Газовый гигант нептун. Таинственный и незнакомый нептун, восьмая планета солнечной системы. Обнаружение и обозначение

Впервые планету Нептун заметил Галилео Галилей в 1612 году. Однако движение небесного тела было слишком медленным, и ученый посчитал его за обычную звезду. Открытие Нептуна как планеты состоялось лишь через два столетия - в 1846 году. Произошло это случайно. Специалисты заметили некоторые странности в движении Урана. Проведя серию расчётов, стало очевидно, что такие отклонения в траектории возможны только под действием притяжения соседних крупных небесных тел. Так начала свою космическую историю планета Нептун, о которой были открыты человечеству.

"Морской бог" в космическом пространстве

Благодаря удивительно синему цвету эту планету назвали именем древнеримского повелителя морей и океанов – Нептун. Космическое тело является восьмой в нашей Галактике, оно дальше других планет расположено от Солнца.

Нептун сопровождает множество спутников. Но выделяют всего два основных – Тритон и Нереида. Первый как главный спутник имеет свои отличительные особенности:

• Тритон – спутник-гигант, в прошлом – самостоятельная планета;
• диаметр составляет 2 700 км;
• является единственным внутренним спутником с обратным ходом, т.е. движется не против часовой стрелки, а по ней;
• находится относительно близко к своей планете – всего в 335 000 км;
• имеет свою атмосферу и облака, состоящие из метана и азота;
• поверхность окутана замёрзшими газами, в основном, азотом;
• на поверхности бьют азотные фонтаны, высота которых достигает 10 км.

Астрономы предполагают, что через 3,6 млрд. лет Тритон исчезнет навсегда. Его погубит гравитационное поле Нептуна, превратив в очередное околопланетное кольцо.

Нереида также имеет неординарные качества:

• отличается неправильной формой;
• является обладательницей сильно вытянутой орбиты;
• диаметр составляет 340 км;
• удалённость от Нептуна равна 6,2 млн. км;
• один оборот по своей орбите проходит за 360 дней.

Существует мнение, что Нереида в прошлом была астероидом, но попав в ловушку притяжения Нептуна, осталась на его орбите.

Исключительные особенности и интересные факты о планете Нептун

Рассмотреть Нептун невооружённым глазом невозможно, но если знать точное нахождение планеты на звёздном небе, то полюбоваться им можно и в мощный бинокль. А вот для полного исследования необходима серьёзная аппаратура. Получение и обработка информации о Нептуне является достаточно сложным процессом. Собранные интересные факты о данной планете позволяют узнать больше:

Исследование Нептуна является трудоёмким процессом. Из-за большой отдалённости от Земли телескопические данные обладают низкой точностью. Изучение планеты стало возможным лишь после появления телескопа «Хабл» и других наземных телескопов.

Кроме тогоНептун, о котором исследовался с помощью космического корабля «Вояджер - 2». Это единственный аппарат, сумевший подобраться ближе всех к этой точке Солнечной системы.

Характеристики планеты:

• Расстояние от Солнца: 4 496,6 млн км
• Диаметр планеты: 49 528 км *
• Сутки на планете: 16ч 06мин **
• Год на планете: 164,8 года ***
• t° на поверхности: °C
• Атмосфера: Состоит из водорода, гелия и метана
• Спутники: 14

* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)

Нептун - это последний из четырех газовых гигантов, принадлежащих солнечной системе. Он находится на восьмом месте по удаленности от солнца. Из-за синего цвета планета получила свое название в честь древнеримского владыки океана - Нептуна. Планета имеет 14 спутников, известных на данный момент, и 6 колец.

Презентация: планета Нептун

Строение планеты

Огромное растояние до Нептуна не позволяет точно установить его внутреннюю структуру. Математическими расчетами было установлено что его диаметр равен 49600 км, он в 4 раза превышает диаметр Земли, по объему в 58 раз, но благодаря низкой плотности (1.6 г/см3) масса всего в 17 раз превышает земную.

