Структура Нептуна, согласно данным НАСА. Авторы и пава: NASA.
Являясь газовым гигантом (или ледяным гигантом), Нептун не имеет твёрдой поверхности. Как известно, сине-зелёный диск, который мы все видели на фотографиях НАСА не является поверхностью планеты. То, что мы видим на самом деле является вершинами очень глубоких газовых облаков и, если бы человек попытался бы стать на одну из таких вершин он бы просто начал падать сквозь газовые слои планеты. Во время этого падения, он ощущал бы непрерывное повышение температуры и давления, пока наконец не добрался бы до “твёрдой” сердцевины. Это и будет поверхность, которая (как и в случае с другими газовыми гигантами) в астрономии определяется, как точка в атмосфере, где давление достигает величины в один бар. Поверхность Нептуна является одним из наиболее активных и динамичных мест во всей нашей Солнечной системе.
Средний радиус планеты составляет 24 622 ± 19 километров, что делает Нептун четвёртой по величине планетой в Солнечной системе. Но с массой в 1,0243*10 26 килограмм – что примерно в 17 раз больше, чем масса Земли – это третья по массе планета в нашей системе. Из-за меньшего размера и более высоких концентраций летучих веществ по отношению к Юпитеру и Сатурну, Нептун (подобно Урану) часто называют ледяным гигантом – один из подклассов гигантских газовых планет.
Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном, находящимся в атмосфере, приводит к тому, что Нептун имеет голубой оттенок. Поскольку количество метана в атмосфере Нептуна почти аналогично этому параметру в атмосфере Урана, там, вероятно, имеется какой-то неизвестный компонент, который ответственен за более яркую окраску Нептуна.
В атмосфере Нептуна можно выделить две основные области: тропосфера, где температура уменьшается с высотой; и стратосфера, где температура растёт с высотой. В тропосфере давление находится в диапазоне от одного до пяти бар (100 и 500 кПа), следовательно, “поверхность” Нептуна располагается в пределах этой области. Поэтому можно сказать, что “поверхность” Нептуна состоит на 80% из водорода и на 19% из гелия. Верхний слой атмосферы пронизан движущимися полосами облаков, имеющими различный состав, в зависимости от высоты и давления. На верхнем уровне, температуры пригодны для того чтобы метан мог конденсироваться, облака тут состоят из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды.
Изображение Нептуна слева было получено во время тестирования адаптивной оптики прибора MUSE, установленного на VLT. Изображение справа – передано космическим телескопом “Хаббл”. Обратите внимание, что оба изображения были получены в разное время. Авторы и права: ESO / P. Weilbacher, AIP / NASA / ESA / MH Wong & J. Tollefson, UC Berkeley.
На более низких уровнях, как считается, также могут существовать облака из аммиака и сероводорода. В нижних областях тропосферы, где давление составляет около 50 бар (5 МПа) и температура – 273 К (0 °C) должны располагаться облака, состоящие из водяного льда.
Поскольку Нептун не является твёрдым телом, его атмосфера претерпевает дифференциальное вращение. Так экваториальная зона вращается с периодом около 18 часов, а период вращения полярных областей не превышает 12 часов. Такое дифференциальное вращение выражено наиболее ярко, чем у любой другой планеты в Солнечной системе, и оно приводит к наличию очень сильных ветров и штормов. Три наиболее впечатляющих из них были замечены в 1989 году космическим зондом “Вояджер 2”. Наиболее крупный шторм достигал 13 000 километров в длину и 6600 километров в ширину, что сопоставимо с размерами Большого Красного Пятна на Юпитере. К сожалению, известный как Большое Тёмное Пятно, этот шторм не был замечен пять лет спустя, когда исследователи искали его при помощи космического телескопа “Хаббла”.
По причинам, которые до сих пор не известны астрономам, Нептун необычайно горяч. Несмотря на то, что эта планета находится гораздо дальше от Солнца, чем Уран и получает на 40% меньше солнечного света, температура у его поверхности примерно равна температуре Урана. На самом деле, Нептун излучает в 2,6 раза больше энергии, чем он принимает её от Солнца.
Такое большое количество внутреннего тепла, граничащего с холодом космического пространства, создаёт огромную разницу температур. И это вызывает появление сверхбыстрых ветров на Нептуне. Максимальная скорость ветра на Юпитере может достигать 500 км/час. Это в два раза превышает скорость самых сильных ураганов на Земле. Но это ничто по сравнению с Нептуном. Астрономы подсчитали, что ветры на Нептуне могут достигать 2100 км/час.
Глубоко внутри Нептун, все же может иметь действительно твёрдую поверхность, но температура в этой области будет составлять тысячи градусов, а этого достаточно, чтобы расплавить камень. Таким образом, не представляется возможным стоять на “поверхности” Нептуна, не говоря уже о том, чтобы ходить по нему.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О НЕПТУНЕ
Нептун — это прежде всего гигант из газа и льда.
Нептун - восьмая планета Солнечной системы.
Нептун — самая далёкая от Солнца планета с тех пор, как Плутон разжаловали до звания карликовой планеты.
Ученые не знают, как на холодной ледяной планете вроде Нептуна облака могут двигаться так быстро. Они предполагают, что холодные температуры и поток жидких газов в атмосфере планеты могут снижать трение настолько, что ветры набирают существенную скорость.
Из всех планет в нашей системе Нептун — самая холодная.
Верхние слои атмосферы планеты имеют температуру -223 градуса по Цельсию.
Нептун вырабатывает больше тепла, чем получает его от Солнца.
В атмосфере Нептуна преобладают такие химические элементы, как водород, метан и гелий.
Атмосфера Нептуна плавно переходит в жидкий океан, а тот — в промёрзшую мантию. Поверхности как таковой у этой планеты нет.
