Как найти синодический период нептуна

Светило науки – 1618 ответов – 6948 раз оказано помощи

Нептун
Планета
Нептун с «Вояджера-2» (1989)
Открытие
Первооткрыватель	Урбен Жан Жозеф Леверье[1], Джон Куч Адамс[1], Иоганн Готтфрид Галле[1] и Генрих Луи д’Арре
Место открытия	Берлин, Германия
Дата открытия	23 сентября 1846[2]
Способ обнаружения	расчёт
Орбитальные характеристики[3][a]
Перигелий	4 452 940 833 км 29,76607095 а.е.
Афелий	4 553 946 490 км 30,44125206 а.е.
Большая полуось (a)	4 503 443 661 км 30,10366151 а.е.
Эксцентриситет орбиты (e)	0,011214269
Сидерический период обращения	60 190,03[4] дня 164,79 года
Синодический период обращения	367,49 дня[5]
Орбитальная скорость (v)	5,4349 км/с[5] 19 566 км/ч
Средняя аномалия (Mo)	267,767281°
Наклонение (i)	1,767975° 6,43° относительно солнечного экватора
Долгота восходящего узла (Ω)	131,794310°
Аргумент перицентра (ω)	265,646853°
Чей спутник	Солнца
Спутники	14
Физические характеристики
Полярное сжатие	0,0171 ± 0,0013
Экваториальный радиус	24 764 ± 15 км[6][b]
Полярный радиус	24 341 ± 30 км[6][b]
Средний радиус	24 622 ± 19 км[7]
Площадь поверхности (S)	7,6408⋅109 км²[4][b]
Объём (V)	6,254⋅1013 км³[5][b]
Масса (m)	1,0243⋅1026 кг[5] 17,147 земных
Средняя плотность (ρ)	1,638 г/см³[5][b]
Ускорение свободного падения на экваторе (g)	11,15 м/с²[5][b] (1,14 g)
Вторая космическая скорость (v2)	23,5 км/c[5][b]
Экваториальная скорость вращения	2,68 км/с 9648 км/ч
Период вращения (T)	0,6653 дня[8] 15 ч 57 мин 59 с
Наклон оси	28,32°[5]
Прямое восхождение северного полюса (α)	19ч 57м 20с[6]
Склонение северного полюса (δ)	42,950°[6]
Альбедо	0,29 (Бонд) 0,41 (геом.)[5]
Видимая звёздная величина	8,0—7,78[5]
Угловой диаметр	2,2″—2,4″[5]
Температура
	мин. сред. макс.
уровень 1 бара	72 К[5] (около −200 °С)
0,1 бара (тропопауза)	55 К[5]
Атмосфера[5]
Состав: 80±3,2 % водород (H2) 19±3,2 % гелий 1,5±0,5 % метан ~0,019 % дейтерид водорода (HD) ~0,00015 % этан Льды: аммиачные водные гидросульфидно-аммониевые (NH4SH) метановые (?)
Медиафайлы на Викискладе
Информация в Викиданных

Непту́н — восьмая и самая дальняя от Солнца планета Солнечной системы. Его масса превышает массу Земли в 17,2 раза и является третьей среди планет Солнечной системы, а по экваториальному диаметру Нептун занимает четвёртое место, превосходя Землю в 3,9 раза^[9]. Планета названа в честь Нептуна — римского бога морей^[10].

Обнаруженный 23 сентября 1846 года^[11], Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам^[12]. Обнаружение непредсказуемых изменений орбиты Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанной орбиты. Вскоре был открыт его крупнейший спутник Тритон, а в 1949 году — Нереида. Нептун посещался лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи планеты 24—25 августа 1989 года. С его помощью были открыты кольца Нептуна и 6 его спутников^[13]. Остальные известные спутники Нептуна открыты в XXI веке.

Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются от более крупных планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов»^[12]. Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия^[12], наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного и метанового. Недра Нептуна и Урана состоят главным образом изо льдов и камня^[14]. Следы метана во внешних слоях атмосферы являются причиной синего цвета планеты^[15].

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы; по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 600 м/с^[16]. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C^[9][17]. В центре Нептуна температура составляет, по различным оценкам, от 5000 K^[18] до 7000—7100 °C^[19][20], что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная система колец, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году^[21].

12 июля 2011 года исполнился ровно один нептунианский год — или 164,79 земного года — с момента открытия Нептуна^[22][23].

Физические характеристики[править | править код]

Масса Нептуна (1,0243⋅10²⁶ кг)^[5] находится между массой Земли и массой больших газовых гигантов. Экваториальный радиус Нептуна равен 24 764 км^[6], 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 иного состава (меньшей концентрации летучих газов)^[24]. При поиске экзопланет Нептун используется как метоним: обнаруженные экзопланеты со схожей массой часто называют «нептунами»^[25], также часто астрономы используют как метоним «юпитеры»^[25].

Орбита и вращение[править | править код]

Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем — 4,55 млрд км (30,1 а.е.^[10]), и полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 года. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот^[4]. 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. Эксцентриситет орбиты равен 0,011, поэтому расстояние между Нептуном и Солнцем изменяется на 101 млн км^[3]. Осевой наклон Нептуна — 28,32°^[26], что похоже на наклон оси Земли и Марса. В результате этого планета испытывает схожие сезонные изменения. Однако из-за длинного орбитального периода Нептуна времена года длятся около сорока земных лет каждый^[27].

Период вращения Нептуна вокруг своей оси составляет около 16 часов^[4]. У Нептуна сильнее всех планет Солнечной системы выражено дифференциальное вращение. Период обращения на экваторе составляет около 18 часов, а у полюсов — 12 часов. Это приводит к сильному широтному сдвигу ветров^[28]. Магнитное поле планеты делает оборот за 16 часов^[29].

Орбитальные резонансы[править | править код]

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^[30]. Сила притяжения Нептуна оказывает наиболее существенное влияние на пояс Койпера, 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.^[31]

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^[32]. Эти резонансы появляются, когда период обращения объекта вокруг Солнца соотносится с периодом обращения Нептуна как небольшие натуральные числа, например, 1:2 или 3:4. 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^[33]. Эти объекты совершают один оборот каждые 1½ оборота Нептуна и известны как «плутино», потому что среди них находится один из крупнейших объектов пояса Койпера — Плутон^[34].
Хотя орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, резонанс 2:3 не позволит им столкнуться^[35].
В других, менее «населённых», областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5^[36].

В своих точках Лагранжа (L₄ и L₅) — зонах гравитационной стабильности — Нептун удерживает множество астероидов-троянцев. 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^[37].

Внутреннее строение[править | править код]

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. В нижних слоях атмосферы найдено много метана, аммиака и воды^[18].

Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000—5000 К. Масса мантии Нептуна превышает земную, по разным оценкам, в 10—15 раз и богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями^[2]. Планетологи называют эту субстанцию льдом, хотя это горячая и очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного аммиака^[38].
На глубине 7000 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро^[39].
Согласно одной из гипотез, верхняя часть мантии планеты может быть океаном из жидкого углерода с плавающими твёрдыми «алмазами»^[40].

Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли^[14]. Давление в центре достигает 7 Мбар. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К^[18].

Магнитосфера[править | править код]

И своей магнитосферой, и магнитным полем, сильно наклонённым на 47° относительно оси вращения планеты и распространяющимся на 0,55 от её радиуса (приблизительно 13 500 км), Нептун напоминает Уран. До прибытия к Нептуну «Вояджера-2» учёные полагали, что наклонённая магнитосфера Урана была результатом его «бокового вращения». Однако теперь, после сравнения магнитных полей этих двух планет, учёные полагают, что такая странная ориентация магнитосферы в пространстве может быть вызвана приливами во внутренних областях. Такое поле может появиться благодаря конвективным перемещениям жидкости в тонкой сферической прослойке электропроводных жидкостей этих двух планет (предполагаемая комбинация из аммиака, метана и воды)^[41], что приводит в действие гидромагнитное динамо^[42].

Магнитное поле на экваториальной поверхности Нептуна оценивается в 1,42 μT при магнитном моменте 2,16⋅10¹⁷ Tm³. Магнитное поле Нептуна имеет сложную геометрию с относительно большими небиполярными компонентами, включая сильный квадрупольный момент, который по мощности может превышать дипольный. В противоположность этому — у Земли, Юпитера и Сатурна относительно небольшой квадрупольный момент, и их поля менее отклонены от полярной оси^[43].

Головная ударная волна Нептуна, где магнитосфера начинает замедлять солнечный ветер, проходит на расстоянии в 34,9 радиусов планеты. Магнитопауза, где давление магнитосферы уравновешивает солнечный ветер, находится на расстоянии в 23—26,5 радиусов Нептуна. Хвост магнитосферы тянется до расстояния в 72 радиуса Нептуна, а возможно и гораздо дальше^[43].

Атмосфера и климат[править | править код]

Атмосфера[править | править код]

В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий с небольшим количеством 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^[10]. 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 появлению синей окраски^[10].

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^[10]. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10⁻⁴ — 10⁻⁵ микробар. Термосфера постепенно переходит в экзосферу^[44].

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. 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^[41].

Нептун — единственная планета-гигант, на которой видны тени от облаков^[10], отбрасываемые на облачный слой ниже уровнем. Более высокие облака расположены на высоте 50—100 км над основным облачным слоем^[10].

Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен^[18][45]. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа^[45]. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов^[45].

По невыясненным причинам термосфера планеты аномально горячая: около 750 К^[46]. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовым излучением. Возможно, этот нагрев — следствие взаимодействия атмосферы с ионами, движущимися в магнитном поле планеты. Согласно другой версии, 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^[41].

Климат[править | править код]

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^[47].

Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими околозвуковых, для атмосферы планеты, скоростей (около 600 м/с)^[16]. В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном^[49].

В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах^[41]. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси^[50]. 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, являются поверхностным эффектом, а не проявлением каких-то глубинных атмосферных процессов^[45]. Содержание в атмосфере метана, этана и ацетилена в области экватора в десятки и сотни раз выше, чем в области полюсов. Это наблюдение может считаться свидетельством в пользу существования апвеллинга на экваторе Нептуна и опускания газов ближе к полюсам^[45]. В 2007 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^[51]. 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^[52].

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 продлилась до 2020 года с наступлением на Нептуне нового сезона. Сезоны меняются каждые 40 лет^[27].

Штормы[править | править код]

В 1989 году аппаратом НАСА «Вояджер-2» было открыто Большое Тёмное Пятно, устойчивый высокоскоростной шторм-антициклон размерами 13 000 × 6600 км^[47]. 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^[53].

«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 группа облаков перемещалась гораздо быстрее Большого тёмного пятна^[50]. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем «Скутер», группы облаков. 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^[54].

«Тёмные пятна» Нептуна, как полагают, находятся в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака^[55].

Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое. Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру^[28]. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе^[56].

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^[57]. В 2017 году астрономы с помощью телескопа Обсерватории Кека (Гавайские острова) сфотографировали ураган вблизи экватора Нептуна размером ~ 9000 км в поперечнике или около 3/4 от диаметра Земли^[58].

