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John Couch Adams nacque il 5 giugno 1819 nella fattoria di Lidcot, a 11 km da Launceston in Cornovaglia. Suo padre, Thomas Adams, era un agricoltore affittuario benestante ed un marito e padre devoto. Sua madre (nata Tabitha Knill Grylls) possedeva una piccola proprietà ereditata da sua zia Grace Couch, che l’aveva allevata come figlia. Aveva attitudine per la musica e trasmise questa qualità a John, che era il più vecchio di sette fratelli. Egli a 14 anni rivelò grandi doti matematiche ed iniziò ad interessarsi di astronomia e meccanica celeste. Nell’ottobre 1839 entrò nel celebre Saint John’s College di Cambridge, dove fu subito notato per il suo talento matematico; anche la sua passione per l’astronomia cresceva in modo travolgente, e talvolta lo distoglieva dai suoi studi.

Il 26 giugno 1841 Adams passò un po’ di tempo sfogliando dei libri in un negozio di Cambridge (Johnson’s, in Trinity Street) e fu qui che lesse il Report of the British Association for the Advancement of Science sui recenti progressi dell’Astronomia, scritto da Airy per il 1831-32 {B-0256.00_.1835} p. 154 ➤. Per Adams si trattò di un incontro critico; una settimana più tardi, all’inizio della sua seconda lunga vacanza, egli scrisse il seguente appunto su una strisciolina di carta:

The Scientific Papers of John Couch Adams, 1 ➤ ➤ Memoranda. 3 luglio 1841. Formato il progetto, all’inizio di questa settimana, di investigare, non appena possibile dopo aver preso la mia laurea, le irregolarità nel moto di Urano, che sono ancora inspiegate; per trovare se esse possono essere attribuite all’azione di un pianeta non scoperto al dil à di esso; e se possibile da esse determinare gli elementi della sua orbita, ecc., approssimativamente, il che probabilmente porterebbe alla sua scoperta.

Nel 1841 Adams finalmente giunse al punto in cui riuscì a far conciliare la passione per l’astronomia con i suoi impegni scolastici: potè infatti intraprendere gli studi di teoria lunare e planetaria. Verso la fine di quell’anno a Cambridge la tensione cominciò a salire in vista di una delle più dure prove che gli studenti di quell’Università dovevano affrontare, i cosiddetti “tripos” di matematica, esami che dovevano essere superati da quelli che aspiravano di uscire con una laurea con lode. Il tripos consisteva in diciotto durissime prove della durata di tre ore, che coprivano sia argomenti di base che materie speciali. I primi classificati (in base ad un punteggio) erano chiamati “Wranglers” (letteralmente: attaccabrighe!) e il primo assoluto era detto “Senior Wrangler”. Dopo un anno di preparazione praticamente ininterrotta, Adams affrontò i tripos del gennaio 1843. Come professori e compagni avevano previsto Adams si classificò “wrangler senior” con un voto altissimo: oltre 4000 punti, mentre il secondo classificato ne aveva ottenuto molto meno di 2000. Al di fuori dai risultati scolastici, Adams era poco notato; un suo collega studente di Cambridge lo descrisse così: a rather small man, who walked quickly, and wore a faded coat of dark green (un uomo piuttosto piccolo, che camminava velocemente e indossava un cappotto sbiadito di colore verde scuro).