Предположительно, Нептун обладает каменным ядром, масса которого примерно равна массе Земли. Ядро Нептуна состоит из силикатного магния и железа.
Магнитное поле Нептуна в 27 раз мощнее земного.
Гравитация Нептуна всего на 17% сильнее таковой на Земле.
Нептун является ледяной планетой, состоящей из аммиака, воды и метана.
Интересен тот факт, что сама планета вращается в противоположную сторону от вращения облаков.
На поверхности планеты в 1989 году было обнаружено Большое темное пятно.
СПУТНИКИ НЕПТУНА
У Нептуна официально зарегистрированное количество 14 спутников. Спутники Нептуна названы в честь греческих богов и героев: Протей, Таласа, Наяда, Галатея, Тритон и другие.
Крупнейшим спутником Нептуна является Тритон.
Тритон движется вокруг Нептуна по ретроградной орбите. Это значит, что его орбита вокруг планеты лежит задом наперед по сравнению с другими лунами Нептуна.
Скорее всего, Нептун когда то захватил Тритон — то есть луна не образовалась на месте, как остальные луны Нептуна. Тритон заперт в синхронном вращении с Нептуном и медленно движется по спирали к планете.
Тритон, примерно через три с половиной миллиарда лет будет разорван его гравитацией, после чего его обломки образуют ещё одно кольцо вокруг планеты. Это кольцо может быть более мощным, чем кольца Сатурна.
Масса Тритона составляет более, чем 99,5 % от суммарной массы всех остальных спутников Нептуна
Тритон, скорее всего, когда-то был карликовой планетой в поясе Койпера.
КОЛЬЦА НЕПТУНА
У Нептуна есть шесть колец, но они гораздо меньше, чем у Сатурна, и увидеть их непросто.
Кольца Нептуна состоят в основном из замёрзшей воды.
Считается, что кольца планеты - остатки когда-то разорванного спутника.
ПОСЕЩЕНИЕ НЕПТУНА
Для того, чтобы корабль достиг Нептуна, ему необходимо проделать путь, который по времени займет примерно 14 лет.
Единственным космическим аппаратом, посетившим Нептун, является .
В 1989 году «Вояджер-2» прошёл на расстоянии в 3000 километров от северного полюса Нептуна. Он облетел небесное тело 1 раз.
Во время своего пролета «Вояджер-2» изучил атмосферу Нептуна, его кольца, магнитосферу и познакомился с Тритоном. «Вояджер-2» также взглянул на «Большое темное пятно» Нептуна, вращающуюся систему штормов, которая исчезла, если верить наблюдениям космического телескопа Хаббла.
Прекрасные фотографии Нептуна, сделанные «Вояджером-2», надолго останутся единственным, что у нас есть
К сожалению, в ближайшие годы никто не планирует снова исследовать планету Нептун.
На самой окраине Солнечной системы расположилась планета синего цвета — Нептун. До недавнего времени эта планета имела восьмой порядковый номер в планетарном ряду, замыкая группу планет газовых гигантов. Сегодня, когда Плутон был переведен в разряд карликовых планет, Нептун оказался последней из известных планет Солнечной системы. Что представляет собой этот далекий мир? Какова из себя последняя планета системы нашей звезды?
Солнце, находясь на расстоянии 4,5 млрд км от планеты, выглядит яркой крупной звездой
История открытия восьмой планеты
В 1846 году в истории астрономии произошло знаменательное событие. Впервые крупный небесный объект был открыт не в результате визуального наблюдения за небесной сферой. Планету удалось обнаружить путем математических расчетов, которые позволили вычислить месторасположение объекта. На подобные действия ученых толкнуло необычное поведение Урана, седьмой планеты Солнечной системы. Еще в 1781 году астрономы, наблюдая за третьим газовым гигантом, обнаружили периодические колебания орбитального пути Урана, которые свидетельствовали о том, что на планету оказывают воздействие сторонние гравитационные силы. Этот факт давал повод предполагать, что за орбитой Урана существует какое-то крупное небесное тело.
Ввиду близкого соседства Урана и Нептуна(расстояние между объектами составляет 10, 876 а.е.) планеты тесно взаимодействуют друг с другом, оказывая влияние на орбитальные параметры друг друга
Однако первые предположения долгое время оставались лишь гипотезами, пока в 1845-46 годах английский астроном и математик Джон Коуч Адамс не сел за математические расчеты. Несмотря на то, что его научный труд, доказывавший существование еще одной планеты, не вызвал ажиотаж в научном сообществе, усилия Адамса не пропали даром. Буквально через год, француз Лаверье в аналогичной работе подтвердил правильность вычислений Адамса, добавив доказательств в пользу существования новой планеты. Только после того, как были получены два независимых друг от друга расчета, научное сообщество принялось лихорадочно искать в ночном небе таинственный объект на определенном расчетами участке Солнечной системы. Поставить точку в этом вопросе удалось немцу Иоганну Галле, который уже 23 сентября 1846 года действительно обнаружил на окраинах Солнечной системы новую планету.
С названием особых сложностей не возникало. Планетарный диск при наблюдении в телескоп имел отчетливый синий оттенок. Это и дало повод присвоить новой планете название в честь Нептуна, древнеримского бога морей. Таким образом, вслед за Юпитером, Сатурном и Ураном небесный свод пополнился еще одним богом. Заслуга в этом принадлежит директору Пулковской обсерватории Василию Струве, первым предложившему такое название.
Схема расстояний: Нептун — Земля и Нептун – Солнце. Для обозначения столь огромных расстояний в астрофизике принято оперировать астрономическими единицами – А.Е.