Внутреннее тепло[править | править код]

Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, — следствие более высокой внутренней температуры^[59]. 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^[59]. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в −221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает −201,15 °C^[60]. 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^[61]. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла добавляет 161 % к энергии, получаемой от Солнца^[62].

Хотя Нептун — самая далёкая от Солнца планета, его внутренней энергии оказывается достаточно, чтобы породить самые быстрые ветры в Солнечной системе. Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты (подобно разогреву Земли радиоактивным калием-40)^[59], образование из метана других углеводородов с последующим всплытием выделяющегося водорода^[59][63], а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению гравитационных волн над тропопаузой^[64][65].

Формирование и миграция[править | править код]

Для формирования ледяных гигантов — Нептуна и Урана — оказалось трудно создать точную модель. Современные модели полагают, что плотность материи во внешних регионах Солнечной системы была слишком низкой для формирования таких крупных тел традиционно принятым методом аккреции материи на ядро. Чтобы объяснить эволюцию Урана и Нептуна, было выдвинуто множество гипотез. Одна из них считает, что оба ледяных гиганта не сформировались методом аккреции, а появились из-за нестабильностей внутри изначального протопланетного диска, и позднее их атмосферы были «сдуты» излучением массивной звезды спектрального класса O или B^[66].

Другая концепция заключается в том, что Уран и Нептун сформировались ближе к Солнцу, где плотность материи была выше, и впоследствии переместились на нынешние орбиты^[67]. Эта гипотеза миграции имеет поддержку благодаря способности лучше объяснить населённость малых объектов, наблюдаемых в транснептуновом регионе^[68]. В настоящее время наиболее широко распространено^[69] объяснение этой гипотезы, известное как модель Ниццы, которая исследует влияние мигрирующего Нептуна и других планет-гигантов на структуру пояса Койпера^[69].

Спутники и кольца[править | править код]

У Нептуна известно 14 спутников^[5], причём одному из них принадлежит более 99,5 % их суммарной массы^[c], и лишь он массивен настолько, чтобы стать сфероидальным. Это Тритон, открытый Уильямом Ласселом всего через 17 дней после открытия Нептуна. В отличие от всех остальных крупных спутников планет в Солнечной системе, Тритон обладает ретроградной орбитой. Возможно, он был захвачен гравитацией Нептуна, а не сформировался на месте, и, возможно, когда-то был карликовой планетой в поясе Койпера^[70]. Он достаточно близок к Нептуну, чтобы постоянно находиться в синхронном вращении. Из-за приливного ускорения Тритон медленно двигается по спирали к Нептуну, и, в конечном счёте, будет разрушен при достижении предела Роша^[71], в результате чего образуется кольцо, которое может быть более мощным, чем кольца Сатурна. Согласно расчётам специалистов Центра радиофизики и космоса Корнеллского университета, это произойдёт приблизительно через 3,6 миллиарда либо через 1,4 миллиарда лет, в зависимости от того, в каком из экстремумов Кассини находится гамильтоновское вращение Тритона в текущую эпоху^[71]. В 1989 году была проведена оценка температуры Тритона, которая составила −235 °C (38 К)^[72]. На тот момент это было наименьшее измеренное значение для объектов в Солнечной системе, обладающих геологической активностью^[73]. Тритон — один из трёх спутников планет Солнечной системы, имеющих атмосферу (наряду с Ио и Титаном). Не исключено существование под ледяной корой Тритона жидкого океана, подобного океану Европы^[74].

Второй (по времени открытия) известный спутник Нептуна — Нереида, спутник неправильной формы с одним из самых высоких эксцентриситетов орбиты среди прочих спутников Солнечной системы. Эксцентриситет в 0,7507 даёт ей апоцентр, в 7 раз больший его перицентра^[d][75].

С июля по сентябрь 1989 года «Вояджер-2» обнаружил 6 новых спутников Нептуна^[76]. Среди них примечателен спутник Протей неправильной формы. Он интересен тем, что являет собой пример, насколько крупными могут быть небесные тела, которые несмотря на свои размеры и массу, не стянуты в шар собственной гравитацией^[77]. Второй по массе спутник Нептуна составляет лишь четверть процента от массы Тритона^[77].

Четыре самые внутренние спутника Нептуна — Наяда, Таласса, Деспина и Галатея. Их орбиты так близки к Нептуну, что находятся в пределах его колец. Следующая за ними, Ларисса, была первоначально открыта в 1981 году при покрытии звезды. Сначала покрытие было приписано дугам колец, но когда «Вояджер-2» посетил Нептун в 1989 году, выяснилось, что покрытие было произведено спутником. Между 2002 и 2003 годом было открыто ещё 5 спутников Нептуна неправильной формы, что было опубликовано в 2004 году^[78][79]. 14-й спутник, позже получивший название Гиппокамп, был открыт на снимках телескопа «Хаббл» от 2009 года в 2013 году; его размер оценивают в 16-20 км. Поскольку Нептун был римским богом морей, его спутники называют в честь меньших морских божеств^[80].

Кольца[править | править код]

У Нептуна есть кольцевая система, хотя гораздо менее существенная, чем, к примеру, у Сатурна. Кольца могут состоять из ледяных частиц, покрытых силикатами, или основанным на углероде материалом, — наиболее вероятно, это он придаёт им красноватый оттенок^[81].

В 2022 году с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» были впервые получены чёткие снимки колец Нептуна в ближнем инфракрасном диапазоне (длины волн от 0,6 до 5 мкм). Кроме нескольких узких ярких колец на снимках видны более тусклые пылевые кольца, многие из которых удалось заснять впервые со времени посещения окрестностей Нептуна зондом «Вояджер-2» в 1989 году, поскольку они плохо различимы в диапазоне видимого света^[82][83].

Наблюдения[править | править код]

Нептун не виден невооружённым глазом, так как его звёздная величина находится между +7,7 и +8,0^[5]. Таким образом, Галилеевы спутники Юпитера, карликовая планета Церера и астероиды (4) Веста, (2) Паллада, (7) Ирида, (3) Юнона и (6) Геба ярче него на небе^[84]. Для уверенного наблюдения планеты необходим телескоп c увеличением от 200× и выше и диаметром не менее 200—250 мм^[85]. В этом случае можно увидеть Нептун как небольшой голубоватый диск, похожий на Уран^[86]. В бинокль 7×50 его можно заметить как слабую звезду^[85].

Из-за большой отдалённости Нептуна от Земли его угловой диаметр меняется лишь в пределах 2,2—2,4 угловых секунд^[5][87]. Это наименьшее значение среди планет Солнечной системы, поэтому визуальное наблюдение деталей поверхности Нептуна затруднено. Поэтому телескопических данных о нём было очень мало до появления космического телескопа «Хаббл» и крупных наземных телескопов с адаптивной оптикой. В 1977 году, к примеру, не был достоверно известен даже период вращения Нептуна^[88][89].

Для земного наблюдателя каждые 367 дней Нептун вступает в кажущееся ретроградное движение, таким образом, образуя своеобразные воображаемые петли на фоне звёзд во время каждого противостояния. В апреле и июле 2010 года и в октябре и ноябре 2011 года эти орбитальные петли привели его близко к тем координатам, где он был открыт в 1846 году^[90].

В радиодиапазоне наблюдается непрерывное излучение Нептуна и нерегулярные вспышки. И то и другое объясняют вращающимся магнитным полем планеты^[41]. В инфракрасной части спектра на более холодном фоне чётко видны волнения в глубине атмосферы Нептуна (т. н. «штормы»), порождённое теплом от сжимающегося ядра. Наблюдения позволяют с высокой долей достоверности установить их форму и размер, а также отслеживать их передвижения^[91][92].

История открытия[править | править код]

Согласно зарисовкам, Галилео Галилей наблюдал Нептун 27 и 28 декабря 1612 года, а затем 28 января 1613 года. Однако в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе^[93]. Поэтому Галилей не считается первооткрывателем Нептуна^[93].

Во время первого периода наблюдений в декабре 1612 года Нептун был в точке стояния, как раз в день наблюдений он перешёл к попятному движению. Видимое попятное движение наблюдается, когда Земля обгоняет по своей орбите внешнюю планету. Поскольку Нептун был вблизи точки стояния, движение планеты было слишком слабым, чтобы быть замеченным с помощью маленького телескопа Галилея^[94].

В 1821 году Алексис Бувар опубликовал астрономические таблицы орбиты Урана^[95].

Более поздние наблюдения показали существенные отклонения реального движения Урана от таблиц. В частности, английский астроном Т. Хасси на основе собственных наблюдений обнаружил аномалии в орбите Урана и предположил, что они могут быть вызваны наличием внешней планеты. В 1834 Хасси посетил Бувара в Париже и обсудил с ним вопрос об этих аномалиях. Бувар согласился с гипотезой Хасси и обещал провести расчёты, необходимые для поиска гипотетической планеты, если найдёт время для этого, но в дальнейшем не занимался этой проблемой. В 1843 Джон Куч Адамс вычислил орбиту гипотетической восьмой планеты для объяснения изменения в орбите Урана. Он послал свои вычисления сэру Джорджу Эйри, королевскому астроному, а тот в ответном письме попросил разъяснений. Адамс начал набрасывать ответ, но почему-то так и не отправил его и в дальнейшем не настаивал на серьёзной работе по данному вопросу^[96][97].

Урбен Леверье независимо от Адамса в 1845—1846 годах провёл свои собственные расчёты, но астрономы Парижской обсерватории не разделяли его энтузиазма и проводить поиски предполагаемой планеты не стали. В июне 1846 года, ознакомившись с первой опубликованной Леверье оценкой долготы планеты и убедившись в её схожести с оценкой Адамса, Эйри убедил директора Кембриджской обсерватории Д. Чэллиса начать поиски планеты, которые безуспешно продолжались в течение августа и сентября^[98][99]. Чэллис дважды наблюдал Нептун, но, вследствие того, что он отложил обработку результатов наблюдений на более поздний срок, ему не удалось своевременно идентифицировать искомую планету^[98][100].

Тем временем Леверье удалось убедить астронома Берлинской обсерватории Иоганна Готтфрида Галле заняться поисками планеты. Генрих д’Арре, студент обсерватории, предложил Галле сравнить недавно нарисованную карту неба в районе предсказанного Леверье местоположения с видом неба на текущий момент, чтобы заметить передвижение планеты относительно неподвижных звёзд. Планета была обнаружена в первую же ночь примерно после одного часа поисков. Вместе с директором обсерватории Иоганном Энке в течение двух ночей они продолжили наблюдение участка неба, где находилась планета, в результате чего им удалось обнаружить её передвижение относительно звёзд и убедиться, что это действительно новая планета^[101]. Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года, в пределах 1° от координат, предсказанных Леверье, и примерно в 12° от координат, предсказанных Адамсом.