Poche settimane dopo Adams vinse il premio Smith, il massimo trofeo matematico assegnato in quell’Università. Subito dopo fu eletto fellow del College (laureato che gode di una borsa di studio di durata limitata); questo quando aveva meno di 24 anni. Nonostante fosse ansiosissimo di iniziare la sua ricerca su Urano, decise di dedicarsi al problema soltanto durante il periodo delle vacanze; a Cambridge destinò tutto il suo tempo libero ad impartire lezioni private a giovani studenti. Poco dopo esser stato nominato fellow, Adams mostrò il suo memorandum del 1841 al Rev. J. Challis, professore di astronomia a Cambridge. Challis era stato anche lui Senior Wrangler, aveva vinto il Premio Smith nel 1825 ed era stato nominato fellow nel 1826 presso il Trinity College. Nel 1830 si era laureato e nel 1831 aveva lasciato il posto a causa del matrimonio. Nel 1836 era successo ad Airy (chiamato a dirigere l’Osservatorio di Greenwich) come professore di Astronomia e direttore dell’Osservatorio di Cambridge. Un suo contemporaneo lo descrisse come una persona di maniere cortesi, gentilmente disponibile, di carattere semplice e modesto. Il suo rapporto con Adams risultò in tono con questa descrizione: lo incoraggiò, prestandogli dei libri e promettendo di aiutarlo nel caso avesse avuto bisogno di altro materiale. Nel maggio 1843 anche il professor W. H. Miller, professore di mineralogia all’Università di Cambridge, spronò Adams a dare inizio al suo progetto. All’inizio delle successive vacanze estive il giovane ritornò a Lidcot e finalmente iniziò la tanto attesa indagine su Urano.

La Memoria (datata 13-11-1846, pubblicata nel 1847) Adams_Expl p. 428 ➤ | traduzione vedi articolo 3. ➤ , contiene un breve accenno a questi fatti: soluzione del 1843; nel febbraio 1844 ottiene molte osservazioni da Airy, tramite Challis; nuova soluzione, consegnata a Challis nel settembre 1845; altra soluzione, consegnata ad Airy nell’ottobre 1845. La Memoria (datata 13-11-1846, pubblicata nel 1847) Airy_Account p. 393 ➤ , mia traduzione qui, da No. 6 ➤ parla dell’invio dei dati del 1844, e delle soluzioni di settembre e ottobre 1845.

Ecco cosa risulta dai manoscritti che ancora si conservano, catalogati nel 1901 da Ralph Allen Sampson:

Sampson_Adams ➤ p. 144 ➤ Questa prima soluzione fu ottenuta nelle vacanze estive del 1843. Si riferisce alle poche linee della sua memoria pubblicata *** Forse questa prima soluzione può essere considerata la porzione più interessante dei manoscritti. Le pagine che la contengono sono ora riprodotte in facsimile, ed una dettagliata enumerazione di quello che contengono si troverà nel Catalogo sotto C II. *** .. ma qui, al momento di scrivere la posizione del nuovo pianeta, è curioso notare che fece un errore, dimenticandosi di dividere per un fattore 3 quello che aveva introdotto. Questo errore fu corretto nel manoscritto, probabilmente appena fatto, e la posizione risultante del pianeta è una buona approssimazione del tempo corretto della congiunzione con Urano; ma a causa del moto medio assunto difettoso e in assenza delle circostanze compensanti poi introdotte, la posizione indicata nel 1843 era in errore di circa 15º. – p. 158 ➤ Queste parole [nella Memoria Adams_Expl] significano più di quanto si possa supporre; si vedrà che Adams ottenne nel settembre 1843 delle approssimazioni totalmente attendibili della posizione e della massa del pianeta sconosciuto, con una rimozione praticamente completa degli errori osservati. *** C II pp. 11 – Questi fogli contengono la prima determinazione di Adams degli elementi del nuovo pianeta *** p. 161 ➤ Adams ora procede a fare la determinazione dell’eccentricità e dell’asse del nuovo pianeta. *** Gli elementi approssimati per il nuovo pianeta sono
distanza media 38.4 – moto medio in 3625.25 giorni 1º30’53.8″ (moto siderale)
eccentricità 0.02543
longitudine del perielio 96º17′
longitudine media 253º28′ (all’opposizione 1810)
massa del pianeta 0.00023655, quella del Sole essendo l’unità
Si deve supporre che Adams abbia dato poco peso alle sue investigazioni sull’eccentricità e sull’asse, perché le ignorò nella Memoria …