Обнаруженное небесное тело оказалось довольно крупных размеров, которое действительно могло оказывать влияние на положение Урана на орбите. Вновь открытая планета расположилась на задворках Солнечной системы, на расстоянии в 4,5 млрд. километров от Солнца . Нашу Землю от восьмой планеты отделяет ничуть не меньшее расстояние — 4,3 млрд. километров.
Астрофизические параметры восьмой планеты
Находясь на таком огромном расстоянии, Нептун едва заметен в оптические приборы. Это объясняется тем, что планета еле ползет по небесному своду и ее легко спутать с тускло мерцающей звездочкой. Орбитальный путь морского бога занимает 60 тыс. лет. Другими словами, когда Нептун снова вернется в то место, где был обнаружен в 1846 году, на Земле пройдет 60 тыс. лет.
Расположение планет Солнечной системы по порядку. За четырьмя планетами земной группы следует четыре планеты-газовых гиганта, ряд которых замыкает Нептун.
Астрофизические параметры орбиты восьмой планеты были вычислены еще на раннем этапе. Было установлено, что Нептун имеет следующие орбитальные характеристики:
- в перигелии планета находится от Солнца на расстоянии 4 452 940 833 км;
- в афелии Нептун приближается к главному светилу на расстояние 4 553 946 490 км;
- эксцентриситет орбиты составляет всего 0,011214269;
- Нептун движется по орбите со скоростью 5,43 км/с;
- нептуновские сутки длятся 15 часов и 8 минут;
- осевой наклон Нептуна составляет 28,32°.
Из приведенных данных видно, что планета довольно вальяжно ведет себя в космосе, если не считать высокую скорость, с которой Нептун вращается вокруг собственной оси. Угол наклона объекта по отношению к плоскости эклиптики позволяет Солнцу равномерно освещать поверхность этого далекого и холодного мира. Такое положение объекта обеспечивает смену сезонов, длительность которых составляет около 40 лет.
Что касается физических параметров, то точные данные были получены только в конце XX века. Нептун оказался четвертой по размеру планетой Солнечной системы, уступая своим старшим братьям Юпитеру , Сатурну и Урану. Диаметр этого далекого объекта составляет 49244 км. Характерно, что расхождения между полярным и экваториальным сжатием у Нептуна незначительны. Планета представляет собой практически идеальный шар, который почти в 4 раз больше по размерам нашей планеты. Масса Нептуна составляет 1,0243·10²⁶ кг. Это меньше чем у Юпитера и Сатурна, зато в 17 раз больше массы Земли.
Сравнение размеров планеты Нептун с другими планетами Солнечной системы. Уран и Нептун явно выделяются по отношению к размерам газовых гигантов Юпитера и Сатурна.
Вычисления, полученные уже в позднее время с борта космического зонда «Вояджер-2» позволили получить представления о плотности восьмой планеты, которая составляет 1,638 г/см³. Это в три раза меньше аналогичного параметра у Земли. Ввиду этого планета была причислена к категории планет-газовых гигантов. Несмотря на это, ученые считают Нептун планетой переходного типа от планет земной группы к планетарным объектам газообразной и ледяной структуры. Превосходя Землю по массе в 17 раз, Нептун значительно уступает в массе Юпитеру — всего 1/19 от массы самой крупной планеты. Сила тяжести у синей планеты уступает только параметрам Юпитера.
Основные характеристики Нептуна
После длительных наблюдений выявилось, что Нептун не имеет твердой поверхности. Как и у других планет-гигантов, для восьмой планеты характерно отсутствие четкой границы между атмосферой и мнимой поверхностью. Атмосфера Нептуна пребывает в постоянном движении, совершая дифференциальное вращение. В экваториальной зоне период вращения планеты на 5 часов дольше, чем на полюсах. Из-за такой разницы в атмосфере синего гиганта возникает колоссальный воздушный сдвиг, способствующий возникновению сильнейших ветров. На восьмой планете постоянно дуют ветра, скорость которых составляет космических скоростей – 600 с. Резкая смена направлений воздушных потоков является причиной возникновения бурь, большая часть которых по своим масштабам сравнима с размерами Красного пятна Юпитера.
Темное пятно в атмосфере Нептуна. Объект, очень сильно напоминающий по структуре и динамике Красное пятно — район колоссальной бури на Юпитере.
Химический состав атмосферы далекой планеты напоминает по составу структуру звездного вещества. В воздушной оболочке Нептуна преобладает водород, количество которого в зависимости от высоты слоев варьируется в пределах 50-80%. Остальная часть воздушного поверхностного слоя — гелий 19%, чуть менее 1,5% приходится на метан. Синяя расцветка космического бога объясняется присутствием в атмосфере метана, который в спектральном диапазоне полностью поглощает волны красного цвета. В отличие от Урана , который выглядит бледным пятном в объективе телескопа, Нептун имеет насыщенный синий цвет. Это наводит ученых на мысль о присутствии в атмосфере планеты помимо метана и других компонентов, влияющих на спектр цветового диапазона. Это могут быть аэрозоли, представленные в виде кристалликов аммиака и водяного льда.
Точная глубина атмосферного слоя пока неизвестна. Имеется информация о наличии двух слоев — тропосферы и стратосферы. Благодаря данным, полученным с борта «Вояджера-2», удалось вычислить атмосферное давление в тропопаузе, которое составляет всего 0,1 бар. Что касается температурного баланса, то ввиду огромной удаленности от Солнца, на Нептуне царит царство холода. Температуры достигают отметки 200 °С со знаком минус. Загадкой для ученых является высокая температура, отмеченная в термосфере. В этой области отмечен значительный скачок температуры, которая достигает значений в 476 градусов Цельсия со знаком плюс.
Атмосфера Нептуна на 80% состоит из водорода (H₂). Гелия в воздушной оболочке планеты 15%. По своему химическому составу газовый гигант напоминает звезду в начальной стадии формирования.