Нептун состоит по большей части изо льдов, и относится к группе ледяных гигантов. Согласно проведенным расчетам, центр планеты представляет собой твердое ядро, которое по диаметру в 1.5-2 раза превышает земное. Основу планеты составляет слой метановых, водных и аммиачных льдов. Температура основы колеблется в диапазоне от 2500-5500 градусов Цельсия. Несмотря на столь высокую температуру, лед остается в твердом состоянии, это происходит из-за высокого давления в недрах планеты, оно в миллионы раз превышает земное. Молекулы настолько плотно прижаты друг к другу, что находятся в раздавленом состоянии и разбиты на ионы и электроны.

Атмосфера планеты

Атмосфера Нептуна - внешняя газовая оболочка планеты, толщина ее примерно равна 5000 километров, основной ее состав - водород и гелий. Четко выраженной границы между атмосферой и ледяным слоем нет, плотность постепенно повышается под массой верхних слоев. Ближе к поверхности газы под давлением превращаются в кристаллы, которых становится все больше, а после эти кристаллы полностью преобразуются в ледяную кору. Глубина переходного слоя примерно равна 3000 км

Спутники планеты Нептун

Первый спутник Нептуна был открыт в 1846 году Уильямом Ласселом практически одновременно с планетой и получил имя Тритон. В будущем космический аппарат "Вояджер-2" хорошо изучил этот спутник, получив интересные изображения на которых отчетливо прослеживаются каньоны и ркатеры, озера изо льда и аммиака, а также необычные вулканы-гейзеры. Спутник Тритон отличается от других тем, что еще и имеет обратное движение по направлению орбиты. Это наталкивает ученых на предположения, что Тритон раньше не относился к Нептуну и сформировался вне влияния планеты, возможно, в полосе Кейпера, а потом был "захвачен" гравитацией Нептуна. Другой спутник Нептуна Нереида был открыт гораздо позже в 1949 году, а во время космической миссии к аппарата "Вояджер-2" были обнаружены сразу несколько малых спутников планеты. Этот же аппарат открыл и целую систему слабо освещенных колец Нептуна На данный момент последний из открытых спутников это Псамафа в 2003 году, а всего у планеты 14 известных спутников.

class="part1">

Подробно:

Планета Нептун

Общие сведения о Нептуне

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

После открытия Урана в 1781 году астрономы долго не могли объяснить причины отклонений в движении этой планеты по орбите от тех параметров, которые определялись законами движения планет, открытыми Иоганном Кеплером. Предполагали, что за орбитой Урана может находиться ещё одна крупная планета. Но правильность такого предположения нужно было доказать, для чего необходимо было выполнить сложные расчёты.

Нептун с расстояния 4,4 млн.км.

Нептун. Фото в условных цветах.

Открытие Непту́на

Открытие Непту́на "на кончике пера"

С древних времён люди знали о существовании пяти планет, которые видны невооруженным глазом: Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

И вот талантливый английский математик Джон Кауч Адамс (1819-1892) , только что окончивший колледж Св. Джона в Кембридже, в 1844-1845 годах произвёл расчеты приблизительной массы трансура́новой планеты, элементы её эллиптической орбиты и гелиоцентрическую долготу. Впоследствии Адамс стал профессором астрономии и геометрии Кембриджского университета.

В основу расчётов Адамс положил предположение, что искомая планета должна находиться на расстоянии 38,4 астрономической единицы от Солнца. Такое расстояние Адамсу подсказало так называемое правило Тициуса-Боде, устанавливающее порядок приближенного расчета расстояния планет от Солнца. В дальнейшем мы постараемся рассказать об этом правиле более подробно.

Свои расчёты Адамс представил руководителю Гринвичской обсерватории, но на них не обратили внимания.

Несколькими месяцами позже, независимо от Адамса расчёты произвёл и французский астроном Урбе́н Жан Жозеф Леверье (1811-1877) и представил их в Гринвичскую обсерваторию. Здесь сразу вспомнили о расчетах Адамса, и с 1846 года была развёрнута программа наблюдений в Кембриджской обсерватории, но результатов она не дала.

