Нептун

Нептун – восьма за віддаллю від Сонця і четверта за розміром планета Сонячної системи, що належить до планет-гігантів. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона в деяких місцях. Також орбіту Нептуна перетинає комета Галілея.

Деякі параметри планети

Нептун рухається навколо Сонця по еліптичній, близькій до кругової (ексцентриситет 0,009), орбіті; його середня відстань від Сонця у 30,058 разів більша, ніж у Землі, що складає приблизно 4497 млн. км. Це значить, що світло від Сонця доходить до Нептуна трохи більше, ніж за 4 години. Тривалість року, тобто час одного повного оберту навколо Сонця — 164,8 земних років. Екваторіальний діаметр планети 49500 км, що майже в чотири рази переверщує діаметр Землі, причому власне обертання настільки швидке, що доба на Нептуні триває всього 15,8 години. Хоча середня густина Нептуна, яка дорівнює всього 1,66 г/см3, майже втроє менша земної, його маса через великі розміри планети в 17,23 рази більша, ніж у Землі. Нептун виглядає на небі як зірка 7,8 зоряної величини; при сильному збільшенні він має вигляд зеленуватого диска, позбавленого яких-небудь деталей.

Нептун і Земля в порівнянні

Нептун має магнітне поле, напруженість якого на полюсах приблизно вдвічі більша, ніж на Землі.

Ефективна температура поверхневих областей планети складає близько 38 К. В центрі ядра Нептуна температура досягає 7000 К при тиску 7-8 мегабар.

Нептун (червона дуга) завершує одну революцію навколо Сонця для кожного 164.79 орбтів Землі. Блакитний об'єкт - планета Уран.

Хімічний склад, фізичні умови і будова

Нептун має хімічний склад елементів, мабуть, подібний до Урану: різноманітні "льоди" або затверділі гази, які містять біля 15% водню і невеличку кількість гелію. Як і Уран, і на відміну від Юпітера із Сатурном, Нептун, можливо, не має чіткого внутрішнього розшарування. Але найбільш вірогідно, що у нього є невеличке тверде ядро (рівне по масі Землі). Атмосфера Нептуна — це, здебільшого, водень і гелій з невеличкою домішкою метану: синій колір Нептуна є результатом поглинання червоного світла в атмосфері цим газом, як на Урані. В атмосфері Нептуна були виявлені явища, схожі з земними полярними сяйвами.

Подібно типовій газовій планеті, Нептун відомий великими бурями і вихорами, швидкими вітрами, що дують на обмежених смугах, рівнобіжним екватору. На Нептуні найшвидші в Сонячній системі вітри, вони розганяються до 1000 км/год. Вітри дують на Нептуні в західному напрямку, проти обертання планети. Треба зауважити, що в планет-гігантів швидкість потоків і плинів у їхніх атмосферах збільшується з відстанню від Сонця. Ця закономірність не має поки ніякого пояснення. На знімках можна побачити хмари в атмосфері Нептуна. Подібно Юпітеру і Сатурну, Нептун має внутрішнє джерело тепла — він випромінює більш ніж у два з половиною рази більше енергії, ніж одержує від Сонця. Таке інтенсивне випромінювання інфрачервоних променів свідчить про інтенсивне нагрівання, спричинене гравітаційним стисненням планети.

Атмосфера Нептуна складається в основному з водню (80%), гелію (19%) і метану (1%). Саме спектральні характеристики розсіяння метану визначають характерний блакитний із зеленим відтінком колір планети, що гармоніює з її назвою. Завдяки нахилу осі обертання планети до площини екліптики в 28° на Нептунові існує зміна пір року (період обертання планети навколо Сонця - 165 років, так що тривалість кожного сезону - більше 41 року), яку можна розглянути за допомогою орбітального телескопа "Хаббл".

Незважаючи на те що Нептун знаходиться далеко від Сонця, він має дуже активну атмосферу, в якій бушують щонайпотужніші урагани. Нептун має внутрішнє джерело тепла [планета випромінює в простір в 2,6 разу більше тепла, ніж отримує від Сонця), природа якого доки не ясна (це може бути радіоактивний розпад, гравітаційне розігрівання і тому подібне), і завдяки цій енергії швидкість вітру в атмосфері може досягати величезних значень.

Велика Темна Пляма

Після прольоту "Вояджера-2" у 1989 році повз планету, найбільш відомою деталлю на Нептуні стала Велика Темна Пляма в південній півкулі. Вона вдвічі менша за Велику Червону Пляму Юпітера (тобто в діаметрі приблизно рівня Землі). Вітри Нептуна несли Велику Темну Пляму на захід зі швидкістю 300 метрів за секунду. "Вояджер-2" також побачив меншу темну пляму в південній півкулі і невеличку непостійну білу хмару. Вона могла бути потоком, що відходить від нижніх прошарків атмосфери до верхніх, але справжня природа його залишається поки таємницею.