Наличие высокой температуры в термосфере планеты свидетельствует о присутствии в атмосфере Нептуна процессов ионизации. По другой версии гравитационные силы самой планеты взаимодействуют с атмосферой, порождая в процессе трения кинетическую энергию.
Что касается непосредственно самой планеты, то возможно у Нептуна имеется твердое ядро. Об этом свидетельствует сильное магнитное поле планеты. Вокруг ядра располагается толстый слой мантии, представляющей собой горячую и раскаленную жидкую субстанцию. Предположительно нептуновская мантия состоит из аммиака, метана и воды. Мнимая поверхность планеты — горячий лед. Ввиду последнего фактора планета считается ледяным гигантом, где большая часть газов представлена в замороженном виде.
По своему строению Нептун очень схож на строение других планет газовых гигантов, однако в отличие от Юпитера и Урана, газообразные компоненты представлены замороженным льдом
Последние исследования Нептуна и известные открытия
Огромное расстояние, которое разделяет наши миры, не позволяют проводить интенсивные и детальные исследования Нептуна. Солнечному свету требуется четыре часа, чтобы коснуться поверхности атмосферы восьмой планеты. На данный момент только один космический аппарат, запущенный с Земли , сумел достичь окрестностей Нептуна. Это произошло в 1989 году, спустя 12 лет после космического старта «Вояджера-2». С открытием Нептуна размеры Солнечной системы увеличились почти в два раза. Еще в момент открытия планеты удалось обнаружить ее крупнейший спутник, получивший мрачное название Тритон. Этот спутник имеет сферическую планетарную форму. Впоследствии удалось выявить еще 12 лун, которые имеют неправильную форму.
У Нептуна имеется 13 естественных спутников. Самые крупные из них — Тритон, Нереида, Протей и Таласса.
После полета «Вояджера» стало ясно, что Тритон является самым холодным местом в Солнечной системе. На поверхности спутника была зафиксирована температура -235⁰ С.
Ученые допускают, что эти объекты были захвачены планетой-гигантом из пояса Койпера. Аналогична и природа колец Нептуна. На сегодняшний день удалось обнаружить три главных кольца планеты: кольца Адамса, Лаверье и Галле.
Последующие изучения самой далекой планеты Солнечной системы были связаны с полетом АМС «Нептун Орбитер». Запуск планировалось осуществить в 2016 году, однако старт зонда пришлось отложить. Предположительно сейчас ведутся работы для расширения задач для будущих исследований, которые будут включать в себя работу зонда в окраинных областях Солнечной системы.
Нептун – восьмая планета, входящая в нашу солнечную систему. Ученые обнаружили ее самой первой на основе постоянных наблюдений за небом и глубоких математических исследований. Урбен Джозеф Ле Веррье после длительных обсуждений поделился своими наблюдениями с Берлинской обсерваторией, где их изучал Иоганн Готтфрид Галле. Именно там 23 сентября 1846 г. и был обнаружен Нептун. Спустя семнадцать дней был найден и его спутник – Тритон.
Планета Нептун находится на расстоянии 4,5 млрд км от Солнца. За 165 лет она проходит свою орбиту. Ее нельзя увидеть невооруженным глазом, так как она находится на существенном расстоянии от Земли.
В атмосфере Нептуна царят самые сильные ветры, по некоторым оценкам ученых, они могут развивать скорость в 2100 км/ч. В 1989 году во время пролета аппарата «Вояджер-2» в южном полушарии планеты было выявлено Большое темное пятно, точно такое же, как Большое красное пятно на планете Юпитер. В верхних слоях атмосферы температура Нептуна близка к 220 градусов Цельсия. Температура в центре Нептуна варьируется от 5400°K до 7000-7100 °C, что отвечает температуре на поверхности Солнца и внутренней температуре большинства планет. У Нептуна есть фрагментированная и слабая кольцевая система, которую обнаружили еще в 1960-е годы, но официально подтвердили в 1989 году «Вояджером-2».
История открытия планеты Нептун
28 декабря 1612 года Галилео Галилей исследовал Нептун, а затем 29 января 1613 г. Но в обоих случаях он принял Нептун за неподвижную звезду, которая соединялась с Юпитером на небе. Именно поэтому открытие Нептуна Галилею не присвоили.
В декабре 1612 г. во время первого наблюдения Нептун находится в точке стояния, а в день наблюдения он перешел к попятному движению. Попятное движение прослеживается, когда наша планета обгоняет внешнюю планету по своей оси. Поскольку Нептун находился вблизи точки стояния, его движение было слишком слабым, и Галилей не смог его увидеть с помощью своего маленького телескопа.
Алексис Бувард в 1821 году продемонстрировал астрономические таблицы орбиты планеты Уран. Позже наблюдения показали сильные отклонения от созданных им таблиц. С учетом этого обстоятельства, ученый предположил, что неизвестное тело своей гравитацией возмущает орбиту Урана. Свои вычисления он отправил королевскому астроному сэру Джорджу Эйри, а тот попросил у Куха разъяснения. Он уже начал набрасывать ответ, но по каким-то причинам не отправил его и не стал настаивать над работой по этому вопросу.
В 1845-1846 годы Урбен Леверье независимо от Адамса быстро провел свои расчеты, но соотечественники его энтузиазма не разделяли. Ознакомившись с первой оценкой Леверье долготы Нептуна и ее схожести с оценкой Адамс, Эйри удалось убедить Джеймса Чайлза, директора Кембриджской обсерватории, начать поиски, которые продолжались с августа по сентябрь. Дважды Чайлз на деле наблюдал Нептун, но в результате того, что он отложил обработку результатов на более поздний срок, у него не вышло своевременно идентифицировать планету.