Летом 1846 года Леверье́ сделал более подробный доклад в Парижской обсерватории, познакомил коллег со своими расчётами, которые были такими же и даже более точными, чем у Адамса. Но французские астрономы, оценив математическое мастерство Леверье́, к проблеме поиска трансура́новой планеты особого интереса не проявили. Это не могло не разочаровать мэтра Леверье́, и он 18 сентября 1846 г. отправил письмо ассистенту Берлинской обсерватории Иоганну Готфриду Галле (1812-1910) , в котором, в частности, писал: «… Потруди́тесь направить телескоп в созвездие Водолея. Вы обнаружите планету девятой звёздной величины в пределах 1° от точки эклиптики с долготой 326°…»

Открытие Непту́на на небе

23 сентября 1846 г., сразу же по получении письма, Иоганн Галле и его ассистент, студент-старшекурсник Генрих д’Арре направили телескоп в созвездие Водолея и обнаружили новую, восьмую планету почти точно в том месте, на которое указал Леверье́.

Парижская академия наук заявила вскоре, что новую планету "на кончике пера" открыл Урбен Леверье́. Англичане пытались протестовать и требовали признать первооткрывателем планеты Джона Адамса.

Кому же был отдан приоритет открытия - Англии или Франции? Приоритет открытия был признан за … Германией. В современных энциклопедических справочниках указано, что планету Нептун открыл в 1846 году Иоганн Галле по теоретическим предсказаниям У.Ж. Леверье и Дж.К. Адамса.

Нам кажется, что европейская наука поступила в этом вопросе справедливо по отношению ко всем троим учёным: Галле, Леверье́ и Адамсу. В истории науки осталось также и имя Генриха д’Арре, который тогда был ассистентом Иоганна Галле. Хотя, конечно, работа Галле и его ассистента по объёму и напряженности была значительно меньше той, которую проделали Адамс и Леверье́, выполнив сложные математические расчеты, за которые не взялись многие учёные-математики того времени, считая задачу неразрешимой.

Открытую планету назвали Нептуном по имени древнеримского бога морей (у древних греков на "должности" бога морей числился Посейдон). Имя Непту́на было выбрано, конечно, по традиции, но оказалось достаточно удачным в том смысле, что поверхность планеты цветом напоминает синее море, где хозяйничает Нептун. Кстати говоря, о цвете планеты стало возможным определённо судить лишь спустя почти полтора века после её открытия, когда в августе 1989 года американский космический аппарат , выполнив программу исследований вблизи Юпитера, Сатурна и Урана, пролетел над северным полюсом Непту́на на высоте всего 4500 км и передал на Землю снимки этой планеты. «Вояджер-2» остаётся пока единственным аппаратом, направленным в окрестности Непту́на. Правда, некоторые све́дения внешнего характера о Нептуне получены также с помощью , хотя он и находится на околозе́мной орбите, т.е. в ближайшем космосе.

Планета Нептун вполне могла быть открыта ещё Галилеем, который заметил её, но принял за необычную звезду. С тех пор ещё почти двести лет, до 1846 года, одна из планет-гигантов Солнечной системы пребывала в неизвестности.

Общие сведения о Нептуне

Нептун, восьмая по расстоянию от Солнца планета, удалена от светила примерно на 4,5 миллиарда километров (30 а.е.) (min. 4,456, max. 4,537 млрд. км).

Нептун, как и , относится к группе газообразных планет-гигантов. Диаметр его экватора равен 49528 км, что почти в четыре раза больше земного (12756 км). Период вращения вокруг своей оси – 16 ч. 06 мин. Период обращения вокруг Солнца т.е. продолжительность года на Нептуне составляет почти 165 земных лет. Объём Непту́на в 57,7 раза больше объёма Земли, а масса в 17,1 раза больше земной. Средняя плотность вещества равна 1,64 (г/см³) , что заметно больше, чем на Уране (1,29 (г/см³) ), но значительно меньше, чем на Земле (5,5 (г/см³) ). Сила тяготения на Нептуне почти в полтора раза больше земной.