Вслед за открытием последовал спор между англичанами и французами за право считать открытие Нептуна своим. В конечном счёте консенсус был найден и было принято решение считать Адамса и Леверье сооткрывателями. В 1998 году были вновь найдены так называемые «бумаги Нептуна» (имеющие историческое значение бумаги из Гринвичской обсерватории), которые были незаконно присвоены астрономом Олином Дж. Эггеном, хранились у него в течение почти трёх десятилетий и были найдены в его владении только после его смерти^[102].

После пересмотра документов некоторые историки теперь полагают, что Адамс не заслуживает равных с Леверье прав на открытие Нептуна (что, впрочем, подвергалось сомнениям и ранее: например Деннисом Роулинсом ещё с 1966 года). В 1992 году в статье в журнале «Dio» Д. Роулинс назвал требования британцев признать равноправие Адамса на открытие воровством^[103]. «Адамс проделал некоторые вычисления, но он был немного не уверен в том, где находится Нептун», — сказал Николас Коллеструм из Университетского колледжа Лондона в 2003 году^[104].

Название[править | править код]

Некоторое время после открытия Нептун обозначался просто как «внешняя от Урана планета» или как «планета Леверье». Первым, кто выдвинул идею об официальном наименовании, был Галле, предложивший название «Янус». В Англии Чайлз предложил другое название: «Океан»^[105].

Утверждая, что имеет право дать наименование открытой им планете, Леверье предложил назвать её Нептуном, ложно утверждая, что такое название одобрено французским бюро долгот^[106]. В октябре он пытался назвать планету по своему имени — «Леверье» — и был поддержан директором обсерватории Франсуа Араго, однако эта инициатива натолкнулась на существенное сопротивление за пределами Франции^[107]. Французские альманахи очень быстро вернули название Гершель для Урана, в честь её первооткрывателя Уильяма Гершеля, и Леверье для новой планеты^[108].

Директор Пулковской обсерватории Василий Струве отдал предпочтение названию «Нептун». О причинах своего выбора он сообщил на съезде Императорской Академии наук в Петербурге 29 декабря 1846 года^[109]. Профессор Гаусс и профессор Энке одобрили это наименование^[109]. В римской мифологии Нептун — бог моря и соответствует греческому Посейдону^[80]. Потребность в таком названии соответствовала названиям других планет, которые, за исключением Земли, были названы в честь божеств греческой и римской мифологии^[110].

Статус[править | править код]

С момента открытия и до 1930 года Нептун оставался самой далёкой от Солнца известной планетой. После открытия Плутона Нептун стал предпоследней планетой, за исключением 1979—1999 годов, когда Плутон находился ближе к Солнцу внутри орбиты Нептуна^[111]. Открытие в поясе Койпера начиная с 1992 года новых транснептуновых объектов привело к обсуждению вопроса о том, следует ли считать Плутон планетой или стоит признать его частью пояса Койпера^[112]. В 2006 году Международный астрономический союз принял новое определение термина «планета» и классифицировал Плутон как карликовую планету, и, таким образом, вновь сделал Нептун самой дальней планетой Солнечной системы^[113].

Исследование[править | править код]

Ещё в конце 1960-х годов представления о Нептуне несколько отличались от сегодняшних. Хотя были относительно точно известны сидерический и синодический периоды обращения вокруг Солнца, среднее расстояние от Солнца, наклон экватора к плоскости орбиты, существовали и параметры, измеренные менее точно. В частности, масса оценивалась в 17,26 земных вместо 17,15; экваториальный радиус в 3,89 вместо 3,88 от земных. Звёздный период обращения вокруг оси оценивался в 15 часов 8 минут вместо 15 часов и 58 минут, что является наиболее существенным расхождением текущих знаний о планете со знаниями того времени^[114].

В некоторых моментах разночтения были и позже. Первоначально, до полёта Вояджера-2, предполагалось, что магнитное поле Нептуна имеет такую же конфигурацию, как поля Земли и Сатурна. По последним представлениям, поле Нептуна имеет вид т. н. «наклонного ротатора». Географические и магнитные «полюса» Нептуна (если представить его поле дипольным эквивалентом) оказались под углом друг к другу более 45°. Таким образом, при вращении планеты её магнитное поле описывает конус^[115].

Ближе всего к Нептуну «Вояджер-2» подошёл 25 августа 1989 года. Так как Нептун был последней крупной планетой, которую мог посетить космический аппарат, было решено совершить близкий пролёт вблизи Тритона, не считаясь с последствиями для траектории полёта. Схожая задача стояла и перед «Вояджером-1» — пролёт вблизи Сатурна и его крупнейшего спутника — Титана. Изображения Нептуна, переданные на Землю «Вояджером-2», стали основой для появления в 1989 году в Публичной телевещательной службе программы на всю ночь под названием «Нептун всю ночь»^[116].

Во время сближения сигналы с аппарата шли до Земли 246 минут. Поэтому, по большей части, миссия «Вояджера-2» опиралась на предварительно загруженные команды для сближения с Нептуном и Тритоном, а не на команды с Земли. «Вояджер-2» совершил достаточно близкий проход вблизи от Нереиды, прежде чем прошёл всего в 4400 км от атмосферы Нептуна 25 августа. Позднее в тот же день «Вояджер» пролетел вблизи Тритона^[117].

«Вояджер-2» подтвердил существование магнитного поля планеты и установил, что оно наклонено, как и поле Урана. Вопрос о периоде вращения планеты был решён измерением радиоизлучения. «Вояджер-2» также показал необычно активную погодную систему Нептуна. Было открыто 6 новых спутников планеты и кольца, которых, как оказалось, было несколько^[76][117].

Планируемые космические миссии[править | править код]

Neptune Odyssey — разрабатываемая НАСА миссия полёта космического зонда к Нептуну. Старт миссии запланирован на 2031 год; ожидается что зонд прибудет на Нептун в 2043 году^[118].

Китайское национальное космическое управление изучает концепцию запуска зондов, похожих на «Вояджеры», предварительно названную Interstellar Express^[119]. Оба зонда планируется запустить в 2024 году в разных направлениях для изучения противоположных сторон гелиосферы. Второй зонд под названием IHP-2 должен будет пролететь мимо Нептуна в январе 2038 года^[120].

Нептун в массовой культуре[править | править код]

В 1847 году Афанасий Фет написал стихотворение, посвященное открытию Нептуна^[121].

Нептун появлялся во многих фантастических произведениях и экранизациях^[122][123].

Так, в романе Олафа Стэплдона «Последние и первые люди» он был последним местом обитания людей во время гибели Солнечной системы^[124]. В фильме «К звёздам» (2019) главный герой в исполнении Брэда Питта отправляется на Нептун, чтобы найти своего отца-астронавта^[125]. Также Нептун был показан в мультсериале «Футурама», пилотном эпизоде Star Trek: Enterprise и девятом эпизоде девятого сезона телесериала «Доктор Кто»^[126].

Астрономический символ Нептуна —  — стилизованная версия трезубца бога Нептуна^[127]. Существует альтернативный символ, который изображает инициалы Леверье, открывшего планету. Такой символ уже не используется^[128].

Примечания[править | править код]

Комментарии

Источники

Литература[править | править код]

• Тейфель В. Г. Уран и Нептун — далёкие планеты-гиганты. — М.: Знание, 1982. — 64 с.
• Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. — 2-е изд. — М.: Наука, 1986. — 320 с.
• Гребеников Е. А., Рябов Ю. А. Поиски и открытия планет. — М.: Наука, 1975. — 216 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 65 000 экз.
• Гребеников Е. А., Рябов Ю. А. Поиски и открытия планет. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Наука, 1984. — 224 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 100 000 экз.
• Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — М.: Физматлит, 2008. — 400 с. — ISBN 978-5-9221-0989-5.

Ссылки[править | править код]

• «Вояджер-2» исследует Нептун. www.allplanets.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 19 декабря 2021 года.
• Г. Бурба. Сердце морского гиганта. www.vokrugsveta.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 25 февраля 2021 года. // Научно-популярная статья в журнале «Вокруг света»
• Южный полюс Нептуна оказался тёплым. news.cosmoport.com. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 9 июля 2021 года. // Space.com (англ.)
• А. Левин. Охота на планету: Нептун. elementy.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 28 ноября 2016 года. // Популярная механика, № 5, 2009
• Нептун. astrolab.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 27 октября 2017 года. на astrolab.ru
• Нептун. galspace.spb.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 23 апреля 2021 года. на galspace.spb.ru
• Astronomy Picture of the Day. Two Hours Before Neptune (англ.) (8 августа 2010). Дата обращения: 16 февраля 2014.
• Christophe Pellier. Neptune: The new amateur boundary? (англ.). The Planetary Society (7 ноября 2013). Дата обращения: 7 марта 2022. Архивировано 26 мая 2021 года.
• Planets — Neptune (англ.). www.projectshum.org. Дата обращения: 23 июня 2021. Архивировано 6 июня 2011 года. A kid’s guide to Neptune.
• Showalter M. R., de Pater I., Lissauer J. J., French R. S. New Satellite of Neptune: S/2004 N 1 (CBET 3586) (англ.). Central Bureau for Astronomical Telegrams, International Astronomical Union (15 июля 2013). Архивировано из оригинала 3 августа 2016 года. Bibcode: 2013CBET.3586….1S

Евгений Парфёнов

Просветленный

(40086)


5 месяцев назад

1). Если бы Уран находился от Солнца на расстоянии 30 а.е. – он бы давно столкнулся с Нептуном, который находится там же. См. предыдущий ответ.
2). Более точно 1 а. е. = 149597870.66 км
3). Я бы рад РАССМОТРЕТЬ комету Туттля, но у меня (пока) нет такого телескопа.
И полёт к ней организовать нет возможности.
Большая полуось определяется ТОЛЬКО по периоду, независимо от того, какой эксцентриситет (если он, конечно, меньше единицы). Формула всё та же a^3=T^2,
где T=13,6 лет. Калькулятор Вам в помощь.
4). Сначала определите сидерический период обращения Нептуна. Формула опять та же.
a^3=T^2. Здесь a=30,4.
Теперь можно найти и синодический период. 1/S = 1 – 1/T.
S нужно найти, T получите из предыдущей формулы.
Калькулятор Вам в помощь.

daybit

Высший разум

(146312)


5 месяцев назад

“Eighth planet” redirects here. For other systems of numbering planets, see Planet § History.