Poi Adams si occupò della cometa Faye, scoperta il 22 novembre 1843, e nel gennaio 1844, ad appena 24 anni, attraverso Challis inviò la sua analisi al giornale della RAS (MNRAS), pur non essendo membro della Società  ➤ . Una bella dimostrazione di sicurezza, che contrasta con il cliché di ragazzo timido ed insicuro, che successivamente gli fu assegnato. Nel febbraio 1844 ottenne molte osservazioni di Urano, tramite Challis, ma non potè trovare subito il tempo di usarle. Ciò non impedì che al Saint John’s College nascesse una leggenda su di lui. Quattro mesi dopo la morte di Adams, sulla rivista The Observatory, 15, 260 (1892) apparve una interessante lettera di un membro della Royal Astronomical Society, Edward Allen, ex studente di Adams. Questi rivelò la sua personale conoscenza della vicenda di Adams, rompendo un riserbo mantenuto per quasi mezzo secolo. Nel 1844, scrisse, al St. John’s College circolava un gossip sul fatto che Adams avesse scoperto con i calcoli un pianeta esterno ad Urano. Il 6 dicembre 1844 Allen scrisse ad un amico:

{A-0072.0015_.0189.18920600-0260_0261} ➤ Il mio tutor, Adams, è stato il Senior Wrangler dell’anno scorso. C’erano alcune perturbazioni (o disturbi) dell’orbita di Herschel, che avevano molto sconcertato gli astronomi, e Adams le ha attribuite ad un nuovo pianeta, ancora non visto, oltre i limiti del nostro presente sistema solare; e dai registri scientifici di questi disturbi, ha calcolato la sua massa e orbita su questa supposizione; e da quanto io posso sapere, è, secondo i suoi risultati, circa due volte la distanza di Herschel dal Sole, ed è grande quasi quanto Giove, e il suo tempo periodico attorno al Sole è circa 250 anni. Adams deve avere avuto questi calcoli in mano per oltre un anno, e, ho sentito, li ha avuti in testa sin dai tempi in cui era studente. Ha scritto, o scriverà, a Lord Rosse e ad altri astronomi, di rivolgere le loro osservazioni nella direzione in cui il corpo è supposto essere; e sentiremo tutto nel tempo dovuto. Non è un trionfo dell’abilità matematica quando gli uomini possono calcolare, in qualsiasi grado, le orbite di pianeti che non hanno mai visto? Io penso che le grandi orbite delle comete diano indicazioni della stessa natura, che lo assistettero nei suoi calcoli.

Nel 1884, dopo avere letto questa lettera, Adams replicò: Non mi ricordo di aver mai detto nulla su di una cometa disturbata dal pianeta sconosciuto [I cannot recollect having said anything about a comet being disturbed by the unknown planet]. Come si vede, il gossip sulle ricerche di Adams si era colorato di leggenda.

Adams, sebbene fosse ben lieto di aver ricevuto tutti quei dati, in quel periodo era molto occupato. Gli impegni di servizio dell’Università raggiunsero presto un tale livello che egli si vide obbligato ad accantonare la sua ricerca e trascorsero diversi mesi prima che il prof. Miller riuscisse a convincerlo a riprender il lavoro. Nella primavera del 1844 Miller gli fece notare che nel 1842 l’Accademia delle Scienze di Gottinga aveva proposto come problema del suo concorso per le scienze matematiche proprio la teoria di Urano. Adams protestò dicendo che non poteva sprecare il suo tempo per preparare un articolo appena comprensibile, ma alla fine, cedendo alle affettuose pressioni del professore, iniziò la seconda analisi, che trattava un’orbita ellittica. Ma nell’autunno del 1844 il suo lavoro fu ancora una volta interrotto a causa di una cometa. Mentre Adams era a Lidcot per le consuete vacanze autunnali, Challis gli inviò le sue osservazioni della cometa De Vico, pregandolo di calcolarne gli elementi orbitali. Adams ottenne dai suoi calcoli un’orbita a breve periodo e, dopo aver avuto conferma tramite le nuove osservazioni inviategli da Challis, il 15 ottobre 1844 inviò un articolo al giornale “Times” (dato che a quell’epoca la Royal Society non era riunita). Ma Adams scoprì con delusione che, benché fosse stato il primo a calcolare l’orbita della cometa in Inghilterra, in Francia era stato ancora una volta preceduto da Leverrier; il 21-10-1844 scrisse un po’ crucciato ai suoi genitori: Subito dopo il mio ritorno (a Cambridge) ho scoperto che gli astronomi francesi hanno ottenuto quasi esattamente i miei stessi risultati, ma prima di me, dato che le loro osservazioni erano state effettuate in precedenza Kollerstrom3 ➤. Durante l’inverno del 1844 e la primavera seguente gli impegni di Adams come assistente al St. John’s College lo tennero così occupato, che potè proseguire le sue ricerche soltanto durante il periodo delle vacanze.