Со времён глубокой древности и до 1781 года люди считали Сатурн самой далёкой планетой. Открытый в 1781 году Уран "раздвинул" границы Солнечной системы вдвое (от 1,5 млрд. км до 3 млрд. км).

Но через 65 лет (1846 г.) открыли Нептун, и он "раздвинул" границы Солнечной системы ещё в полтора раза, т.е. до 4,5 млрд. км во все стороны от Солнца.

Как мы увидим в дальнейшем, и это не стало пределом для пространства, занимаемого нашей Солнечной системой. Через 84 года после открытия Непту́на, в марте 1930 года, американец Клайд Томбо открыл ещё одну планету – , вращающуюся вокруг Солнца на среднем от него расстоянии около 6 млрд. км.

Правда, Международный Астрономический Союз в 2006 году лишил Плутон "звания" планеты. По мнению учёных, маловат ростом оказался Плутон для такого звания, а потому переведён был в разряд карликов. Но это не меняет суть де́ла - всё равно Плутон как космическое тело входит в состав Солнечной системы. И никто не поручится, что за орбитой Плутона больше нет космических тел, которые могли бы войти в состав Солнечной системы на правах планет. Во всяком случае и за орбитой Плутона пространство наполнено разнообразными космическими объектами, что подтверждается наличием так называемого по́яса Эджворта-Ко́йпера, простирающегося на 30-100 а.е. Об этом поясе мы поговорим чуть позже (см. на "Знания-сила").

Атмосфера и поверхность Непту́на

Атмосфера Нептуна

Рельеф облаков Нептуна

Атмосфера Непту́на состоит в основном из водорода, гелия, метана и аммиака́. Метан поглощает красную часть спектра и пропускает синий и зелёный цвета́. Поэтому цвет поверхности Непту́на кажется зеленовато-голубым.

Состав атмосферы следующий:

Основные компоненты: водород (H 2) 80±3,2 %; гелий (He) 19±3,2 %; метан (CH 4) 1,5±0,5 %.
Компоненты примесей: ацетилен (C 2 H 2) , диацетилен (C 4 H 2) , этилен (C 2 H 4) и этан (C 2 H 6) , а также угарный газ (CO) и молекулярный азот (N 2);
Аэрозоли: аммиачный лёд, водный лед, гидросульфидно-аммониевый (NH 4 SH) лёд, метановый лёд (? - под вопросом).

Температура: на уровне давления 1 bar: 72 K (–201 °C);
на уровне давления 0.1 bar: 55 K (–218 °C).

Начиная с высоты около 50 км от поверхностных слоёв атмосферы и далее до высоты в несколько тысяч километров планету покрывают серебристые перистые облака́, состоящие преимущественно из замерзшего метана (см. фото справа вверху). Среди облаков наблюдаются образования, напоминающие циклонные завихрения атмосферы, подобно тому, как это имеет место на Юпитере. Такие завихрения выглядят в виде пятен и периодически возникают и исчезают.

Атмосфера постепенно переходит в жидкое, а затем и твёрдое тело планеты, как предполагается, состоящее в основном из тех же веществ - водорода, гелия, метана.

Атмосфера Непту́на очень активна: на планете дуют очень сильные ветры. Если ветры на Уране со скоростью до 600 км/ч мы называли ураганными, то как назвать ветры на Нептуне, которые дуют со скоростью 1000 км/ч? Более сильных ветро́в нет ни на одной другой планете Солнечной системы.

Нептун - восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли. Планета была названа в честь римского бога морей.
Обнаруженный 23 сентября 1846 года, Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанного положения. Вскоре был открыт и его спутник Тритон, однако остальные 13 спутников, известные ныне, были неизвестны до XX века. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года.

Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов - Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов». Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия, наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты.