Neptune

Photograph taken by NASA’s Voyager 2 in 1989
Discovery[1]
Discovered by	Johann Galle Urbain Le Verrier John Couch Adams
Discovery date	23 September 1846
Designations
Pronunciation	(listen)[2]
Named after	Latin Neptunus, via French Neptune
Adjectives	Neptunian (),[3] Poseidean[4]
Symbol
Orbital characteristics[5][a]
Epoch J2000
Aphelion	30.33 AU (4.54 billion km)
Perihelion	29.81 AU (4.46 billion km)
Semi-major axis	30.07 AU (4.50 billion km)
Eccentricity	0.008678
Orbital period (sidereal)	164.8 yr 60,195 days 89,666 Neptunian solar days[6]
Orbital period (synodic)	367.49 days[7]
Average orbital speed	5.43 km/s[7]
Mean anomaly	259.883°
Inclination	1.770° to ecliptic 6.43° to Sun’s equator 0.74° to invariable plane[8]
Longitude of ascending node	131.783°
Time of perihelion	2042-Sep-04[9]
Argument of perihelion	273.187°
Known satellites	14
Physical characteristics
Mean radius	24,622±19 km[10][b]
Equatorial radius	24,764±15 km[10][b] 3.883 Earths
Polar radius	24,341±30 km[10][b] 3.829 Earths
Flattening	0.0171±0.0013
Surface area	7.6187×109 km2[11][b] 14.98 Earths
Volume	6.253×1013 km3[7][b] 57.74 Earths
Mass	1.02413×1026 kg[7] 17.147 Earths 5.15×10−5 Suns
Mean density	1.638 g/cm3[7][c]
Surface gravity	11.15 m/s2[7][b] 1.14 g
Moment of inertia factor	0.23[12] (estimate)
Escape velocity	23.5 km/s[7][b]
Synodic rotation period	0.67125 d 16 h 6 m 36 s[6]
Sidereal rotation period	0.6713 day[7] 16 h 6 min 36 s
Equatorial rotation velocity	2.68 km/s (9,650 km/h)
Axial tilt	28.32° (to orbit)[7]
North pole right ascension	19h 57m 20s[10] 299.3°
North pole declination	42.950°[10]
Albedo	0.290 (bond)[13] 0.442 (geom.)[14]
Surface temp. min mean max 1 bar level 72 K (−201 °C)[7] 0.1 bar (10 kPa) 55 K (−218 °C)[7]
Apparent magnitude	7.67[15] to 8.00[15]
Angular diameter	2.2–2.4″[7][16]
Atmosphere[7]
Scale height	19.7±0.6 km
Composition by volume	80%±3.2% hydrogen 19%±3.2% helium 1.5%±0.5% methane ~0.019% hydrogen deuteride ~0.00015% ethane Icy volatiles: ammonia water ice ammonium hydrosulfide methane ice (?)

Neptune is the eighth planet from the Sun and the farthest known planet in the Solar System. It is the fourth-largest planet in the Solar System by diameter, the third-most-massive planet, and the densest giant planet. It is 17 times the mass of Earth, and slightly more massive than its near-twin Uranus. Neptune is denser and physically smaller than Uranus because its greater mass causes more gravitational compression of its atmosphere. Being composed primarily of gases and liquids, it has no well-defined solid surface. The planet orbits the Sun once every 164.8 years at an average distance of 30.1 astronomical units (4.5 billion kilometres; 2.8 billion miles). It is named after the Roman god of the sea and has the astronomical symbol , representing Neptune’s trident.^[d]

Neptune is not visible to the unaided eye and is the only planet in the Solar System found by mathematical prediction rather than by empirical observation. Unexpected changes in the orbit of Uranus led Alexis Bouvard to hypothesise that its orbit was subject to gravitational perturbation by an unknown planet. After Bouvard’s death, the position of Neptune was predicted from his observations, independently, by John Couch Adams and Urbain Le Verrier. Neptune was subsequently observed with a telescope on 23 September 1846^[1] by Johann Galle within a degree of the position predicted by Le Verrier. Its largest moon, Triton, was discovered shortly thereafter, though none of the planet’s remaining 14 known moons were located telescopically until the 20th century. The planet’s distance from Earth gives it a very small apparent size, making it challenging to study with Earth-based telescopes. Neptune was visited by Voyager 2, when it flew by the planet on 25 August 1989; Voyager 2 remains the only spacecraft to have visited Neptune.^[17][18] The advent of the Hubble Space Telescope and large ground-based telescopes with adaptive optics has recently allowed for additional detailed observations from afar.

Like the gas giants (Jupiter and Saturn), Neptune’s atmosphere is composed primarily of hydrogen and helium, along with traces of hydrocarbons and possibly nitrogen, but contains a higher proportion of ices such as water, ammonia and methane. Similar to Uranus, its interior is primarily composed of ices and rock;^[19] both planets are normally considered “ice giants” to distinguish them.^[20] Along with Rayleigh scattering, traces of methane in the outermost regions in part account for the planet’s blue appearance.^[21] Newest data from the Gemini observatory shows the blue colour is more saturated than the one present on Uranus due to thinner haze of Neptune’s more active atmosphere.^[22][23][24]

In contrast to the hazy, relatively featureless atmosphere of Uranus, Neptune’s atmosphere has active and visible weather patterns. For example, at the time of the Voyager 2 flyby in 1989, the planet’s southern hemisphere had a Great Dark Spot comparable to the Great Red Spot on Jupiter. More recently, in 2018, a newer main dark spot and smaller dark spot were identified and studied.^[25] In addition, these weather patterns are driven by the strongest sustained winds of any planet in the Solar System, with recorded wind speeds as high as 2,100 km/h (580 m/s; 1,300 mph).^[26] Because of its great distance from the Sun, Neptune’s outer atmosphere is one of the coldest places in the Solar System, with temperatures at its cloud tops approaching 55 K (−218 °C; −361 °F). Temperatures at the planet’s centre are approximately 5,400 K (5,100 °C; 9,300 °F).^[27][28] Neptune has a faint and fragmented ring system (labelled “arcs”), which was discovered in 1984, then later confirmed by Voyager 2.^[29]

History

Discovery

Some of the earliest recorded observations ever made through a telescope, Galileo Galilei’s drawings on 28 December 1612 and 27 January 1613 contain plotted points that match up with what is now known to have been the positions of Neptune on those dates. On both occasions, Galileo seems to have mistaken Neptune for a fixed star when it appeared close—in conjunction—to Jupiter in the night sky.^[30] Hence, he is not credited with Neptune’s discovery. At his first observation in December 1612, Neptune was almost stationary in the sky because it had just turned retrograde that day. This apparent backward motion is created when Earth’s orbit takes it past an outer planet. Because Neptune was only beginning its yearly retrograde cycle, the motion of the planet was far too slight to be detected with Galileo’s small telescope.^[31] In 2009, a study suggested that Galileo was at least aware that the “star” he had observed had moved relative to the fixed stars.^[32]

In 1821, Alexis Bouvard published astronomical tables of the orbit of Neptune’s neighbour Uranus.^[33] Subsequent observations revealed substantial deviations from the tables, leading Bouvard to hypothesise that an unknown body was perturbing the orbit through gravitational interaction.^[34] In 1843, John Couch Adams began work on the orbit of Uranus using the data he had. He requested extra data from Sir George Airy, the Astronomer Royal, who supplied it in February 1844. Adams continued to work in 1845–1846 and produced several different estimates of a new planet.^[35][36]

In 1845–1846, Urbain Le Verrier, independently of Adams, developed his own calculations but aroused no enthusiasm in his compatriots. In June 1846, upon seeing Le Verrier’s first published estimate of the planet’s longitude and its similarity to Adams’s estimate, Airy persuaded James Challis to search for the planet. Challis vainly scoured the sky throughout August and September.^[34][37] Challis had, in fact, observed Neptune a year before the planet’s subsequent discoverer, Johann Gottfried Galle, and on two occasions, 4 and 12 August 1845. However, his out-of-date star maps and poor observing techniques meant that he failed to recognise the observations as such until he carried out later analysis. Challis was full of remorse but blamed his neglect on his maps and the fact that he was distracted by his concurrent work on comet observations.^[38][34][39]

Meanwhile, Le Verrier sent a letter and urged Berlin Observatory astronomer Galle to search with the observatory’s refractor. Heinrich d’Arrest, a student at the observatory, suggested to Galle that they could compare a recently drawn chart of the sky in the region of Le Verrier’s predicted location with the current sky to seek the displacement characteristic of a planet, as opposed to a fixed star. On the evening of 23 September 1846, the day Galle received the letter, he discovered Neptune just northeast of Iota Aquarii, 1° from the “five degrees east of Delta Capricorn” position Le Verrier had predicted it to be,^[40][41] about 12° from Adams’s prediction, and on the border of Aquarius and Capricornus according to the modern IAU constellation boundaries.

In the wake of the discovery, there was a heated nationalistic rivalry between the French and the British over who deserved credit for the discovery. Eventually, an international consensus emerged that Le Verrier and Adams deserved joint credit. Since 1966, Dennis Rawlins has questioned the credibility of Adams’s claim to co-discovery, and the issue was re-evaluated by historians with the return in 1998 of the “Neptune papers” (historical documents) to the Royal Observatory, Greenwich.^[42][43]

Naming

Shortly after its discovery, Neptune was referred to simply as “the planet exterior to Uranus” or as “Le Verrier’s planet”. The first suggestion for a name came from Galle, who proposed the name Janus. In England, Challis put forward the name Oceanus.^[44]

Claiming the right to name his discovery, Le Verrier quickly proposed the name Neptune for this new planet, though falsely stating that this had been officially approved by the French Bureau des Longitudes.^[45] In October, he sought to name the planet Le Verrier, after himself, and he had loyal support in this from the observatory director, François Arago. This suggestion met with stiff resistance outside France.^[46] French almanacs quickly reintroduced the name Herschel for Uranus, after that planet’s discoverer Sir William Herschel, and Leverrier for the new planet.^[47]

Struve came out in favour of the name Neptune on 29 December 1846, to the Saint Petersburg Academy of Sciences.^[48] Soon, Neptune became the internationally accepted name. In Roman mythology, Neptune was the god of the sea, identified with the Greek Poseidon. The demand for a mythological name seemed to be in keeping with the nomenclature of the other planets, all of which were named for deities in Greek and Roman mythology.^[e][49]

Most languages today use some variant of the name “Neptune” for the planet; indeed, in Chinese, Vietnamese, Japanese, and Korean, the planet’s name was translated as “sea king star” (海王星).^[50][51] In Mongolian, Neptune is called Dalain van (Далайн ван), reflecting its namesake god’s role as the ruler of the sea. In modern Greek the planet is called Poseidon (Ποσειδώνας, Poseidonas), the Greek counterpart of Neptune.^[52] In Hebrew, Rahab (רהב), from a Biblical sea monster mentioned in the Book of Psalms, was selected in a vote managed by the Academy of the Hebrew Language in 2009 as the official name for the planet, even though the existing Latin term Neptun (נפטון) is commonly used.^[53][54] In Māori, the planet is called Tangaroa, named after the Māori god of the sea.^[55] In Nahuatl, the planet is called Tlāloccītlalli, named after the rain god Tlāloc.^[55] In Thai, Neptune is referred to by its Westernised name Dao Nepchun/Nepjun (ดาวเนปจูน), but is also called Dao Ket (ดาวเกตุ, lit. ‘star of Ketu’), after Ketu (केतु), the descending lunar node, who plays a role in Hindu astrology. In Malay, the name Waruna, after the Hindu god of seas, is attested as far back as the 1970s,^[56] but was eventually superseded by the Latinate equivalents Neptun (in Malaysian^[57]) or Neptunus (in Indonesian^[58]).