Nel 1844 E. Bouvard a Parigi stava ancora lavorando alla revisione della teoria di Urano. In quell’anno ci fu un nutrito scambio di lettere con Airy: Airy_Account p. 392 ➤ | mia traduzione qui da No. 5 ➤ Bouvard pubblicò le Nuove tavole di Urano nel 1845, e affermò in Comptes Rendus 01-09-1845, xxi, p. 525 {A-0080.0021_.0009.18450901-0524_0525} ➤ Le discordanze fra le osservazioni e la teoria mi portano a credere che ci sia grande verosimiglianza nell’idea emessa da mio zio sull’esistenza di un altro pianeta che perturba Urano.

Nel giugno 1845 Adams partecipò a Cambridge all’Assemblea dell’Associazione Britannica per il Progresso della Scienza (British Association for the Advancement of Science) e ne divenne membro vitalizio. Adams, che aveva appena compiuto 26 anni, ebbe occasione di conoscere molti eminenti scienziati (fra cui Airy), come il 10 luglio scrisse al fratello George [n. 5.11.1823, agricoltore]. John Herschel, uno dei più famosi astronomi dell’epoca, a suo volta rimase impressionato da Adams; il 23 gennaio 1846 gli scrisse che confidava nelle sue capacità perché si applicasse allo studio del problema dell’accelerazione secolare della Luna (che successivamente fu brillantemente risolto da Adams). Aver partecipato alla riunione dei grandi spinse Adams a compiere nuovi sforzi sul problema di Urano. Poche settimane dopo il termine dell’assemblea, scrisse a casa che aveva fatto altri progressi nel suo secondo tentativo di “calcolare la posizione del supposto nuovo pianeta.” Abbiamo lasciato la Memoria di Adams nel punto in cui si accennava alla richiesta di dati ad Airy. Il racconto proseguì riferendo che nel febbraio 1844 ottenne molti dati da Airy, e nel settembre 1845 presentò una nuova soluzione a Challis. In ottobre fece avere ad Airy altri risultati, leggermente corretti. Adams_Expl p. 428 ➤ , mia traduzione, da fine 3. ➤

Ecco i racconti di Challis:

Challis Account p.415 ➤ | mia traduzione qui ➤ Sarà sufficiente dire che, nel settembre 1845, Mr Adams, membro del St. John’s College, Cambridge, pose nelle mie mani un documento contenente i risultati dei calcoli che aveva fatto per spiegare le irregolarità del moto di Urano, nell’ipotesi di perturbazioni causate da un pianeta più distante. Questi risultati comprendevano la massa, la distanza media, la longitudine media ad una epoca data, la longitudine del perielio, l’eccentricità dell’orbita del corpo perturbante e, ciò che era di principale importanza per l’astronomo pratico, la sua longitudine geocentrica probabile alla fine di settembre. Una simile comunicazione fu fatta il mese successivo all’Astronomo Reale. Il tempo era allora sfavorevole per iniziare le operazioni di ricerca del pianeta supposto, a causa della sua distanza angolare dall’opposizione. Tuttavia, devo ammettere che questa non fu, per quanto mi riguarda, l’unica ragione per cui non fu fatto nessun tentativo quell’anno. Era una cosa così nuova intraprendere osservazioni semplicemente basandosi su predizioni teoriche, – mentre il lavoro era certo, il successo appariva così incerto, – non è sorprendente che sia stata presa la disposizione di posporre queste osservazioni ad altre basate su basi meno speculative.