Открытие планеты:
Первооткрыватель	Урбен Леверье, Иоганн Галле, Генрих д’Арре
Место открытия	Берлин
Дата открытия	23 сентября 1846
Способ обнаружения	расчёт
Орбитальные характеристики:
Перигелий	4 452 940 833 км (29,76607095 а. е.)
Афелий	4 553 946 490 км (30,44125206 а. е.)
Большая полуось	4 503 443 661 км (30,10366151 а. е.)
Эксцентриситет орбиты	0,011214269
Сидерический период обращения	60 190,03 дня (164,79 года)
Синодический период обращения	367,49 дня
Орбитальная скорость	5,4349 км/с
Средняя аномалия	267,767281°
Наклонение	1,767975° (6,43° относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла	131,794310°
Аргумент перицентра	265,646853°
Спутники	14
Физические характеристики:
Полярное сжатие	0,0171 ± 0,0013
Экваториальный радиус	24 764 ± 15 км
Полярный радиус	24 341 ± 30 км
Площадь поверхности	7,6408·10 9 км 2
Объём	6,254·10 13 км 3
Масса	1,0243·10 26 кг
Средняя плотность	1,638 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	11,15 м/с 2 (1,14 g)
Вторая космическая скорость	23,5 км/c
Экваториальная скорость вращения	2,68 км/с (9648 км/ч)
Период вращения	0,6653 дня (15 ч 57 мин 59 с)
Наклон оси	28,32°
Прямое восхождение северного полюса	19ч 57м 20с
Склонение северного полюса	42,950°
Альбедо	0,29 (Бонд), 0,41 (геом.)
Видимая звёздная величина	8,0-7,78m
Угловой диаметр	2,2"-2,4"
Температура:
уровень 1 бара	72 К (около -200 °С)
0,1 бара (тропопауза)	55 К
Атмосфера:
Состав:	80±3,2% водород (H 2) 19±3,2% гелий 1,5±0,5% метан примерно 0,019% дейтерид водорода (HD) примерно 0,00015% этан
Льды:	аммиачные, водные, гидросульфидно-аммониевые (NH 4 SH), метановые
ПЛАНЕТА НЕПТУН

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к -220 °C. В центре Нептуна температура составляет по различным оценкам от 5400 K до 7000-7100 °C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году.
12 июля 2011 года исполнился ровно один Нептунианский год - или 164,79 земного года - с момента открытия Нептуна 23 сентября 1846 года.

Физические характеристики:

Обладая массой в 1,0243·10 26 кг Нептун является промежуточным звеном между Землёй и большими газовыми гигантами. Его масса в 17 раз превосходит земную, но составляет лишь 1/19 от массы Юпитера. Экваториальный радиус Нептуна равен 24 764 км, что почти в 4 раза больше земного. Нептун и Уран часто считаются подклассом газовых гигантов, который называют «ледяными гигантами» из-за их меньшего размера и меньшей концентрации летучих веществ.
Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем - 4,55 млрд км (около 30,1 средних расстояний между Солнцем и Землёй, или 30,1 а. е.), и полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 года. Расстояние между Нептуном и Землёй составляет от 4,3 до 4,6 млрд км. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот. С Земли он был виден иначе, чем в день открытия, в результате того, что период обращения Земли вокруг Солнца (365,25 дня) не является кратным периоду обращения Нептуна. Эллиптическая орбита планеты наклонена на 1,77° относительно орбиты Земли. Вследствие наличия эксцентриситета 0,011, расстояние между Нептуном и Солнцем изменяется на 101 млн км - разница между перигелием и афелием, то есть ближайшей и самой отдалённой точками положения планеты вдоль орбитального пути. Осевой наклон Нептуна - 28,32°, что похоже на наклон оси Земли и Марса. В результате этого планета испытывает схожие сезонные изменения. Однако из-за длинного орбитального периода Нептуна сезоны длятся около сорока лет каждый.
Сидерический период вращения для Нептуна равен 16,11 часа. Вследствие осевого наклона, сходного с Земным (23°), изменения в сидерическом периоде вращения в течение его длинного года не являются значимыми. Поскольку Нептун не имеет твёрдой поверхности, его атмосфера подвержена дифференциальному вращению. Широкая экваториальная зона вращается с периодом приблизительно 18 часов, что медленнее, чем 16,1-часовое вращение магнитного поля планеты. В противоположность экватору, полярные области вращаются за 12 часов. Среди всех планет Солнечной системы такой вид вращения наиболее ярко выражен именно у Нептуна. Это приводит к сильному широтному сдвигу ветров.