The usual adjectival form is Neptunian. The nonce form Poseidean (), from Poseidon, has also been used,^[4] though the usual adjectival form of Poseidon is Poseidonian ().^[59]

Status

From its discovery in 1846 until the discovery of Pluto in 1930, Neptune was the farthest known planet. When Pluto was discovered, it was considered a planet, and Neptune thus became the second-farthest known planet, except for a 20-year period between 1979 and 1999 when Pluto’s elliptical orbit brought it closer than Neptune to the Sun, making Neptune the ninth planet from the Sun during this period.^[60][61] The increasingly accurate estimations of Pluto’s mass from ten times that of Earth’s to far less than that of the Moon^[62] and the discovery of the Kuiper belt in 1992 led many astronomers to debate whether Pluto should be considered a planet or as part of the Kuiper belt.^[63][64] In 2006, the International Astronomical Union defined the word “planet” for the first time, reclassifying Pluto as a “dwarf planet” and making Neptune once again the outermost-known planet in the Solar System.^[65]

Physical characteristics

Neptune’s mass of 1.0243×10²⁶ kg^[7] is intermediate between Earth and the larger gas giants: it is 17 times that of Earth but just 1/19th that of Jupiter.^[f] Its gravity at 1 bar is 11.15 m/s², 1.14 times the surface gravity of Earth,^[66] and surpassed only by Jupiter.^[67] Neptune’s equatorial radius of 24,764 km^[10] is nearly four times that of Earth. Neptune, like Uranus, is an ice giant, a subclass of giant planet, because they are smaller and have higher concentrations of volatiles than Jupiter and Saturn.^[68] In the search for exoplanets, Neptune has been used as a metonym: discovered bodies of similar mass are often referred to as “Neptunes”,^[69] just as scientists refer to various extrasolar bodies as “Jupiters”.

Internal structure

Neptune’s internal structure resembles that of Uranus. Its atmosphere forms about 5 to 10% of its mass and extends perhaps 10 to 20% of the way towards the core, where it reaches pressures of about 10 GPa, or about 100,000 times that of Earth’s atmosphere. Increasing concentrations of methane, ammonia and water are found in the lower regions of the atmosphere.^[27]

The mantle is equivalent to 10 to 15 Earth masses and is rich in water, ammonia and methane.^[1] As is customary in planetary science, this mixture is referred to as icy even though it is a hot, dense fluid (supercritical fluid). This fluid, which has a high electrical conductivity, is sometimes called a water–ammonia ocean.^[70] The mantle may consist of a layer of ionic water in which the water molecules break down into a soup of hydrogen and oxygen ions, and deeper down superionic water in which the oxygen crystallises but the hydrogen ions float around freely within the oxygen lattice.^[71] At a depth of 7,000 km, the conditions may be such that methane decomposes into diamond crystals that rain downwards like hailstones.^[72][73][74] Scientists also believe that this kind of diamond rain occurs on Jupiter, Saturn, and Uranus.^[75][73] Very-high-pressure experiments at the Lawrence Livermore National Laboratory suggest that the top of the mantle may be an ocean of liquid carbon with floating solid ‘diamonds’.^[76][77][78]

The core of Neptune is likely composed of iron, nickel and silicates, with an interior model giving a mass about 1.2 times that of Earth.^[79] The pressure at the centre is 7 Mbar (700 GPa), about twice as high as that at the centre of Earth, and the temperature may be 5,400 K.^[27][28]

Atmosphere

At high altitudes, Neptune’s atmosphere is 80% hydrogen and 19% helium.^[27] A trace amount of methane is also present. Prominent absorption bands of methane exist at wavelengths above 600 nm, in the red and infrared portion of the spectrum. As with Uranus, this absorption of red light by the atmospheric methane is part of what gives Neptune its blue hue,^[80] although Neptune’s blue differs from Uranus’s milder light blue.

Neptune’s atmosphere is subdivided into two main regions: the lower troposphere, where temperature decreases with altitude, and the stratosphere, where temperature increases with altitude. The boundary between the two, the tropopause, lies at a pressure of 0.1 bars (10 kPa).^[20] The stratosphere then gives way to the thermosphere at a pressure lower than 10⁻⁵ to 10⁻⁴ bars (1 to 10 Pa).^[20] The thermosphere gradually transitions to the exosphere.

Models suggest that Neptune’s troposphere is banded by clouds of varying compositions depending on altitude. The upper-level clouds lie at pressures below one bar, where the temperature is suitable for methane to condense. For pressures between one and five bars (100 and 500 kPa), clouds of ammonia and hydrogen sulfide are thought to form. Above a pressure of five bars, the clouds may consist of ammonia, ammonium sulfide, hydrogen sulfide and water. Deeper clouds of water ice should be found at pressures of about 50 bars (5.0 MPa), where the temperature reaches 273 K (0 °C). Underneath, clouds of ammonia and hydrogen sulfide may be found.^[81]

High-altitude clouds on Neptune have been observed casting shadows on the opaque cloud deck below. There are also high-altitude cloud bands that wrap around the planet at constant latitude. These circumferential bands have widths of 50–150 km and lie about 50–110 km above the cloud deck.^[82] These altitudes are in the layer where weather occurs, the troposphere. Weather does not occur in the higher stratosphere or thermosphere.

Neptune’s spectra suggest that its lower stratosphere is hazy due to condensation of products of ultraviolet photolysis of methane, such as ethane and ethyne.^[20][27] The stratosphere is also home to trace amounts of carbon monoxide and hydrogen cyanide.^[20][83] The stratosphere of Neptune is warmer than that of Uranus due to the elevated concentration of hydrocarbons.^[20]

For reasons that remain obscure, the planet’s thermosphere is at an anomalously high temperature of about 750 K.^[84][85] The planet is too far from the Sun for this heat to be generated by ultraviolet radiation. One candidate for a heating mechanism is atmospheric interaction with ions in the planet’s magnetic field. Other candidates are gravity waves from the interior that dissipate in the atmosphere. The thermosphere contains traces of carbon dioxide and water, which may have been deposited from external sources such as meteorites and dust.^[81][83]

Magnetosphere

Neptune resembles Uranus in its magnetosphere, with a magnetic field strongly tilted relative to its rotational axis at 47° and offset at least 0.55 radius, or about 13,500 km from the planet’s physical centre. Before Voyager 2‘s arrival at Neptune, it was hypothesised that Uranus’s tilted magnetosphere was the result of its sideways rotation. In comparing the magnetic fields of the two planets, scientists now think the extreme orientation may be characteristic of flows in the planets’ interiors. This field may be generated by convective fluid motions in a thin spherical shell of electrically conducting liquids (probably a combination of ammonia, methane and water)^[81] resulting in a dynamo action.^[86]

The dipole component of the magnetic field at the magnetic equator of Neptune is about 14 microteslas (0.14 G).^[87] The dipole magnetic moment of Neptune is about 2.2 × 10¹⁷ T·m³ (14 μT·R_N³, where R_N is the radius of Neptune). Neptune’s magnetic field has a complex geometry that includes relatively large contributions from non-dipolar components, including a strong quadrupole moment that may exceed the dipole moment in strength. By contrast, Earth, Jupiter and Saturn have only relatively small quadrupole moments, and their fields are less tilted from the polar axis. The large quadrupole moment of Neptune may be the result of offset from the planet’s centre and geometrical constraints of the field’s dynamo generator.^[88][89]

Neptune’s bow shock, where the magnetosphere begins to slow the solar wind, occurs at a distance of 34.9 times the radius of the planet. The magnetopause, where the pressure of the magnetosphere counterbalances the solar wind, lies at a distance of 23–26.5 times the radius of Neptune. The tail of the magnetosphere extends out to at least 72 times the radius of Neptune, and likely much farther.^[88]

Climate

Neptune’s weather is characterised by extremely dynamic storm systems, with winds reaching speeds of almost 600 m/s (2,200 km/h; 1,300 mph)—exceeding supersonic flow.^[26] More typically, by tracking the motion of persistent clouds, wind speeds have been shown to vary from 20 m/s in the easterly direction to 325 m/s westward.^[91] At the cloud tops, the prevailing winds range in speed from 400 m/s along the equator to 250 m/s at the poles.^[81] Most of the winds on Neptune move in a direction opposite the planet’s rotation.^[92] The general pattern of winds showed prograde rotation at high latitudes vs. retrograde rotation at lower latitudes. The difference in flow direction is thought to be a “skin effect” and not due to any deeper atmospheric processes.^[20] At 70° S latitude, a high-speed jet travels at a speed of 300 m/s.^[20]

Neptune differs from Uranus in its typical level of meteorological activity. Voyager 2 observed weather phenomena on Neptune during its 1989 flyby,^[93] but no comparable phenomena on Uranus during its 1986 fly-by.

The abundance of methane, ethane and acetylene at Neptune’s equator is 10–100 times greater than at the poles. This is interpreted as evidence for upwelling at the equator and subsidence near the poles because photochemistry cannot account for the distribution without meridional circulation.^[20]

In 2007, it was discovered that the upper troposphere of Neptune’s south pole was about 10 K warmer than the rest of its atmosphere, which averages approximately 73 K (−200 °C). The temperature differential is enough to let methane, which elsewhere is frozen in the troposphere, escape into the stratosphere near the pole.^[94] The relative “hot spot” is due to Neptune’s axial tilt, which has exposed the south pole to the Sun for the last quarter of Neptune’s year, or roughly 40 Earth years. As Neptune slowly moves towards the opposite side of the Sun, the south pole will be darkened and the north pole illuminated, causing the methane release to shift to the north pole.^[95]

Because of seasonal changes, the cloud bands in the southern hemisphere of Neptune have been observed to increase in size and albedo. This trend was first seen in 1980. The long orbital period of Neptune results in seasons lasting forty years.^[96]

Storms

In 1989, the Great Dark Spot, an anticyclonic storm system spanning 13,000 km × 6,600 km (8,100 mi × 4,100 mi)^[93] was discovered by NASA’s Voyager 2 spacecraft. The storm resembled the Great Red Spot of Jupiter. Some five years later, on 2 November 1994, the Hubble Space Telescope did not see the Great Dark Spot on the planet. Instead, a new storm similar to the Great Dark Spot was found in Neptune’s northern hemisphere.^[97]

The Scooter is another storm, a white cloud group farther south than the Great Dark Spot. This nickname first arose during the months leading up to the Voyager 2 encounter in 1989, when they were observed moving at speeds faster than the Great Dark Spot (and images acquired later would subsequently reveal the presence of clouds moving even faster than those that had initially been detected by Voyager 2).^[92] The Small Dark Spot is a southern cyclonic storm, the second-most-intense storm observed during the 1989 encounter. It was initially completely dark, but as Voyager 2 approached the planet, a bright core developed and can be seen in most of the highest-resolution images.^[98] More recently, in 2018, a newer main dark spot and smaller dark spot were identified and studied.^[25]

Neptune’s dark spots are thought to occur in the troposphere at lower altitudes than the brighter cloud features,^[99] so they appear as holes in the upper cloud decks. As they are stable features that can persist for several months, they are thought to be vortex structures.^[82] Often associated with dark spots are brighter, persistent methane clouds that form around the tropopause layer.^[100] The persistence of companion clouds shows that some former dark spots may continue to exist as cyclones even though they are no longer visible as a dark feature. Dark spots may dissipate when they migrate too close to the equator or possibly through some other, unknown mechanism.^[101]

• 

  The appearance of a Northern Great Dark Spot in 2018 is evidence of a huge storm brewing.^[102]

• 

  The Northern Great Dark Spot and a smaller companion storm imaged by Hubble in 2020^[103]

• 

  The Great Dark Spot in a color-uncalibrated image by Voyager 2.

