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.