Цікаво, що спостереження в 1994 році показали, що Велика Темна Пляма зникла. Вона або просто розсіялася, або до певного часу її закрили інші частини атмосфери. Через декілька місяців було виявлено нову темну Пляму в північній півкулі Нептуна. Це вказує на те, що атмосфера Нептуна змінюється швидко, можливо через легкі зміни в температурах верхніх і нижніх хмар.

Кільця Нептуна

Нептун також має кільця — два широких і два вузьких. Вони були відкриті при затемненні Нептуном однієї з зірок у 1981 році. Спостереження з Землі дозволили побачити тільки слабкі дуги замість повних кілець, але фотографії "Вояджера-2" в серпні 1989-го року показали їх повністю. Одне з кілець має складну викривлену структуру. Подібно Урановим і Юпітеровим, кільця Нептуна дуже темні і будова їх невідома. Але це не перешкоджало дати їм імена: саме крайнє - Адамс (яке містить три дуги, що виділяються, які чомусь охрестили Свободою, Рівністю і Братерством), потім - безіменне кільце, що збігається з орбітою супутника Нептуна Галатеї, слідом - Левер'є (чиї зовнішні розширення названі Ласель і Араго), і, нарешті, слабке, але широке кільце Галі. Як очевидно, назви кілець увічнили тих, хто приклав руку до відкриття Нептуна.

Магнітосфера

Магнітне поле Нептуна, як і поле Урану, орієнтоване дивно і, мабуть, створюється прямуваннями провідної речовини (можливо, води), розташованої в середніх прошарках планети, вище ядра. Магнітна вісь нахилена на 47 градусів до осі обертання, крім того, вісь симетрії магнітного поля Нептуна не проходить через центр планети, а відстає від нього більш ніж на піврадіуса, що дуже схоже на обставини існування магнітного поля навколо Урана. Відповідно, і напруженість поля на поверхні в різних її місцях змінюється від третини до потроєного значення земної. Навіть в якійсь одній точці поверхні поле також мінливе, як і положення й інтенсивність джерела в надрах планети.

Історія відкриття

Після того, як в 1781 Вільям Гершель відкрив Уран і розрахував параметри його орбіти, незабаром виявилися загадкові аномалії в русі цієї планети: він то "відставав" від розрахованого, то "випереджав" його. Орбіта Урана не відповідала закону Ньютона. Це і навело на думку про існування ще однієї планети за Ураном, що могла б своїм гравітаційним тяжінням спотворювати траєкторію прямування 7-ї планети.

В 1832 у звіті Британської Асоціації розвитку науки Дж. Ері, який згодом став королівським астрономом, відзначав, що за 11 років помилка в положенні Урану досягла майже півхвилини дуги. Незабаром після опублікування звіту Ері одержав від Британського астронома-аматора, преподобного доктора Хасея, лист, у якому висувалося припущення, що ці аномалії обумовлені впливом поки ще невідкритої "зауранової" планети. Очевидно, це було першою пропозицією шукати планету. Ері не схвалив ідею Хасея, і пошуки не були розпочаті.

А ще за рік до цього талановитий молодий студент Дж.К.Адамс відзначив у своїх записах: "На початку цього тижня з'явивилася думка зайнятися відразу ж після одержання ступеня дослідженням аномалій у прямуванні Урану, що дотепер не пояснені. Треба знайти, чи можуть вони бути обумовлені впливом невідкритої планети і, якщо можливо, визначити хоча б приблизно елементи її орбіти, що може призвести до її відкриття”.

Адамс одержав можливість приступити до розв'язання цієї задачі тільки через два роки, і до жовтня 1843 попередні обчислення були закінчені. Адамс вирішив показати їх Ері, проте зустрітися з королівським астрономом йому не вдалося. Адамсу залишалося лише повернутися в Кембридж, залишивши для Ері результати проведених розрахунків. З незрозумілих причин Ері відреагував на роботу Адамса негативно, ціною чого виявилася втрата Англією пріоритету у відкритті нової планети.

Незалежно від Адамса над проблемою зауранової планети працював у Франції інший вчений, У. Ж. Левер'є. 10 листопада 1845 він представив у Французькій Академії Наук результати свого теоретичного аналізу руху Урана, звернувши увагу на розбіжності між даними спостережень і розрахунків: "Це можна пояснити впливом зовнішнього чинника, що я оціню в другому тракті”. Такі оцінки були проведені в першій половині 1846 і Левер'є виступив з вказівкою, де варто шукати нову планету.