• 

  Neptune’s shrinking vortex^[104]

Internal heating

Neptune’s more varied weather when compared to Uranus is due in part to its higher internal heating. The upper regions of Neptune’s troposphere reach a low temperature of 51.8 K (−221.3 °C). At a depth where the atmospheric pressure equals 1 bar (100 kPa), the temperature is 72.00 K (−201.15 °C).^[106] Deeper inside the layers of gas, the temperature rises steadily. As with Uranus, the source of this heating is unknown, but the discrepancy is larger: Uranus only radiates 1.1 times as much energy as it receives from the Sun;^[107] whereas Neptune radiates about 2.61 times as much energy as it receives from the Sun.^[108] Neptune is the farthest planet from the Sun, and lies over 50% farther from the Sun than Uranus, and receives only 40% its amount of sunlight,^[20] yet its internal energy is sufficient to drive the fastest planetary winds seen in the Solar System. Depending on the thermal properties of its interior, the heat left over from Neptune’s formation may be sufficient to explain its current heat flow, though it is more difficult to simultaneously explain Uranus’s lack of internal heat while preserving the apparent similarity between the two planets.^[109]

Orbit and rotation

The average distance between Neptune and the Sun is 4.5 billion km (about 30.1 astronomical units (AU)), and it completes an orbit on average every 164.79 years, subject to a variability of around ±0.1 years. The perihelion distance is 29.81 AU; the aphelion distance is 30.33 AU.^[g]

On 11 July 2011, Neptune completed its first full barycentric orbit since its discovery in 1846,^[111] although it did not appear at its exact discovery position in the sky, because Earth was in a different location in its 365.26 day orbit. Because of the motion of the Sun in relation to the barycentre of the Solar System, on 11 July Neptune was also not at its exact discovery position in relation to the Sun; if the more common heliocentric coordinate system is used, the discovery longitude was reached on 12 July 2011.^{[11][112][113]}

The elliptical orbit of Neptune is inclined 1.77° compared to that of Earth.

The axial tilt of Neptune is 28.32°,^[114] which is similar to the tilts of Earth (23°) and Mars (25°). As a result, Neptune experiences similar seasonal changes to Earth. The long orbital period of Neptune means that the seasons last for forty Earth years.^[96] Its sidereal rotation period (day) is roughly 16.11 hours.^[11] Because its axial tilt is comparable to Earth’s, the variation in the length of its day over the course of its long year is not any more extreme.

Because Neptune is not a solid body, its atmosphere undergoes differential rotation. The wide equatorial zone rotates with a period of about 18 hours, which is slower than the 16.1-hour rotation of the planet’s magnetic field. By contrast, the reverse is true for the polar regions where the rotation period is 12 hours. This differential rotation is the most pronounced of any planet in the Solar System,^[115] and it results in strong latitudinal wind shear.^[82]

Orbital resonances

Neptune’s orbit has a profound impact on the region directly beyond it, known as the Kuiper belt. The Kuiper belt is a ring of small icy worlds, similar to the asteroid belt but far larger, extending from Neptune’s orbit at 30 AU out to about 55 AU from the Sun.^[116] Much in the same way that Jupiter’s gravity dominates the asteroid belt, shaping its structure, so Neptune’s gravity dominates the Kuiper belt. Over the age of the Solar System, certain regions of the Kuiper belt became destabilised by Neptune’s gravity, creating gaps in its structure. The region between 40 and 42 AU is an example.^[117]

There do exist orbits within these empty regions where objects can survive for the age of the Solar System. These resonances occur when Neptune’s orbital period is a precise fraction of that of the object, such as 1:2, or 3:4. If, say, an object orbits the Sun once for every two Neptune orbits, it will only complete half an orbit by the time Neptune returns to its original position. The most heavily populated resonance in the Kuiper belt, with over 200 known objects,^[118] is the 2:3 resonance. Objects in this resonance complete 2 orbits for every 3 of Neptune, and are known as plutinos because the largest of the known Kuiper belt objects, Pluto, is among them.^[119] Although Pluto crosses Neptune’s orbit regularly, the 2:3 resonance ensures they can never collide.^[120] The 3:4, 3:5, 4:7 and 2:5 resonances are less populated.^[121]

Neptune has a number of known trojan objects occupying both the Sun–Neptune L₄ and L₅ Lagrangian points—gravitationally stable regions leading and trailing Neptune in its orbit, respectively.^[122] Neptune trojans can be viewed as being in a 1:1 resonance with Neptune. Some Neptune trojans are remarkably stable in their orbits, and are likely to have formed alongside Neptune rather than being captured. The first object identified as associated with Neptune’s trailing L₅ Lagrangian point was 2008 LC18.^[123] Neptune also has a temporary quasi-satellite, (309239) 2007 RW10.^[124] The object has been a quasi-satellite of Neptune for about 12,500 years and it will remain in that dynamical state for another 12,500 years.^[124]

Formation and migration

The formation of the ice giants, Neptune and Uranus, has proven difficult to model precisely. Current models suggest that the matter density in the outer regions of the Solar System was too low to account for the formation of such large bodies from the traditionally accepted method of core accretion, and various hypotheses have been advanced to explain their formation. One is that the ice giants were not formed by core accretion but from instabilities within the original protoplanetary disc and later had their atmospheres blasted away by radiation from a nearby massive OB star.^[68]

An alternative concept is that they formed closer to the Sun, where the matter density was higher, and then subsequently migrated to their current orbits after the removal of the gaseous protoplanetary disc.^[125] This hypothesis of migration after formation is favoured, due to its ability to better explain the occupancy of the populations of small objects observed in the trans-Neptunian region.^[126] The current most widely accepted^{[127][128][129]} explanation of the details of this hypothesis is known as the Nice model, which explores the effect of a migrating Neptune and the other giant planets on the structure of the Kuiper belt.

Moons

Neptune has 14 known moons.^[7][130] Triton is the largest Neptunian moon, comprising more than 99.5% of the mass in orbit around Neptune,^[h] and it is the only one massive enough to be spheroidal. Triton was discovered by William Lassell just 17 days after the discovery of Neptune itself. Unlike all other large planetary moons in the Solar System, Triton has a retrograde orbit, indicating that it was captured rather than forming in place; it was probably once a dwarf planet in the Kuiper belt.^[131] It is close enough to Neptune to be locked into a synchronous rotation, and it is slowly spiralling inward because of tidal acceleration. It will eventually be torn apart, in about 3.6 billion years, when it reaches the Roche limit.^[132] In 1989, Triton was the coldest object that had yet been measured in the Solar System,^[133] with estimated temperatures of 38 K (−235 °C).^[134]

Neptune’s second-known satellite (by order of discovery), the irregular moon Nereid, has one of the most eccentric orbits of any satellite in the Solar System. The eccentricity of 0.7512 gives it an apoapsis that is seven times its periapsis distance from Neptune.^[i]

From July to September 1989, Voyager 2 discovered six moons of Neptune.^[135] Of these, the irregularly shaped Proteus is notable for being as large as a body of its density can be without being pulled into a spherical shape by its own gravity.^[136] Although the second-most-massive Neptunian moon, it is only 0.25% the mass of Triton. Neptune’s innermost four moons—Naiad, Thalassa, Despina and Galatea—orbit close enough to be within Neptune’s rings. The next-farthest out, Larissa, was originally discovered in 1981 when it had occulted a star. This occultation had been attributed to ring arcs, but when Voyager 2 observed Neptune in 1989, Larissa was found to have caused it. Five new irregular moons discovered between 2002 and 2003 were announced in 2004.^[137][138] A new moon and the smallest yet, Hippocamp, was found in 2013 by combining multiple Hubble images.^[139] Because Neptune was the Roman god of the sea, Neptune’s moons have been named after lesser sea gods.^[49]

Planetary rings

Neptune has a planetary ring system, though one much less substantial than that of Saturn.^[140] The rings may consist of ice particles coated with silicates or carbon-based material, which most likely gives them a reddish hue.^[141] The three main rings are the narrow Adams Ring, 63,000 km from the centre of Neptune, the Le Verrier Ring, at 53,000 km, and the broader, fainter Galle Ring, at 42,000 km. A faint outward extension to the Le Verrier Ring has been named Lassell; it is bounded at its outer edge by the Arago Ring at 57,000 km.^[142]

The first of these planetary rings was detected in 1968 by a team led by Edward Guinan.^[29][143] In the early 1980s, analysis of this data along with newer observations led to the hypothesis that this ring might be incomplete.^[144]
Evidence that the rings might have gaps first arose during a stellar occultation in 1984 when the rings obscured a star on immersion but not on emersion.^[145] Images from Voyager 2 in 1989 settled the issue by showing several faint rings.

The outermost ring, Adams, contains five prominent arcs now named Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2 and Fraternité (Courage, Liberty, Equality and Fraternity).^[146] The existence of arcs was difficult to explain because the laws of motion would predict that arcs would spread out into a uniform ring over short timescales. Astronomers now estimate that the arcs are corralled into their current form by the gravitational effects of Galatea, a moon just inward from the ring.^[147][148]

Earth-based observations announced in 2005 appeared to show that Neptune’s rings are much more unstable than previously thought. Images taken from the W. M. Keck Observatory in 2002 and 2003 show considerable decay in the rings when compared to images by Voyager 2. In particular, it seems that the Liberté arc might disappear in as little as one century.^[149]

Observation

Neptune brightened about 10% between 1980 and 2000 mostly due to the changing of the seasons.^[150] Neptune may continue to brighten as it approaches perihelion in 2042. The apparent magnitude currently ranges from 7.67 to 7.89 with a mean of 7.78 and a standard deviation of 0.06.^[15] Prior to 1980 the planet was as faint as magnitude 8.0.^[15] Neptune is too faint to be visible to the naked eye. It can be outshone by Jupiter’s Galilean moons, the dwarf planet Ceres and the asteroids 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno, and 6 Hebe.^[151] A telescope or strong binoculars will resolve Neptune as a small blue disk, similar in appearance to Uranus.^[152]

Because of the distance of Neptune from Earth, its angular diameter only ranges from 2.2 to 2.4 arcseconds,^[7][16] the smallest of the Solar System planets. Its small apparent size makes it challenging to study visually. Most telescopic data was fairly limited until the advent of the Hubble Space Telescope and large ground-based telescopes with adaptive optics (AO).^{[153][154][155]} The first scientifically useful observation of Neptune from ground-based telescopes using adaptive optics was commenced in 1997 from Hawaii.^[156] Neptune is currently approaching perihelion (closest approach to the Sun) and has been shown to be heating up, with increased atmospheric activity and brightness as a consequence. Combined with technological advancements, ground-based telescopes with adaptive optics are recording increasingly more detailed images of it. Both Hubble and the adaptive-optics telescopes on Earth have made many new discoveries within the Solar System since the mid-1990s, with a large increase in the number of known satellites and moons around the outer planet, among others. In 2004 and 2005, five new small satellites of Neptune with diameters between 38 and 61 kilometres were discovered.^[157]

