văn hàng đầu người Pháp là Francois Arago khuyến khích, ông quyết định giải thích sự chuyển động của Thiên Vương tinh.

Ông bắt đầu nghiên cứu từ tháng Sáu năm 1845, chỉ hai tháng trước khi Adams hoàn tất các tính toán của ông ấy. Leverrier miệt mài với công việc, đến tháng 11 ông đã thực hiện phân tích sơ bộ về vấn đề này. Ông tôn trọng sự chính xác chưa từng thấy, ông ghi chép từng sai số đến 1/20 của giây góc. Ông nói với Viện Hàn lâm Khoa học Pháp:

- Nguyên nhân của các sai số là một hành tinh chưa được biết ở xa hơn Thiên Vương tinh.

Nhưng hành tinh này ở đâ và nó to ngần nào? Cúng như Adams, Leverrier thấy rằng nếu ông giải đáp được các câu hỏi ấy, thì các nhà thiên văn có thể phân biệt hành tinh này bằng kính viễn vọng của họ.

Ngày qua ngày, ông đến phòng làm việc ở Trường Bách khoa Paris và vật lộn với hàng ngàn số liệu. Tiếng vó ngựa lọc cọc và tiếng rao của những người bán dạo trên đường phố vọng lên từ phía dưới, nhưng ông hầu như không nghe thấy chúng. Thay đổi các con số và ráp chúng vào các công thức mà ông nghĩ ra, dần dầm ông loại bỏ các khả năng có thể xảy ra. Đến đầu mùa hè năm 1846, ông đã có thể nói hành tinh này sẽ nằm ở đâu vào đầu năm tới. Mặc dù ông không biết nó, nhưng vị trí chỉ khác biệt một độ góc so với tiên đoán của Adams. Ông viết: “ Hãy hy vọng rằng chúng ta sẽ thành công trong việc nhìn thấy hành tinh này, mà vị trí của nó đã được tôi đưa ra”.

Các kết quả của ông được thông báo đến George Airy vào cuối tháng sáu, khiến nhà thiên văn hoàng gia phải khâm phục. Airy nghĩ: “ Adams và Leverrier làm việc độc lập với nhau và có cùng một kết quả. Dù sao, có thể có điều gì đó trong ý tưởng này”.

Vậy là, tám tháng sau khi nhận dữ liệu từ Adams, nhà thiên văn hoàng gia bắt đầu hành động. Ngày 9 tháng Bảy năm 1846, Airy viết thư gửi Challis, yêu cầu ông sử dụng kính viễn vọng khúc xạ 30,5cm để tìm hành tinh này. Lúc bấy giờ, kính viễn vọng tại Cambridge là kính lớn nhất ở Anh. Ông viết: “ Tôi đề nghị ông tìm ba lần trên một dải bầu trời dài 30 độ và rộng 10 độ, lập bản đồ tất cả các sao sáng. Bằng cách này, cuối cùng rồi ông sẽ tìm ra hành tinh ấy nếu nó có ở đấy”.

Có khoảng 3.000 sao để lập bản đồ. Phương pháp tìm kiếm này không hiệu quả, có phần nào giống như cố tìm một người bạn trong khán đài rộng bằng cách theo dõi người trên từng chỗ ngồi. Tuy nhiên, Challis vẫn đồng ý thử nó.

Trong lúc đó, Leverrier đưa ra một tiên đoán chính xác đáng kinh ngạc về vị trí của hành tinh và gửi đến Viện Hàn lâm Khoa học Pháp vào cuối thnags Tám. Ông phấn khích viết thêm: “ Hành tinh này hiện đang nằm ở vị trí rất dễ quan sát. Đĩa của nó sẽ xuất hiện gần như cực đại, chiều rộng khoảng 3,3 giây góc”.

Tuy nhiên, các nhà thiên văn Pháp không hành động gì cả. Cũng như Airy, họ nghi ngờ một người trẻ tuổi chỉ dùng giấy bút để đạt được thành công lớn. Thậm chí không một ai trong số họ đề nghị hướng kính viễn vọng đến vị trí mà Leverrier đã tính toán.