В это время Леверье убедил астронома Иоганна Готтфрида Галле, работающего в Берлинской обсерватории, заняться поисками. Студент обсерватории Гейнрих д’Арре предложил Галле сравнить нарисованную карту неба в районе предсказанного Леверье местоположения с видом неба на данный момент, чтобы наблюдать передвижение планеты относительно неподвижных звезд. В первую же ночь планета была обнаружена приблизительно после 1 часа поиска. Иоганном Энке, совместно с директором обсерватории, в течение 2 ночей продолжали наблюдение того участка неба, где располагалась планета, в результате чего они обнаружили ее передвижение относительно звезд и смогли удостовериться, что это на самом деле новая планета. 23 сентября 1846 года Нептун был обнаружен. Он находится в пределах 1° от координат Леверье и приблизительно в 12° от координат, которые были предсказаны Адамсом.
Сразу после открытия последовал спор между французами и англичанами за право считать открытие планеты своим. В результате они пришли к консенсусу и приняли решение считать Леверье и Адамса сооткрывателями. В 1998 году в очередной раз найдены «бумаги Нептуна», которые были присвоены астроному Олину Дж. Эггену незаконно и хранились у него на протяжении тридцати лет. После его смерти они были найдены в его владении. Некоторые историки после пересмотра документов полагают, что Адамс не заслуживает равных с Леверье прав на открытие планеты. В принципе это подвергалось сомнению и раньше, например, еще с 1966 года Деннисом Роулинсом. В журнале «Dio» он опубликовал статью с требованием признать равноправие Адамса на открытие воровством. «Да, Адамс сделал определенные вычисления, но он был несколько не уверен в том, где располагается Нептун», – заявил Николас Коллеструм в 2003 году.
Происхождение названия Нептун
Определенное время после открытия планета Нептун обозначалось как «планета Леверье» или как «внешняя от Урана планета». Первым идею об официальном наименовании выдвинул Галле, предложивший название «Янус». Чайлз в Англии предложил название «Океан».
Леверье, утверждая, что имеет право дать наименование, предложил назвать ее Нептуном, ошибочно полагая, что это название признано французским бюро долгот. Ученый попытался назвать планету в октябре по своему имени «Леверье» и был поддержан директором обсерватории, но эта инициатива натолкнулась на сопротивления за пределами Франции. Альманахи быстро вернули название Гершель (в честь Уильяма Гершеля, первооткрывателя) для Урана и Леверье для новой планеты.
Но, несмотря на это, Василий Струве, директор Пулковской обсерватории, остановится на названии «Нептун». О своем решении он заявил на съезде Императорской Академии наук 29 декабря 1846 года, который состоялся в Петербурге. Это название получило поддержку за границами России и очень скоро стало принятым международным наименованием планеты.
Физические характеристики
Нептун имеет массу в 1,0243×1026 кг и выступает промежуточным звеном между большими газовыми гигантами и Землей. Его вес в семнадцать раз больше Земли и 1/19 от массы Юпитера. Что касается экваториального радиуса Нептуна, то он отвечает 24 764 км, что практически в четыре раза больше земного. Уран и Нептун часто относят к подклассу газовых гигантов («ледяные гиганты») из-за их большой концентрации летучих веществ и меньшего размера.
Внутреннее строение
Сразу стоит отметить то, что внутреннее строение планеты Нептун схоже со строением Урана. Атмосфера приблизительно составляет 10-20% от всей массы планеты, расстояние от поверхности до атмосферы – 10-20% расстояния от поверхности планеты до ядра. Давление вблизи ядра может составлять 10 Гпа. Концентрации аммиака, метана и воды обнаружены в нижних слоях атмосферы.
Эта более горячая и темная область постепенно уплотняется в перегретую жидкую мантию, температура которой достигает 2000 – 5000 К. Вес мантии планеты превышает Земную в десять - пятнадцать раз по различным оценкам, она богата аммиаком, водой, метаном и другими соединениями. Эту материю, по общепринятой терминологии, называют ледяной, даже несмотря на то, что это плотная и очень горячая жидкость. Эту жидкость, имеющую высокую электропроводность, нередко называют океаном водного аммиака. Метан на глубине 7 тыс. км разлагается на алмазные кристаллы, «падающие» на ядро. Ученые выдвинули гипотезу, что есть целый океан «алмазной жидкости». Ядро планеты состоит из никеля, железа и силикатов и весит в 1,2 раза больше нашей планеты. В центре давление достигает 7 мегабар, что по сравнению с Землей в миллионы раз больше. В центре температура достигает 5400 К.
Атмосфера Нептуна
Учеными были обнаружены гелий и водопад в верхних слоях атмосферы. На этой высоте они составляют 19% и 80%. Помимо этого, прослеживаются следы метана. Полосы поглощения метана прослеживаются на длинах волн, превышающих 600 нм в инфракрасной и красной части спектра. Как и в ситуации с Ураном, поглощение метаном красного света является ключевым фактором, придающим синий оттенок Нептуну, хотя яркая лазурь отличается от умеренного аквамаринового цвета Урана. Поскольку процент метана в атмосфере не сильно различается от такового в атмосфере Урана, ученые предполагают, что присутствует какой-то неизвестный компонент атмосферы, который способствует формированию синего цвета. Атмосфера делится на две основные области, а именно – более низкая тропосфера, в которой наблюдается снижение температуры с высотой, и стратосфера, где прослеживается другая закономерность – температура увеличивается с высотой. Граница тропопаузы (находится между ними) располагается на уровне давления в 0,1 баров. На уровне давления ниже 10-4 – 10-5 микробаров стратосфера сменяется термосферой. Постепенно термосфера переходит в экзосферу. Модели тропосферы позволяют полагать, что с учетом высоты она состоит из облаков приблизительных составов. В зоне давления ниже 1 бара находятся облака верхнего уровня, где температура располагает к конденсации метана.