Нептун оказывает большое влияние на весьма отдалённый от него пояс Койпера. Пояс Койпера - кольцо из ледяных малых планет, подобное поясу астероидов между Марсом и Юпитером, но намного протяжённее. Он располагается в пределах от орбиты Нептуна (30 а. е.) до 55 астрономических единиц от Солнца. Гравитационная сила притяжения Нептуна оказывает наиболее существенное влияние на пояс Койпера (в том числе в плане формирования его структуры), сравнимое по доле с влиянием силы притяжения Юпитера на пояс астероидов. За время существования Солнечной системы некоторые области пояса Койпера были дестабилизированы гравитацией Нептуна, и в структуре пояса образовались промежутки. В качестве примера можно привести область между 40 и 42 а. е.
Орбиты объектов, которые могут удерживаться в этом поясе в течение достаточно долгого времени, определяются т. н. вековыми резонансами с Нептуном. Для некоторых орбит это время сравнимо с временем всего существования Солнечной системы. Эти резонансы появляются, когда период обращения объекта вокруг Солнца соотносится с периодом обращения Нептуна как небольшие натуральные числа, например, 1:2 или 3:4. Таким образом объекты взаимостабилизируют свои орбиты. Если, к примеру, объект будет совершать оборот вокруг Солнца в два раза медленнее Нептуна, то он пройдёт ровно половину пути, тогда как Нептун вернётся в своё начальное положение.
Наиболее плотно населённая часть пояса Койпера, включающая в себя более 200 известных объектов, находится в резонансе 2:3 с Нептуном. Эти объекты совершают один оборот каждые 1 1/2 оборота Нептуна и известны как «плутино», потому что среди них находится один из крупнейших объектов пояса Койпера - Плутон. Хотя орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, резонанс 2:3 не позволит им столкнуться. В других, менее «населённых», областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5.
В своих точках Лагранжа (L4 и L5) - зонах гравитационной стабильности - Нептун удерживает множество астероидов-троянцев, как бы таща их за собой по орбите. Троянцы Нептуна находятся с ним в резонансе 1:1. Троянцы очень устойчивы на своих орбитах, и поэтому гипотеза их захвата гравитационным полем Нептуна сомнительна. Скорее всего, они сформировались вместе с ним.

Внутреннее строение

Внутреннее строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10-20% от общей массы планеты, и расстояние от поверхности до конца атмосферы составляет 10-20% расстояния от поверхности до ядра. Вблизи ядра давление может достигать 10 ГПа. Объёмные концентрации метана, аммиака и воды найдены в нижних слоях атмосферы
Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000-5000 К. Масса мантии Нептуна превышает земную в 10-15 раз, по разным оценкам, и богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями. По общепринятой в планетологии терминологии эту материю называют ледяной, даже при том, что это горячая, очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного аммиака. На глубине 7000 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро. Согласно одной из гипотез, имеется целый океан «алмазной жидкости». Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли. Давление в центре достигает 7 мегабар, то есть примерно в 7 млн раз больше, чем на поверхности Земли. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К.

Атмосфера и климат

В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий, которые составляют соответственно 80 и 19% на данной высоте. Также наблюдаются следы метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном является важнейшим фактором, придающим атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана. Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от такового в атмосфере Урана, предполагается, что существует также некий, пока неизвестный, компонент атмосферы, способствующий образованию синего цвета. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура снижается вместе с высотой, и стратосфера, где температура с высотой, наоборот, увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 бар. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10 -4 - 10 -5 микробар. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что в зависимости от высоты, она состоит из облаков переменных составов. Облака верхнего уровня находятся в зоне давления ниже одного бара, где температура способствует конденсации метана.