From Earth, Neptune goes through apparent retrograde motion every 367 days, resulting in a looping motion against the background stars during each opposition. These loops carried it close to the 1846 discovery coordinates in April and July 2010 and again in October and November 2011.^[113]

Neptune’s 164-year orbital period means that the planet takes an average of 13 years to move through each constellation of the zodiac. In 2011, it completed its first full orbit of the Sun since being discovered and returned to where it was first spotted northeast of Iota Aquarii.^[40]

Observation of Neptune in the radio-frequency band shows that it is a source of both continuous emission and irregular bursts. Both sources are thought to originate from its rotating magnetic field.^[81] In the infrared part of the spectrum, Neptune’s storms appear bright against the cooler background, allowing the size and shape of these features to be readily tracked.^[158]

Exploration

Voyager 2 is the only spacecraft that has visited Neptune. The spacecraft‘s closest approach to the planet occurred on 25 August 1989. Because this was the last major planet the spacecraft could visit, it was decided to make a close flyby of the moon Triton, regardless of the consequences to the trajectory, similarly to what was done for Voyager 1‘s encounter with Saturn and its moon Titan. The images relayed back to Earth from Voyager 2 became the basis of a 1989 PBS all-night program, Neptune All Night.^[159]

During the encounter, signals from the spacecraft required 246 minutes to reach Earth. Hence, for the most part, Voyager 2‘s mission relied on preloaded commands for the Neptune encounter. The spacecraft performed a near-encounter with the moon Nereid before it came within 4,400 km of Neptune’s atmosphere on 25 August, then passed close to the planet’s largest moon Triton later the same day.^[160]

The spacecraft verified the existence of a magnetic field surrounding the planet and discovered that the field was offset from the centre and tilted in a manner similar to the field around Uranus. Neptune’s rotation period was determined using measurements of radio emissions and Voyager 2 also showed that Neptune had a surprisingly active weather system. Six new moons were discovered, and the planet was shown to have more than one ring.^[135][160]

The flyby also provided the first accurate measurement of Neptune’s mass which was found to be 0.5 percent less than previously calculated. The new figure disproved the hypothesis that an undiscovered Planet X acted upon the orbits of Neptune and Uranus.^[161][162]

Since 2018, the China National Space Administration has been studying a concept for a pair of Voyager-like interstellar probes tentatively known as Interstellar Express or Interstellar Heliosphere Probe.^[163] Both probes will be launched at the same time in 2024 and take differing paths to explore opposing ends of the heliosphere; the second probe, IHP-2, will fly by Neptune in January 2038, passing only 1,000 km above the cloud tops, and potentially carry an atmospheric impactor to be released during its approach.^[164] Afterward, it will continue on its mission throughout the Kuiper belt toward the tail of the heliosphere, so far unexplored.

After Voyager 2 and IHP-2‘s flybys, the next step in scientific exploration of the Neptunian system is considered to be an orbital mission; most proposals have been by NASA, most often for a Flagship orbiter.^[165] Such a hypothetical mission is envisioned to be possible in the late 2020s or early 2030s.^[165] However, there have been discussions to launch Neptune missions sooner. In 2003, there was a proposal in NASA’s “Vision Missions Studies” for a “Neptune Orbiter with Probes” mission that does Cassini-level science.^[166] Another, more recent proposal was for Argo, a flyby spacecraft to be launched in 2019, that would visit Jupiter, Saturn, Neptune, and a Kuiper belt object. The focus would be on Neptune and its largest moon Triton to be investigated around 2029.^[167] The proposed New Horizons 2 mission (which was later scrapped) might also have done a close flyby of the Neptunian system. Currently a pending proposal for the Discovery program, Trident would conduct a flyby of Neptune and Triton;^[168] however, the mission was not selected for Discovery 15 or 16. Neptune Odyssey is the current mission concept for a Neptune orbiter and atmospheric probe being studied as a possible large strategic science mission by NASA that would launch between 2031 and 2033, and arrive at Neptune by 2049.^[169]

See also

Notes

References

Bibliography

• Burgess, Eric (1991). Far Encounter: The Neptune system. Columbia University Press. ISBN 978-0-231-07412-4.
• Moore, Patrick (2000). The Data Book of Astronomy. CRC Press. ISBN 978-0-7503-0620-1.

Further reading

• Miner, Ellis D.; Wessen, Randii R. (2002). Neptune: The Planet, Rings, and Satellites. Springer-Verlag. ISBN 978-1-85233-216-7.
• Standage, Tom (2001). The Neptune File. Penguin. ISBN 978-0-8027-1363-6.

External links

• NASA’s Neptune fact sheet
• Neptune from Bill Arnett’s nineplanets.org
• Neptune Astronomy Cast episode No. 63, includes full transcript.
• Neptune Profile (archived 15 November 2002) at NASA’s Solar System Exploration site
• Interactive 3D gravity simulation of Neptune and its inner moons Archived 22 September 2020 at the Wayback Machine

Нептун
Нептун с «Вояджера-2».
Открытие
Первооткрыватель	Урбен Леверье Иоганн Галле Генрих д’Арре
Место открытия	Берлин
Дата открытия	23 сентября 1846[1]
Способ обнаружения	расчёт
Орбитальные характеристики[2][комм. 1]
Перигелий	4 452 940 833 км 29,76607095 а. е.
Афелий	4 553 946 490 км 30,44125206 а. е.
Большая полуось (a)	4 503 443 661 км 30,10366151 а. е.
Эксцентриситет орбиты (e)	0,011214269
Сидерический период обращения	60 190,03[3] дня 164,79 года
Синодический период обращения	367,49 дня[4]
Орбитальная скорость (v)	5,4349 км/с[4]
Средняя аномалия (Mo)	267,767281°
Наклонение (i)	1,767975° 6,43° относительно солнечного экватора
Долгота восходящего узла (Ω)	131,794310°
Аргумент перицентра (ω)	265,646853°
Чей спутник	Солнца
Спутники	14
Физические характеристики
Полярное сжатие	0,0171 ± 0,0013
Экваториальный радиус	24 764 ± 15 км[5][6]
Полярный радиус	24 341 ± 30 км[5][6]
Средний радиус	24 622 ± 19 км [7]
Площадь поверхности (S)	7,6408·109 км²[3][6]
Объём (V)	6,254·1013 км³[4][6]
Масса (m)	1,0243·1026 кг[4] 17,147 земных
Средняя плотность (ρ)	1,638 г/см³[4][6]
Ускорение свободного падения на экваторе (g)	11,15 м/с²[4][6] (1,14 g)
Вторая космическая скорость (v2)	23,5 км/c[4][6]
Экваториальная скорость вращения	2,68 км/с 9648 км/ч
Период вращения (T)	0,6653 дня[8] 15 ч 57 мин 59 с
Наклон оси	28,32°[4]
Прямое восхождение северного полюса (α)	19ч 57м 20с[5]
Склонение северного полюса (δ)	42,950°[5]
Альбедо	0,29 (Бонд) 0,41 (геом.)[4]
Видимая звёздная величина	8,0—7,78m[4][9]
Угловой диаметр	2,2″—2,4″[4][9]
Температура
	мин. сред. макс.
уровень 1 бара	72 К[4] (около −200 °С)
0,1 бара (тропопауза)	55 К[4]
Атмосфера[4]
Состав: 80±3,2 % водород (H2) 19±3,2 % гелий 1,5±0,5 % метан ~0,019 % дейтерид водорода (HD) ~0,00015 % этан Льды: аммиачные водные гидросульфидно-аммониевые (NH4SH) метановые (?)
Информация в Викиданных

Непту́н — восьмая и самая дальняя от Земли 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 земных^[10].
Планета была названа в честь римского бога морей. Её астрономический символ  — стилизованная версия трезубца Нептуна.

Обнаруженный 23 сентября 1846 года^[1], 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»^[11]. Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия^[12], наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного, метанового. Недра Нептуна, как и Урана, состоят главным образом изо льдов и горных пород^[13]. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты^[14].

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч^[15]. 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^[10][12]. В центре Нептуна температура составляет по различным оценкам от 5400 K^[16] до 7000—7100 °C^[17][18], что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная система колец, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году^[19].

В 1948 году в честь открытия планеты Нептун было предложено назвать новый химический элемент под номером 93 нептунием^[20].

12 июля 2011 года исполнился ровно один Нептунианский год — или 164,79 земного года — с момента открытия Нептуна 23 сентября 1846 года^[21][22].

История открытия

Согласно зарисовкам, Галилео Галилей наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года, а затем 29 января 1613 года. Однако в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе.^[23] Поэтому Галилей не считается первооткрывателем Нептуна.

Во время первого периода наблюдений в декабре 1612 года Нептун был в точке стояния, как раз в день наблюдений он перешёл к попятному движению. Видимое попятное движение наблюдается, когда Земля обгоняет по своей орбите внешнюю планету. Поскольку Нептун был вблизи точки стояния, движение планеты было слишком слабым, чтобы быть замеченным с помощью маленького телескопа Галилея^[24].

В 1821 году Алексис Бувар опубликовал астрономические таблицы орбиты Урана^[25].
Более поздние наблюдения показали существенные отклонения реального движения Урана от таблиц. В частности, английский астроном Т. Хасси на основе собственных наблюдений обнаружил аномалии в орбите Урана и предположил, что они могут быть вызваны наличием внешней планеты. В 1834 Хасси посетил Бувара в Париже и обсудил с ним вопрос об этих аномалиях. Бувар согласился с гипотезой Хасси и обещал провести расчёты, необходимые для поиска гипотетической планеты, если найдёт время для этого, но в дальнейшем не занимался этой проблемой. В 1843 Джон Куч Адамс вычислил орбиту гипотетической восьмой планеты для объяснения изменения в орбите Урана. Он послал свои вычисления сэру Джорджу Эйри, королевскому астроному, а тот в ответном письме попросил разъяснений. Адамс начал набрасывать ответ, но почему-то так и не отправил его и в дальнейшем не настаивал на серьёзной работе по данному вопросу^[26][27].

Урбен Леверье независимо от Адамса в 1845—1846 годах провёл свои собственные расчёты, но астрономы Парижской обсерватории не разделяли его энтузиазма и проводить поиски предполагаемой планеты не стали. В июне, ознакомившись с первой опубликованной Леверье оценкой долготы планеты и убедившись в её схожести с оценкой Адамса, Эйри убедил директора Кембриджской обсерватории Д. Чэллиса начать поиски планеты, которые безуспешно продолжались в течение августа и сентября^[28][29]. Чэллис дважды наблюдал Нептун, но, вследствие того, что он отложил обработку результатов наблюдений на более поздний срок, ему не удалось своевременно идентифицировать искомую планету^[28][30].