Облака сероводорода и аммиака формируются при давлении между 1 и 5 барами. При большем давлении облака могут состоять из сульфида аммония, аммиака, воды и сероводорода. Глубже, при давлении примерно в 50 бар, могут формироваться облака из водяного льда, в случае температуры в 0 °C. Ученые предполагают, что в этой зоне могут находиться облака из сероводорода и аммиака. Помимо этого, не исключено, что в этой зоне могут быть найдены облака из сероводорода и аммиака.
Для такой невысокой температуры Нептун находится слишком далеко от Солнца, чтобы оно разогрело термосферу УФ-радиацией. Не исключено, что это явление – следствие атмосферного взаимодействия с ионами, находящимися в магнитном поле планеты. Другая теория говорит, что основным механизмом разогревания выступают волны гравитации из внутренних областей Нептуна, которые впоследствии рассеиваются в атмосфере. Термосфера включает следы угарного газа и воды, попавшей туда из внешних источников (пыль и метеориты).
Климат Нептуна
Оно из различий между Ураном и Нептуном – уровень метеорологической активности. Пролетевший вблизи урана «Вояджер-2» в 1986 году зафиксировал слабую активность атмосферы. Нептун, в противоположность Урану, демонстрировал явные погодные перемены при выполнении съемки в 1989 году.
Погода на планете отличается серьезной динамической системой штормов. Причем скорость ветра порой может достигать около 600 м/с (сверхзвуковая скорость). В ходе отслеживания движения облаков было замечено изменение скорости ветра. В восточном направлении от 20 м/с; на западном – к 325 м/с. Что касается верхнего облачного слоя, то здесь скорость ветров также варьируется: вдоль экватора от 400 м/с; на полюсах – до 250 м/с. При этом большинство ветров дают направление, которое обратно вращению Нептуна вокруг оси. Схема ветров показывает, что их направление на высоких широтах совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах полностью противоположно ему. Разница в направлении ветров, как полагают ученые, следствие «скрин-эффекта» и не связана с глубинными атмосферными процессами. Содержание в атмосфере этана, метана и ацетилена в области экватора в десятки, а то и сотни раз превышает содержание данных веществ в области полюсов. Такое наблюдение дает повод полагать, что на экваторе Нептуна и ближе к полюсам существует апвеллинг. В 2007 году учеными было замечено, что верхний шар тропосферы южного полюса планеты был на 10 °C теплее по сравнению с другой частью Нептуна, где в среднем температура составляет −200 °C. Причем такой разницы вполне достаточно, чтобы метан в остальных областях верхней части атмосферы находился в замороженном виде, постепенно просачивался в космос на южном полюсе.
По причине сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии планеты увеличивались в альбедо и размере. Такая тенденция прослеживалась еще в 1980 году, по мнению специалистов, она продлится до 2020 года с наступлением на планете нового сезона, которые меняются каждые сорок лет.
Спутники Нептуна
На текущий момент у Нептуна известно тринадцать спутников. Самый крупный из них весит больше 99,5% от общей массы всех спутников планеты. Это Тритон, который был открыт Уильямом Ласселом через семнадцать дней после открытия самой планеты. Тритон, в отличие от других крупных спутников в нашей Солнечной системе, обладает ретроградной орбитой. Не исключено, что его захватила гравитация Нептуна, и, возможно, в прошлом он был карликовой планетой. Он находится на небольшом расстоянии от Нептуна, чтобы являться зафиксированным в синхронном вращении. Тритон из-за приливного ускорения медленно двигается по спирали к планете и в результате при достижении предела Роша будет разрушен. Как следствие, образуется кольцо, которое будет более мощным, чем кольца Сатурна. Предполагается, что это произойдет через промежуток от 10 до 100 миллионов лет.
Тритон – один из 3 спутников, имеющих атмосферу (наряду с Титаном и Ио). Указывается на возможность существования жидкого океана под ледяной корой Тритона, подобного океану Европы.
Следующим по открытию спутником Нептуна была Нереида. Она отличается неправильной формой и входит в число самых высоких эксцентриситетов орбиты.
В период с июля по сентябрь 1989 года удалось обнаружить еще шесть новых спутников. Среди них стоит отметить Протей, имеющий неправильную форму и высокую плотность.
Четыре внутренних спутника – Таласса, Наяда, Галатея и Деспина. Их орбиты настолько близки к планете, что находятся в пределах ее колец. Ларисса, следующая за ними, была впервые открыта в 1981 году.
В период между 2002 и 2003 годом удалось открыть еще пять спутников Нептуна, имеющих неправильную форму. Так как Нептун считался римским богом морей, его спутники были названы в честь других морских существ.
Наблюдение за Нептуном
Ни для кого не секрет, что Нептун не виден с Земли невооруженным глазом. Карликовая планета Церера, Галилеевы спутники Юпитера и астероиды 2 Паллада, 4 Веста, 3 Юнона, 7 Ирида и 6 Геба видны ярче на небе. Чтобы наблюдать за планетой, нужен телескоп, имеющий увеличение от 200х и диаметром не меньше 200-250 мм. В таком случае можно увидеть планету как небольшой голубоватый диск, напоминающий Уран.
Каждые 367 дней для земного наблюдателя планета Нептун вступает в кажущееся ретроградное движение, образует определенные воображаемые петли на фоне остальных звезд в период каждого противостояния.
Наблюдение за планетой в диапазоне радиоволн показывает, что Нептун является источником нерегулярных вспышек и непрерывного излучения. Оба явления объясняют вращающимся магнитным полем. В инфракрасной части спектра хорошо прослеживаются штормы Нептуна. Можно установить их размер и форму, а также точно отследить их передвижение.