Lòng ông dâng lên nỗi tuyệt vọng, ông buồn bã thốt lên:

“ Giá mà mình có riêng một kính viễn vọng!”

Sau đó ông chợt nhớ đến Johann Gottfried Galle, một nhà thiên văn trẻ ở đài thiên văn Berlin, người đã viết thư cho ông trước đây về một vấn đề khác.

Ngày 18 tháng Chín 1846, Leverrier viết thư gửi Galle, van nài ông ấy tìm kiếm hành tinh này. Cùng với bức thư là tất cả dữ liệu mô tả quỹ đạo của nó.

Galle chộp lấy ý tưởng này ngay lập tức. Ông hỏi Johann Franz Encke, giám đốc cao niên của đài thiên văn:

- Tôi có thể tìm hành tinh này được không?

Encke thì thào với vẻ cáu kỉnh:

- Nghe ra như thể mất thời giờ đối với tôi.

Galle cầu xin và biện luận về việc rút ngắn thời gian quý báu. Cuối cùng, giám đốc nhượng bộ. Đêm ấy, 23 tháng Chín, mái vòm của đài thiên văn mở trượt ra và kính viễn vọng khúc xạ Fraunhofer 22,8cm xoay đến vùng mà Leverrier đã chỉ ra. Galle ngồi bên chỗ điều khiển, một sinh viên tên là Heinrich Louis d’Arrest ngồi bên bàn làm việc với một bản đồ sao.

Galle hướng chính xác kính viễn vọng vào vị trí do Leverrie dự đoán cho hành tinh vào đêm ấy. Ông thì thào:

- Độ xích kinh đúng 22 giờ 46 phút, độ lệch âm 13 độ 24 phút

Ông háo hức nhìn chăm chú vào vùng nhỏ bé của bầu trời, nhưng ở đấy không có gì giống như một hành tinh cả. Ông nói với d’Arrest:

- Chúng ta sẽ phải tìm xung quanh vùng này. Khi tôi hô to vị trí và dáng vẻ của mỗi thiên thể, anh hãy kiểm tra liệu nó có được đánh dấu trên bản đồ sao hay không?

Thiên thể đầu tiên chắc chắn là một sao. Cái thứ hai cũng thế. Cái thứ ba cũng vậy. Cái thứ tư dường như có cấp sáng 8. Galle hô to vị trí của nó:

- Độ xích kinh đúng 22 giờ 53 phút 25,84 giây.

D’Arrest bồn chồn ráo riết tìm nó. Cuối cùng, ông kêu lên:

- Không có trên bản đồ!

Hai người nhìn nhau chằm chằm, gương mặt họ ngời lên vì phấn khích. Galle thầm thì, hầu như không dám tin nó:

- Đấy là hành tinh thứ tám, chỉ kém một độ so với chỗ mà Leverrier tiên đoán!

Đêm kế tiếp, ông xoay xở để đo chuyển động của nó, như vậy trùng hợp với sự thật nó là hành tinh chưa được biết. Ông hân hoan viết vội bức thư cho Leverrie:

- Hành tinh mà vị trí ông đã chỉ ra thực sự hiện hữu.

Trong vòng vài ngày, Leverrier đặt tên cho hành tinh mới này là Neptune (Hải Vương tinh).

Khi Challis nghe được tin này, ông vẫn bền bỉ tìm kiếm trên bầu trời, theo lời khuyên của Airy. Giờ đây, ông kiểm tra các ghi chép và rất thất vọng biết rằng mình đã trông thấy hành tinh này hai lần mà không nhận ra nó. Ông buồn bã viết thư cho Airy: “ Chỉ sau bốn ngày quan sát, tôi đã tìm được hành tinh này”.

Ông tự trách mình vì không nhận ra hành tinh, nhưng các nhà thiên văn Anh trách Airy nhiều hơn. Chẳng bao lâu, họ phẫn nộ hỏi tại sao ông đã không hành động sớm hơn, thay vì để giải thưởng về tay nước Pháp. Họ nói:

- Adams có quỹ đạo rất lâu trước Leverrier. Ông ấy lẽ ra phải được coi là người phát hiện Hải Vương tinh.