Challis_Special_Report p. l ➤ I calcoli furono completati nel 1845. Nel settembre di questo anno, Mr Adams pose nelle mie mani un documento contenente i valori numerici della longitudine media ad una data epoca, longitudine del perielio, eccentricità dell’orbita, massa e longitudine geocentrica per il 30 settembre, del supposto pianeta perturbante, che egli chiama per anticipazione “il nuovo pianeta”, evidentemente mostrando la convinzione nella sua mente delle realtà della sua esistenza. Verso la fine del mese successivo, una comunicazione di risultati leggermente differente fu fatta all’Astronomo Reale, con l’aggiunta di quello che era molto importante, cioè una lista degli errori residui della longitudine media di Urano, per un periodo estendentisi dal 1690 al 1840, dopo aver considerato l’effetto disturbante del pianeta supposto.

Ralph Allen Sampson ha analizzato i calcoli di Adams. Una pagina dei calcoli è datata 18-09-1845; ottenuti i risultati finali, Adams li riassunse in un foglietto di carta:

Sampson_Adams ➤ p. 166 ➤ “Secondo i miei calcoli, le perturbazioni nel moto di Urano possono essere spiegate supponendo l’esistenza di un pianeta più distante, la massa, orbita e posizione del quale sono come segue:
distanza media 38.4 (assunta approssimativamente in accordo con la legge di Bode)
eccentricità 0.1428
longitudine del perielio 320º30′
longitudine media verso la fine di settembre 1845 321º40′
quindi la longitudine geocentrica allo stesso tempo sarà 320º30′ circa, in diminuzione di circa 1′ al giorno
massa 0.000173, quella del Sole essendo l’unita.”
Troviamo nella Memoria *** È molto probabile che questo foglio sia una copia della comunicazione che Adams inviò a Challis.

Challis in Special Report riporta le parole New Planet, che non si trovano nella trascrizione di Sampson, bensì in un altro biglietto, riportato dal sito di Kollerstrom: ➤ . Io penso che questo foglio sia stato consegnato a Challis, che ha aggiunto: (ricevuto nel settembre 1845). I dati sono stati copiati dai manoscritti di Adams (ma la longitudine media passa da 321º40′ e 321º30′). Proseguendo lo studio dei manoscritti, Sampson trovò delle modifiche dei dati e dei calcoli, che portarono ad una nuova soluzione. Adams preparò una lettera di 3 fogli, che si trova riprodotta in facsimile in Adams_Scientific_P ➤ ➤ ; il primo foglio anche in Kollerstrom ➤ . La trascrizione stampata in Airy_Account termina co le parole “of the planet” invece di “of the new planet”. Questa storia fu riferita da Airy, e si può leggere integralmente qui: Airy_Account p. 394 ➤ , mia traduzione qui, da No. 9 ➤ . In questa pagina, mi limito ad un riassunto. Nel 1844, Airy aveva fornito ad Adams (tramite Challis) le osservazioni che gli servivano per migliorare la sua teoria di Urano. Il 22 settembre 1845, Challis annunciò ad Airy che Adams aveva completato il calcolo dell’orbita e della massa del pianeta perturbante, e probabilmente sarebbe passato lui stesso a Greenwich per mostrare i suoi risultati. Airy non lesse subito questa lettera, perché era a Parigi. Nel frattempo, Adams passò all’Osservatorio di Greenwich, senza preavviso, e mancò l’incontro con Airy; questi, al suo ritorno, si rammaricò del fatto, in una lettera a Challis del 29-09-1845. Adams ripassò a Greenwich nella seconda parte di ottobre, nella strada del suo ritorno a Cambridge, e ancora mancò Airy; dovette lasciare la sua lettera di 3 fogli ad un maggiordomo. Discuterò questa vicenda in un’altra pagina. Ad ogni modo, Airy apprezzò i risultati di Adams (vedere anche {B-0120.01_.1896} ➤ ).