Метан на Нептуне Изображение в ложных цветах было сделано космическим аппаратом Вояджер-2 с помощью трех фильтров: синий, зеленый и фильтр, который показывает поглощение света метаном. Таким образом, регионы на изображении, которые имеют ярко белый цвет или красный оттенок содержат большую концентрацию метана. Весь Нептун покрывает вездесущий метановый туман в полупрозрачном слое атмосферы планеты. В центре диска планеты свет проходит сквозь дымку и уходит глубже в атмосферу планеты, в результате чего центр кажется менее красным, а по краям метановый туман рассеивает солнечный свет на большой высоте, в результате формируется ярко красный ореол.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

При давлении между одним и пятью барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 бар облака могут состоять из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды. Глубже, при давлении в приблизительно 50 бар, могут существовать облака из водяного льда, при температуре, равной 0 °C. Также, не исключено, что в данной зоне могут быть найдены облака из аммиака и сероводорода. Высотные облака Нептуна наблюдались по отбрасываемым ими теням на непрозрачный облачный слой ниже уровнем. Среди них выделяются облачные полосы, которые «обёртываются» вокруг планеты на постоянной широте. У данных периферических групп ширина достигает 50-150 км, а сами они находятся на 50-110 км выше основного облачного слоя. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа.

Высотные облачные полосы на Нептуне Изображение получено космическим аппаратом Вояджер-2 за два часа до максимального сближения с Нептуном. Отчетливо видны вертикальные яркие полосы облаков Нептуна. Эти облака наблюдались на широте в 29 градусов к северу вблизи восточного терминатора Нептуна. Облака отбрасывают тени, это означает, что они располагаются выше, чем основной непрозрачный облачный слой. Разрешение изображения 11 км на пиксель. Ширина полос облаков от 50 до 200 км, а отбрасываемые ими тени простираются на 30-50 км. Высота облаков примерно 50 км.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов. По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, данное явление является следствием атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Согласно другой теории, основой механизма разогревания являются волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких как метеориты и пыль.

Одно из различий между Нептуном и Ураном - уровень метеорологической активности. «Вояджер-2», пролетавший вблизи Урана в 1986 году, зафиксировал крайне слабую активность атмосферы. В противоположность Урану, на Нептуне были отмечены заметные перемены погоды во время съёмки с «Вояджера-2» в 1989 году.

Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими почти сверхзвуковых скоростей (около 600 м/с). В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном. В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси. Общая схема ветров показывает, что на высоких широтах направление ветров совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах противоположно ему. Различия в направлении воздушных потоков, как полагают, следствие «скин-эффекта», а не каких-либо глубинных атмосферных процессов. Содержание в атмосфере метана, этана и ацетилена в области экватора превышает в десятки и сотни раз содержание этих веществ в области полюсов. Это наблюдение может считаться свидетельством в пользу существования апвеллинга на экваторе Нептуна и его понижения ближе к полюсам.

В 2006 году было замечено, что верхняя тропосфера южного полюса Нептуна была на 10 °C теплее, чем остальная часть Нептуна, где температура в среднем составляет -200 °C. Такая разница в температуре достаточна, чтобы метан, который в других областях верхней части атмосферы Нептуна находится в замороженном виде, просачивался в космос на южном полюсе. Эта «горячая точка» - следствие осевого наклона Нептуна, южный полюс которого уже четверть нептунианского года, то есть примерно 40 земных лет, обращён к Солнцу. По мере того, как Нептун будет медленно продвигаться по орбите к противоположной стороне Солнца, южный полюс постепенно уйдёт в тень, и Нептун подставит Солнцу северный полюс. Таким образом, высвобождение метана в космос переместится с южного полюса на северный. Из-за сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии Нептуна, как наблюдалось, увеличились в размере и альбедо. Эта тенденция была замечена ещё в 1980 году, и, как ожидается, продлится до 2020 года с наступлением на Нептуне нового сезона. Сезоны меняются каждые 40 лет.

