Astronoom William Herschel ontdekte Uranus in 1781. Het was de eerste planeet die ontdekt werd door een telescoop en de eerste die sinds de oudheid niet constant in de gaten was . In de jaren na zijn ontdekking volgden astronomen de nieuwe planeet heel zorgvuldig. Ze ontdekten verstoringen in zijn baan, waarvan sommige konden worden verklaard door de zwaartekrachteffecten van bekende planeten zoals Jupiter en Saturnus, terwijl anderen tot de ontdekking van de tot nu toe onbekende planeet Neptunus leidden.

Dynamiek van het zonnestelsel

Tegen de tijd dat Uranus werd ontdekt, waren de fysische wetten die de dynamiek van het zonnestelsel regeren heel goed begrepen. De enige betrokken kracht is zwaartekracht, die kan worden gecombineerd met de bewegingswetten van Newton om een ​​uitgebreide wiskundige beschrijving van planetaire banen te bieden. De resulterende vergelijkingen zijn uiterst rigoureus, waardoor de beweging van een planeet aan de hemel voorspeld kan worden met een hoge mate van nauwkeurigheid. Dit was al gedaan voor de eerder bekende planeten en het werd binnen twee jaar na ontdekking voor Uranus gedaan.

Orbitale discrepanties

Aanvankelijk leek de beweging van Uranus de voorspellingen zeer te volgen goed. Langzamerhand echter begon de waargenomen locatie van de planeet af te wijken van zijn verwachte positie. Tegen 1830 was de discrepantie meer dan vier keer de diameter van de planeet en kon niet langer worden genegeerd. Een verklaring, waar sommige astronomen de voorkeur aan gaven, was dat Newtons formulering van zwaartekracht een vergissing was, wat resulteerde in voorspellingen die ongeveer maar niet precies correct waren. De enige andere mogelijkheid was dat een onbekend object ergens in de buitenste regionen van het zonnestelsel cirkelde.

Een nieuwe planeet voorspellen

De oorspronkelijke berekeningen van de baan van Uranus hielden rekening met de zwaartekracht effecten van alle bekende objecten in het zonnestelsel. Het primaire effect was van de zon, maar er waren verstorende effecten van de gigantische planeten Jupiter en Saturnus. De waargenomen discrepantie suggereerde dat er nog een grote planeet wachtte om ontdekt te worden buiten de baan van Uranus. In theorie zou de baan van deze onontdekte planeet met redelijke precisie kunnen worden berekend op basis van de waargenomen verstoringen in de positie van Uranus. Deze berekeningen zijn uitgevoerd in 1843 door een Engelse astronoom, John Couch Adams, maar helaas werd hun betekenis in Engeland op dat moment niet herkend.

De ontdekking van Neptune

Berekeningen die sterk lijken op die van Adams werden uitgevoerd door een Franse wetenschapper, Urbain Le Verrier, kort daarna. Met behulp van de cijfers van Le Verrier ontdekten astronomen van het observatorium in Berlijn de voorspelde planeet in 1846 en kreeg het vervolgens de naam Neptunus. Na de ontdekking van Neptunus en ver in de 20e eeuw, was er controverse over de vraag of zijn bestaan ​​volledig de resterende verstoringen in de baan van Uranus verklaarde. Maar de meeste astronomen geloven vandaag dat dit inderdaad het geval is.