Di solito Airy rispondeva immediatamente alle lettere che gli venivano inviate; in questa occasione egli scrisse ad Adams il 5 novembre 1845, con quindici giorni di ritardo. Forse attese un tempo così lungo nel tentativo di trovare qualche conveniente fondamento scientifico con cui confutare i dati ottenuti da Adams, e in effetti lo trovò in un suo lavoro precedente. Ricordo che nel 1838 aveva comunicato alla rivista Astronomische Nachrichten che il raggio vettore tabulare di Nettuno era “notevolmente troppo piccolo”. Nel 1845 ampliò l’argomento in una nota scientifica in cui affermava: Ho pensato perciò che la prova, nel caso che l’errore del raggio vettore fosse spiegato dalla stessa teoria che spiega l’errore in longitudine, sarebbe davvero un experimentum crucis. Egli quindi scrisse ad Adams il 05-11-1845, ponendogli la domanda riguardo al raggio vettore: Airy_Account p. 396 ➤ , mia traduzione qui, No. 12 ➤. Il database Kollerstrom2 ➤ descrive la bozza incompiuta di una lettera di Adams, datata 13-11-1845, che doveva essere la risposta ad Airy. Questa bozza fu dimenticata, ed è stata ritrovata circa nel 1998 nell’archivio di Truro, città della Cornovaglia (dove Adams passava le sue vacanze estive). La risposta ad Airy fu scritta solo il 18-11-1846, dopo un attento studio della questione. Nel 1883, quando J. W. L. Glaisher stava preparando il necrologio di Challis per la R. A. S., chiese ad Adams perché non avesse risposto al quesito di Airy, e la risposta fu: Avrei voluto farlo: ma la domanda mi sembrò banale. ➤

In Adams_Expl p. 429 ➤ | traduzione vedi articolo 4. ➤ , Adams parlò del miglioramento della soluzione di ottobre 1845, passando dai a/a’=0.5, a a/a’=0.515.

Adams_Expl p. 445 ➤ Quindi i valori della massa e degli elementi dell’orbita del pianeta perturbatore, risultanti dalla prima ipotesi sulla distanza media, sono i seguenti:
a/a’ = 0.5
long. media del pianeta, 06-10-1846 …… 325°7′
longitudine del perielio ……………………….315°57′
eccentricità dell’orbita…………………………0.16103
massa (quella del Sole essendo 1) ……….0.0001656
Questi sono i risultati che comunicai all’Astronomo Reale nell’ottobre 1845.
Poi mi occupai di una simile investigazione fondata sull’assunzione che la distanza media fosse inferiore a prima delle trentesima parte, in modo che a/a’ = sin 31° = 0.515 **** Quindi i valori della massa e degli elementi dell’orbita del pianeta perturbatore, risultanti dalla seconda ipotesi sulla distanza media, dono i seguenti:
a/a’ = 0.515
long. media del pianeta, 06-10-1846 …… 323°2′
longitudine del perielio ……………………….299°11′
eccentricità dell’orbita…………………………0.12061503
massa (quella del Sole essendo 1) ……….0.00015003

Confrontando i calcoli con le due ipotesi, Adams stimò che la stima migliore dovrebbe essere a/a’=0.574. Nel corso della narrazione, Adams citò il lavoro indipendente di Urbain Le Verrier, a cui rese onore, perché da esso scaturì la scoperta ufficiale del pianeta da parte dell’astronomo di Berlino Johann Gottfried Galle (anche lui preceduto da Challis, inconsapevolmente). Dopo i calcoli delle orbite comete, ancora una volta Adams si incrociò con il lavoro del francese.