В 1989 году аппаратом НАСА «Вояджер-2» было открыто Большое тёмное пятно, устойчивый шторм-антициклон размерами 13 000 x 6600 км. Этот атмосферный шторм напоминал Большое красное пятно Юпитера, однако 2 ноября 1994 года космический телескоп «Хаббл» не обнаружил его на прежнем месте. Вместо него новое похожее образование было обнаружено в северном полушарии планеты. Скутер - это другой шторм, обнаруженный южнее Большого тёмного пятна. Его название - следствие того, что ещё за несколько месяцев до сближения «Вояджера-2» с Нептуном было ясно, что эта группка облаков перемещалась гораздо быстрее Большого тёмного пятна. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем «скутер», группы облаков.

Большое темное пятно Фотография слева сделана узко угольной камерой Вояджера-2 с помощью зеленого и оранжевого фильтра, с расстояния в 4,4 млн. миль от Нептуна за 4 дня и 20 часов до максимального сближения с планетой. Хорошо видны Большое темное пятно и его меньший компаньон на западе Малое темное пятно. Серия снимков справа показывает изменения Большого темного пятна в течение 4,5 суток во время подлета космического аппарата Вояджер-2, интервал съемки 18 часов. Большое темное пятно находится на широте в 20 градусов к югу и охватывает до 30 градусов по долготе. Верхнее изображении в серии получено на расстоянии в 17 млн. км от планеты, нижнее - 10 млн. км. Серия снимков показала, что шторм изменяется со временем. В частности на западе сначала съемки за БТП тянулся темный шлейф, который затем втянулся в основную область шторма, оставив после себя серию из небольших темных пятен-"бусинок". Большое яркое облако на южной границе БТП является более или менее постоянным спутником образования. Видимое движение небольших облаков на периферии предполагает вращение БТП против часовой стрелки.
ПЛАНЕТА НЕПТУН

Малое тёмное пятно, второй по интенсивности шторм, наблюдавшийся во время сближения «Вояджера-2» с планетой в 1989 году, расположено ещё южнее. Первоначально оно казалось полностью тёмным, но при сближении яркий центр Малого тёмного пятна стал виднее, что можно заметить на большинстве чётких фотографий с высоким разрешением. «Тёмные пятна» Нептуна, как полагают, рождаются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака. Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое, так как они открывают просветы, позволяющие видеть сквозь более темные и глубокие слои облаков.

Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе. Постоянство сопутствующих облаков показывает, что некоторые прежние «тёмные пятна» могут продолжить своё существование как циклон, даже при том что они теряют тёмный окрас. Тёмные пятна могут рассеяться, если они движутся слишком близко к экватору или через некий иной неизвестный пока механизм

Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, - следствие более высокой внутренней температуры. При этом Нептун в полтора раза удалённее от Солнца, чем Уран, и получает лишь 40% от того количества солнечного света, которое получает Уран. Поверхностные же температуры этих двух планет примерно равны. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в -221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает -201,15 °C. Глубже идут газы, однако температура устойчиво повышается. Как и с Ураном, механизм нагрева неизвестен, но несоответствие большое: Уран излучает в 1,1 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла добавляет 161% к энергии, получаемой от Солнца. Хотя Нептун - самая далёкая от Солнца планета, его внутренней энергии оказывается достаточно, чтобы породить самые быстрые ветры в Солнечной системе.

Новое темное пятно Космический телескоп Хаббл обнаружил новое большое темное пятно, расположенное в северном полушарии Нептуна. Наклон Нептуна и его нынешнее положение почти не позволяют сейчас рассмотреть больше подробностей, в итоге пятно на снимке располагается вблизи лимба планеты. Новое пятно копирует подобный шторм на южном полушарии, который был обнаружен Вояджером-2 в 1989 году. В 1994 году снимки с телескопа Хаббл показали, что пятно в южном полушарии исчезло. Как и его предшественник, новый шторм окружен облаками на границе. Эти облака возникают, когда газ из нижних областей поднимается вверх, а затем охлаждается с образованием кристаллов метанового льда.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты (подобно разогреву Земли радиоактивным калием-40), диссоциация метана в другие цепные углеводороды в условиях атмосферы Нептуна, а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению гравитационных волн над тропопаузой.

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.