В 2016 году НАСА собирается запустить к Нептуну КА «Нептун Орбитер». На сегодняшний день никаких точных дат старта официально не называют, в план исследования Солнечной системы не входит этот аппарат.
На самой окраине Солнечной системы расположилась планета синего цвета — Нептун. До недавнего времени эта планета имела восьмой порядковый номер в планетарном ряду, замыкая группу планет газовых гигантов. Сегодня, когда Плутон был переведен в разряд карликовых планет, Нептун оказался последней из известных планет Солнечной системы. Что представляет собой этот далекий мир? Какова из себя последняя планета системы нашей звезды?
Солнце, находясь на расстоянии 4,5 млрд км от планеты, выглядит яркой крупной звездой
История открытия восьмой планеты
В 1846 году в истории астрономии произошло знаменательное событие. Впервые крупный небесный объект был открыт не в результате визуального наблюдения за небесной сферой. Планету удалось обнаружить путем математических расчетов, которые позволили вычислить месторасположение объекта. На подобные действия ученых толкнуло необычное поведение Урана, седьмой планеты Солнечной системы. Еще в 1781 году астрономы, наблюдая за третьим газовым гигантом, обнаружили периодические колебания орбитального пути Урана, которые свидетельствовали о том, что на планету оказывают воздействие сторонние гравитационные силы. Этот факт давал повод предполагать, что за орбитой Урана существует какое-то крупное небесное тело.
Ввиду близкого соседства Урана и Нептуна(расстояние между объектами составляет 10, 876 а.е.) планеты тесно взаимодействуют друг с другом, оказывая влияние на орбитальные параметры друг друга
Однако первые предположения долгое время оставались лишь гипотезами, пока в 1845-46 годах английский астроном и математик Джон Коуч Адамс не сел за математические расчеты. Несмотря на то, что его научный труд, доказывавший существование еще одной планеты, не вызвал ажиотаж в научном сообществе, усилия Адамса не пропали даром. Буквально через год, француз Лаверье в аналогичной работе подтвердил правильность вычислений Адамса, добавив доказательств в пользу существования новой планеты. Только после того, как были получены два независимых друг от друга расчета, научное сообщество принялось лихорадочно искать в ночном небе таинственный объект на определенном расчетами участке Солнечной системы. Поставить точку в этом вопросе удалось немцу Иоганну Галле, который уже 23 сентября 1846 года действительно обнаружил на окраинах Солнечной системы новую планету.
С названием особых сложностей не возникало. Планетарный диск при наблюдении в телескоп имел отчетливый синий оттенок. Это и дало повод присвоить новой планете название в честь Нептуна, древнеримского бога морей. Таким образом, вслед за Юпитером, Сатурном и Ураном небесный свод пополнился еще одним богом. Заслуга в этом принадлежит директору Пулковской обсерватории Василию Струве, первым предложившему такое название.
Схема расстояний: Нептун — Земля и Нептун – Солнце. Для обозначения столь огромных расстояний в астрофизике принято оперировать астрономическими единицами – А.Е.
Обнаруженное небесное тело оказалось довольно крупных размеров, которое действительно могло оказывать влияние на положение Урана на орбите. Вновь открытая планета расположилась на задворках Солнечной системы, на расстоянии в 4,5 млрд. километров от Солнца . Нашу Землю от восьмой планеты отделяет ничуть не меньшее расстояние — 4,3 млрд. километров.
Астрофизические параметры восьмой планеты
Находясь на таком огромном расстоянии, Нептун едва заметен в оптические приборы. Это объясняется тем, что планета еле ползет по небесному своду и ее легко спутать с тускло мерцающей звездочкой. Орбитальный путь морского бога занимает 60 тыс. лет. Другими словами, когда Нептун снова вернется в то место, где был обнаружен в 1846 году, на Земле пройдет 60 тыс. лет.
Расположение планет Солнечной системы по порядку. За четырьмя планетами земной группы следует четыре планеты-газовых гиганта, ряд которых замыкает Нептун.
Астрофизические параметры орбиты восьмой планеты были вычислены еще на раннем этапе. Было установлено, что Нептун имеет следующие орбитальные характеристики:
- в перигелии планета находится от Солнца на расстоянии 4 452 940 833 км;
- в афелии Нептун приближается к главному светилу на расстояние 4 553 946 490 км;
- эксцентриситет орбиты составляет всего 0,011214269;
- Нептун движется по орбите со скоростью 5,43 км/с;
- нептуновские сутки длятся 15 часов и 8 минут;
- осевой наклон Нептуна составляет 28,32°.
Из приведенных данных видно, что планета довольно вальяжно ведет себя в космосе, если не считать высокую скорость, с которой Нептун вращается вокруг собственной оси. Угол наклона объекта по отношению к плоскости эклиптики позволяет Солнцу равномерно освещать поверхность этого далекого и холодного мира. Такое положение объекта обеспечивает смену сезонов, длительность которых составляет около 40 лет.
Что касается физических параметров, то точные данные были получены только в конце XX века. Нептун оказался четвертой по размеру планетой Солнечной системы, уступая своим старшим братьям Юпитеру , Сатурну и Урану. Диаметр этого далекого объекта составляет 49244 км. Характерно, что расхождения между полярным и экваториальным сжатием у Нептуна незначительны. Планета представляет собой практически идеальный шар, который почти в 4 раз больше по размерам нашей планеты. Масса Нептуна составляет 1,0243·10²⁶ кг. Это меньше чем у Юпитера и Сатурна, зато в 17 раз больше массы Земли.
Сравнение размеров планеты Нептун с другими планетами Солнечной системы. Уран и Нептун явно выделяются по отношению к размерам газовых гигантов Юпитера и Сатурна.