Khi Leverrier nghe được điều này, ông rất đau khổ, ông viết thư cho Airy:

- Nếu ông Adams có kết quả, tại sao ông ấy giữ im lặng? Và tại sao ông không nói đến các kết quả của ông ấy nếu ông biết chúng?

Arago cũng thách thức các quyền đòi hỏi của Anh. Trong một lời phát biểu mỉa mai trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp, ông chế nhạo Airy và Challis vì không hành động đối với các tính toán của Adams hoặc thậm chí không công khai lý thuyết của ông ấy. Ông gào lên:

- Không thấy nói đến bất kỳ công bố nào về công trình của Adams. Không có công bố, làm thế nào chúng tôi có thể tin bất cứ các quyền đòi hỏi này? Ông Adams không có quyền xuất hiện trong lịch sử của phát hiện về hành tinh này!

Cuộc tranh cãi giữa các nhà thiên văn Anh và Pháp tiếp tục trong một năm. Những gì bắt đầu như là cuộc tranh cãi về thiên văn chẳng mấy chốc trở thành cuộc tranh cãi quốc gia giữa hai nước. Trong khi đó, hai người có liên quan nhất, Adams và Leverrier, thì lại không tham dự.

Tháng Sáu 1847, Hiệp hội Vì sự tiến bộ của khoa học Anh tổ chức cuộc họp thường niên. John Herschel, con trai của hoàng đế William IV và bản thân ông là một nhà thiên văn nổi bật, mời Adams và Leverrier đến nhà ông tại Collingwood. Ở đấy họ cùng nhau tản bộ dưới các cây du, rõ ràng là họ khâm phục nhau và hoàn toàn không ghen tỵ. Họ vẫn là bạn của nhau trong quãng đời còn lại của họ.

.

.

Adams và Leverrier chứng minh rằng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton có thể được dùng để suy ra sự hiện hữu của các thiên thể ở xa trong vũ trụ. Từ đó, các phương pháp của họ giúp thực hiện thêm các phát hiện.

Qua nghiên cứu sự chuyển động của Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh, Percival Lowell ở Arizona quyết định rằng hẳn phải còn có một hành tinh khác để giải thích sự không ổn định trong chuyển động của chúng. Vì thế, một cuộc tìm kiếm bắt đầu cho hành tinh thứ chín trong hệ Mặt trời. Sau nhiều năm, nó được phát hiện khi một người phụ tá đài thiên văn Lowell tên là Clyde W. Tombaugh nhận dạng ra nó vào ngày 18 tháng hai năm 1930. Hành tinh này được đặt tên là Pluto (Diêm Vương tinh).

Các phương pháp tương tự đã cho thấy rằng các sao khác ngoài hệ Mặt trời ra cũng có các hành tinh riêng của chúng. Bằng cách nghiên cứu bất cứ độ lệch nào so với điều mong đợi trong cách chuyển động của một sao, các nhà thiên văn có thể suy ra sự hiện diện của một hành tinh và kích thước của nó. Một trong những phát hiện gần đây nhất được Peter van der Kamp, giám đốc đài thiên văn Sproul ở bang Pennsylvania (Mỹ) thông báo vào tháng tư 1963. Thuộc về sao Barnard, nó cách xa 6 năm ánh sáng và nặng gần 500 lần so với Trái đất.

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có tác dụng đối với các sao ở gần, mà chuyển động của chúng có thể được nghiên cứu kỹ. Hàng triệu các sao khác có thể có các hành tinh kèm theo, nhưng ngày nay các nhà thiên văn không hy vọng sẽ phát hiện được chúng.

Chú thích:

(1) John Couch Adams (1819-1892). Nhà thiên văn người Anh tiên đoán sự hiện diện và vị trí của Hải Vương tinh bằng cách tính toán quỹ đạo không theo quy luật của Thiên Vương tinh.

(2) Urbain Jean Joseph Leverrier (1811-1877). Nhà thiên văn người Pháp, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Paris từ năm 1846. Qua nghiên cứu sự không ổn định trong chuyển động của Thiên Vương tinh, ông tiên đoán chính xác sự hiện diện, vị trí và quỹ đạo của Hải Vương tinh.