Отримавши другий тракт Левер'є, Ері звернув увагу на дуже близький збіг результатів досліджень Адамса і Левер'є, що стосуються руху гаданої планети, "що збурює” прямування Урана, і навіть підкреслив це на спеціальному засіданні Ради інспекторів Грінвіча. Але він, як і раніше, не поспішав починати пошуки і став клопотатися про них лише в липні 1846 р., зрозумівши, яке обурення може викликати згодом його пасивність.

Тим часом Левер'є 31 серпня 1846 закінчив ще одне дослідження, у якому була отримана остаточна система елементів орбіти шуканої планети і зазначене її місце на небі. Але у Франції, як і в Англії, астрономи все ніяк не приступали до пошуків, і 18 вересня Левер'є звернувся до Й.Галле, асистента Берлінської обсерваторії та 23 вересня разом із студентом Даре розпочав пошуки. Обчислення їх базувалися на результатах спостережень Юпітера, Сатурна і самого Урана. У перший же вечір планета була виявлена, вона знаходилася зовсім близько від гаданого місця. Звістка про відкриття планети "на кінчику пера”, що стала одним з найяскравіших тріумфів небесної механіки, незабаром облетіла весь науковий світ. По сталій традиції планета одержала назву Нептун на честь античного бога.

Близько року між Францією та Англією йшла боротьба за пріоритет відкриття, до якої, як це часто буває, самі герої безпосереднього відношення не мали. Зокрема, між Адамсом і Левер'є встановилося повне порозуміння, і вони залишалися друзями до кінця життя.

Супутники Нептуна

У Нептуна є 8 відомих супутників: 4 маленьких, 3 середніх і 1 великий.

Тритон. Найбільший із супутників Нептуна, відкритий У. Ласелем (о.Мальта, 1846 р.). На небі має 14 зоряну величину. Відстань від Нептуна 394700 км, сидеричний період обертання 5 діб 21 год. 3 хв., діаметр близько 3200 км, що дещо (на 389 км) менше діаметра Місяця, хоча маса його на порядок — в 3,5 рази — менша. Це майже єдиний супутник Сонячної системи, який обертається навколо своєї планети в протилежний бік від обертання самої планети навколо своєї осі. Є версії, що Тритон - захоплена колись Нептуном самостійна планета. Має велику відбивну спроможність (альбедо) — 60-90% (Місяць 12%), бо здебільшого складається з водяного льоду. У Тритона була виявлена незначна газова оболонка, тиск якої на поверхні в 70.000 разів менше земного атмосферного тиску. Походження цієї атмосфери, що повинна була би давно розсіятися, поясненюють частими виверженнями на супутнику, що поповнюють її газами. Коли ж були отримані знімки Тритона, то на крижаний його поверхні дійсно помітили гейзероподібні виверження азоту і темних часток пилу різного розміру. Все це розсіюється в навколишньому просторі. Є припущення, що після захоплення Нептуном супутник був розігрітий припливними силами, і він був навіть рідким перший мільярд років після захоплення. Можливо, у надрах своїх він як і раніше зберіг цей агрегатний стан. Поверхня Тритона нагадує своєю подобою полярних шапок супутники Юпітера: Європу, Ганімед, Іо, а також Аріель Урана.

Вид на Нептун з найбільшого супутника планети - Тритона. Зображений художником з урахуванням даних, отриманих від Voyager - 2. Віддалений від Сонця холодний (температура на поверхні - 235°С) Тритон є геологічно активним світом: гейэеры рідкого аэота викидають киплячий газ вгору на 7-8 км.

Нереїда. Другий за розмірами супутник Нептуна. Середня відстань від Нептуна 6,2 млн. км, діаметр біля 200 км. Нереїда — найдальший від Нептуна супутник із відомих. Вона робить один виток навколо планети за 360 днів. Орбіта Нереїди сильно витягнута, її ексцентриситет складає цілих 0,75. Найбільша відстань від супутника до планети перевищує найменшу в сім разів. Нереїда була відкрита у 1949-му році Койпером (США). Тільки Тритону пощастило також бути відкритим з Землі в системі Нептуна.

Протей. Третій за розміром супутник Нептуна, нічим, крім цього, не примітний.

Природний колір, вид Нептуна з Proteus (угорі), Лариса (внизу праворуч) і Деспіна (зліва) з Космічного Телескопа " Хаббл"

Місії до Нептуна

Лабораторією Реактивного Руху у 1977 році була запущена місія Вояджер-2, що пролетіла повз Нептун у 1989 році. На сьогоднішній день цей апарат є єдиним, що наближався до планети Нептун. Але у 2035 році планується запуск місії Neptune/Triton Orbiter.