Вычисления, полученные уже в позднее время с борта космического зонда «Вояджер-2» позволили получить представления о плотности восьмой планеты, которая составляет 1,638 г/см³. Это в три раза меньше аналогичного параметра у Земли. Ввиду этого планета была причислена к категории планет-газовых гигантов. Несмотря на это, ученые считают Нептун планетой переходного типа от планет земной группы к планетарным объектам газообразной и ледяной структуры. Превосходя Землю по массе в 17 раз, Нептун значительно уступает в массе Юпитеру — всего 1/19 от массы самой крупной планеты. Сила тяжести у синей планеты уступает только параметрам Юпитера.
Основные характеристики Нептуна
После длительных наблюдений выявилось, что Нептун не имеет твердой поверхности. Как и у других планет-гигантов, для восьмой планеты характерно отсутствие четкой границы между атмосферой и мнимой поверхностью. Атмосфера Нептуна пребывает в постоянном движении, совершая дифференциальное вращение. В экваториальной зоне период вращения планеты на 5 часов дольше, чем на полюсах. Из-за такой разницы в атмосфере синего гиганта возникает колоссальный воздушный сдвиг, способствующий возникновению сильнейших ветров. На восьмой планете постоянно дуют ветра, скорость которых составляет космических скоростей – 600 с. Резкая смена направлений воздушных потоков является причиной возникновения бурь, большая часть которых по своим масштабам сравнима с размерами Красного пятна Юпитера.
Темное пятно в атмосфере Нептуна. Объект, очень сильно напоминающий по структуре и динамике Красное пятно — район колоссальной бури на Юпитере.
Химический состав атмосферы далекой планеты напоминает по составу структуру звездного вещества. В воздушной оболочке Нептуна преобладает водород, количество которого в зависимости от высоты слоев варьируется в пределах 50-80%. Остальная часть воздушного поверхностного слоя — гелий 19%, чуть менее 1,5% приходится на метан. Синяя расцветка космического бога объясняется присутствием в атмосфере метана, который в спектральном диапазоне полностью поглощает волны красного цвета. В отличие от Урана , который выглядит бледным пятном в объективе телескопа, Нептун имеет насыщенный синий цвет. Это наводит ученых на мысль о присутствии в атмосфере планеты помимо метана и других компонентов, влияющих на спектр цветового диапазона. Это могут быть аэрозоли, представленные в виде кристалликов аммиака и водяного льда.
Точная глубина атмосферного слоя пока неизвестна. Имеется информация о наличии двух слоев — тропосферы и стратосферы. Благодаря данным, полученным с борта «Вояджера-2», удалось вычислить атмосферное давление в тропопаузе, которое составляет всего 0,1 бар. Что касается температурного баланса, то ввиду огромной удаленности от Солнца, на Нептуне царит царство холода. Температуры достигают отметки 200 °С со знаком минус. Загадкой для ученых является высокая температура, отмеченная в термосфере. В этой области отмечен значительный скачок температуры, которая достигает значений в 476 градусов Цельсия со знаком плюс.
Атмосфера Нептуна на 80% состоит из водорода (H₂). Гелия в воздушной оболочке планеты 15%. По своему химическому составу газовый гигант напоминает звезду в начальной стадии формирования.
Наличие высокой температуры в термосфере планеты свидетельствует о присутствии в атмосфере Нептуна процессов ионизации. По другой версии гравитационные силы самой планеты взаимодействуют с атмосферой, порождая в процессе трения кинетическую энергию.
Что касается непосредственно самой планеты, то возможно у Нептуна имеется твердое ядро. Об этом свидетельствует сильное магнитное поле планеты. Вокруг ядра располагается толстый слой мантии, представляющей собой горячую и раскаленную жидкую субстанцию. Предположительно нептуновская мантия состоит из аммиака, метана и воды. Мнимая поверхность планеты — горячий лед. Ввиду последнего фактора планета считается ледяным гигантом, где большая часть газов представлена в замороженном виде.
По своему строению Нептун очень схож на строение других планет газовых гигантов, однако в отличие от Юпитера и Урана, газообразные компоненты представлены замороженным льдом
Последние исследования Нептуна и известные открытия
Огромное расстояние, которое разделяет наши миры, не позволяют проводить интенсивные и детальные исследования Нептуна. Солнечному свету требуется четыре часа, чтобы коснуться поверхности атмосферы восьмой планеты. На данный момент только один космический аппарат, запущенный с Земли , сумел достичь окрестностей Нептуна. Это произошло в 1989 году, спустя 12 лет после космического старта «Вояджера-2». С открытием Нептуна размеры Солнечной системы увеличились почти в два раза. Еще в момент открытия планеты удалось обнаружить ее крупнейший спутник, получивший мрачное название Тритон. Этот спутник имеет сферическую планетарную форму. Впоследствии удалось выявить еще 12 лун, которые имеют неправильную форму.
У Нептуна имеется 13 естественных спутников. Самые крупные из них — Тритон, Нереида, Протей и Таласса.
После полета «Вояджера» стало ясно, что Тритон является самым холодным местом в Солнечной системе. На поверхности спутника была зафиксирована температура -235⁰ С.
Ученые допускают, что эти объекты были захвачены планетой-гигантом из пояса Койпера. Аналогична и природа колец Нептуна. На сегодняшний день удалось обнаружить три главных кольца планеты: кольца Адамса, Лаверье и Галле.
Последующие изучения самой далекой планеты Солнечной системы были связаны с полетом АМС «Нептун Орбитер». Запуск планировалось осуществить в 2016 году, однако старт зонда пришлось отложить. Предположительно сейчас ведутся работы для расширения задач для будущих исследований, которые будут включать в себя работу зонда в окраинных областях Солнечной системы.