Тем временем Леверье удалось убедить астронома Берлинской обсерватории Иоганна Готтфрида Галле заняться поисками планеты. Генрих д’Арре, студент обсерватории, предложил Галле сравнить недавно нарисованную карту неба в районе предсказанного Леверье местоположения с видом неба на текущий момент, чтобы заметить передвижение планеты относительно неподвижных звёзд. Планета была обнаружена в первую же ночь примерно после одного часа поисков. Вместе с директором обсерватории Иоганном Энке в течение двух ночей они продолжили наблюдение участка неба, где находилась планета, в результате чего им удалось обнаружить её передвижение относительно звёзд и убедиться, что это действительно новая планета^[31]. Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года, в пределах 1° от координат, предсказанных Леверье, и примерно в 12° от координат, предсказанных Адамсом.

Вслед за открытием последовал спор между англичанами и французами за право считать открытие Нептуна своим. В конечном счёте консенсус был найден и было принято решение считать Адамса и Леверье сооткрывателями. В 1998 году были вновь найдены так называемые «бумаги Нептуна» (имеющие историческое значение бумаги из Гринвичской обсерватории), которые были незаконно присвоены астрономом Олином Дж. Эггеном, хранились у него в течение почти трёх десятилетий и были найдены в его владении только после его смерти^[32].
После пересмотра документов некоторые историки теперь полагают, что Адамс не заслуживает равных с Леверье прав на открытие Нептуна (что, впрочем, подвергалось сомнениям и ранее: например Деннисом Роулинсом ещё с 1966 года). В 1992 году в статье в журнале «Dio»^[33] он назвал требования британцев признать равноправие Адамса на открытие воровством^[34]. «Адамс проделал некоторые вычисления, но он был немного не уверен в том, где находится Нептун», — сказал Николас Коллеструм из Университетского колледжа Лондона в 2003 году^[35][36].

Название

Некоторое время после открытия Нептун обозначался просто как «внешняя от Урана планета» или как «планета Леверье». Первым, кто выдвинул идею об официальном наименовании, был Галле, предложивший название «Янус». В Англии Чайлз предложил другое название: «Океан»^[37].

Утверждая, что имеет право дать наименование открытой им планете, Леверье предложил назвать её Нептуном, ложно утверждая, что такое название одобрено французским бюро долгот^[38]. В октябре он пытался назвать планету по своему имени — «Леверье» — и был поддержан директором обсерватории Франсуа Араго, однако эта инициатива натолкнулась на существенное сопротивление за пределами Франции^[39]. Французские альманахи очень быстро вернули название Гершель для Урана, в честь её первооткрывателя Уильяма Гершеля, и Леверье для новой планеты^[40].

Директор Пулковской обсерватории Василий Струве отдал предпочтение названию «Нептун». В римской мифологии Нептун — бог моря и соответствует греческому Посейдону^[41]. О причинах своего выбора он сообщил на съезде Императорской Академии наук в Петербурге 29 декабря 1846 года^[42]. Это название получило поддержку за пределами России и вскоре стало общепринятым международным наименованием планеты.

Статус

С момента открытия и до 1930 года Нептун оставался самой далёкой от Солнца известной планетой. После открытия Плутона Нептун стал предпоследней планетой, за исключением 1979—1999 годов, когда Плутон находился внутри орбиты Нептуна^[43]. Однако исследование пояса Койпера в 1992 году привело к обсуждению вопроса о том, считать ли Плутон планетой или частью пояса Койпера^[44][45]. В 2006 году Международный астрономический союз принял новое определение термина «планета» и классифицировал Плутон как карликовую планету, и, таким образом, вновь сделал Нептун последней планетой Солнечной системы^[46].

Эволюция представлений о Нептуне

Ещё в конце 1960-х годов представления о Нептуне несколько отличались от сегодняшних. Хотя были относительно точно известны сидерический и синодический периоды обращения вокруг Солнца, среднее расстояние от Солнца, наклон экватора к плоскости орбиты, существовали и параметры, измеренные менее точно. В частности, масса оценивалась в 17,26 земных вместо 17,15; экваториальный радиус в 3,89 вместо 3,88 от земных. Звёздный период обращения вокруг оси оценивался в 15 часов 8 минут вместо 15 часов и 58 минут, что является наиболее существенным расхождением текущих знаний о планете со знаниями того времени^[47].

В некоторых моментах разночтения были и позже. Первоначально, до полёта Вояджера-2, предполагалось, что магнитное поле Нептуна имеет такую же конфигурацию, как поля Земли и Сатурна. По последним представлениям, поле Нептуна имеет вид т. н. «наклонного ротатора». Географические и магнитные «полюса» Нептуна (если представить его поле дипольным эквивалентом) оказались под углом друг к другу более 45°. Таким образом, при вращении планеты её магнитное поле описывает конус^[48].

Физические характеристики

Обладая массой в 1,0243·10²⁶ кг^[4], 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^{[комм. 2]}. Экваториальный радиус Нептуна равен 24 764 км^[5], 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 иного состава (меньшей концентрации летучих веществ^[49]). При поиске экзопланет Нептун используется как метоним: обнаруженные экзопланеты со схожей массой часто называют «нептунами»^[50], также часто астрономы используют как метоним «юпитеры».

Орбита и вращение

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^[51]. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот^[3][52]. 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^[2]. Осевой наклон Нептуна — 28,32°^[53], 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^[54].

Период вращения Нептуна вокруг своей оси составляет около 16 часов.^[3] 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^[55]. Это приводит к сильному широтному сдвигу ветров^[56].

Орбитальные резонансы

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^[57]. 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.^[58].

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^[59]. 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^[60]. Эти объекты совершают один оборот каждые 1½ оборота Нептуна и известны как «плутино», потому что среди них находится один из крупнейших объектов пояса Койпера — Плутон^[61].
Хотя орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, резонанс 2:3 не позволит им столкнуться^[62].
В других, менее «населённых», областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5^[63].

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^[64].

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^[16].

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^[1]. 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^[65].
На глубине 7000 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро^[66].
Согласно одной из гипотез, имеется целый океан «алмазной жидкости»^[67].
Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли^[68]. 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^[16][69].

Магнитосфера

И своей магнитосферой, и магнитным полем, сильно наклонённым на 47° относительно оси вращения планеты и распространяющимся на 0,55 от её радиуса (приблизительно 13 500 км), Нептун напоминает Уран. До прибытия к Нептуну «Вояджера-2» учёные полагали, что наклонённая магнитосфера Урана была результатом его «бокового вращения». Однако теперь, после сравнения магнитных полей этих двух планет, учёные полагают, что такая странная ориентация магнитосферы в пространстве может быть вызвана приливами во внутренних областях. Такое поле может появиться благодаря конвективным перемещениям жидкости в тонкой сферической прослойке электропроводных жидкостей этих двух планет (предполагаемая комбинация из аммиака, метана и воды)^[70], что приводит в действие гидромагнитное динамо^[71].
Магнитное поле на экваториальной поверхности Нептуна оценивается в 1,42 μT в течение магнитного момента 2,16·10¹⁷ Tm³. Магнитное поле Нептуна имеет сложную геометрию с относительно большими небиполярными компонентами, включая сильный квадрупольный момент, который по мощности может превышать дипольный. В противоположность этому — у Земли, Юпитера и Сатурна относительно небольшой квадрупольный момент, и их поля менее отклонены от полярной оси^[72][73].
Головная ударная волна Нептуна, где магнитосфера начинает замедлять солнечный ветер, проходит на расстоянии в 34,9 планетарных радиусов. Магнитопауза, где давление магнитосферы уравновешивает солнечный ветер, находится на расстоянии в 23—26,5 радиусов Нептуна. Хвост магнитосферы тянется до расстояния в 72 радиуса Нептуна, а возможно и гораздо дальше^[72].

Атмосфера и климат

Атмосфера

В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий, которые составляют соответственно 80 и 19 % на данной высоте^[16]. 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^[74]. 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^[14]. 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^[75]. 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.

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^[70]. 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^[56]. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен^[16][75]. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа^[75][76]. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов^[75].
По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К^[77][78]. 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^[70][76].

Климат

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^[79].

Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими почти сверхзвуковых скоростей (около 600 м/с)^[81]. В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном^[82].
В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах^[70]. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси^[83]. 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^[75]. 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^[75]. В 2007 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^[84]. 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^[85].
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^[54].

Штормы

В 1989 году аппаратом НАСА «Вояджер-2» было открыто Большое Тёмное Пятно, устойчивый сверхзвуковой шторм-антициклон размерами 13 000 × 6600 км^[79]. 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^[86].
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^[83]. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем «скутер», группы облаков. 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^[87].
«Тёмные пятна» Нептуна, как полагают, рождаются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака^[88].
Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое. Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру^[56]. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе^[89].
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^[90]. В 2017 году астрономы с помощью телескопа Обсерватории Кека (Гавайские острова) сфотографировали ураган вблизи экватора Нептуна размером ~ 9 000 км в поперечнике или около 3/4 от диаметра Земли^[91].

Внутреннее тепло

Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, — следствие более высокой внутренней температуры^[92]. 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^[92]. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в −221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает −201,15 °C^[93]. 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^[94]. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла добавляет 161 % к энергии, получаемой от Солнца^[95].
Хотя Нептун — самая далёкая от Солнца планета, его внутренней энергии оказывается достаточно, чтобы породить самые быстрые ветры в Солнечной системе. Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты (подобно разогреву Земли радиоактивным калием-40)^[96], диссоциация метана в другие цепные углеводороды в условиях атмосферы Нептуна^[96][97], а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению гравитационных волн над тропопаузой^[98][99].

Образование и миграция

Для формирования ледяных гигантов — Нептуна и Урана — оказалось трудно создать точную модель. Современные модели полагают, что плотность материи во внешних регионах Солнечной системы была слишком низкой для формирования таких крупных тел традиционно принятым методом аккреции материи на ядро. Чтобы объяснить эволюцию Урана и Нептуна, было выдвинуто множество гипотез.

Одна из них считает, что оба ледяных гиганта не сформировались методом аккреции, а появились из-за нестабильностей внутри изначального протопланетного диска, и позднее их атмосферы были «сдуты» излучением массивной звезды класса O или B^[100].

Другая концепция заключается в том, что Уран и Нептун сформировались ближе к Солнцу, где плотность материи была выше, и впоследствии переместились на нынешние орбиты^[101].
Гипотеза перемещения Нептуна пользуется популярностью, потому что позволяет объяснить текущие резонансы в поясе Койпера, в особенности, резонанс 2:5. Когда Нептун двигался наружу, он сталкивался с объектами прото-пояса Койпера, создавая новые резонансы и хаотично меняя существующие орбиты. Считается, что объекты рассеянного диска оказались в своём нынешнем положении из-за взаимодействия с резонансами, созданными миграцией Нептуна^[102].

Предложенная в 2004 году компьютерная модель Алессандро Морбиделли из обсерватории Лазурного берега в Ницце предположила, что перемещение Нептуна к поясу Койпера могло быть вызвано возникновением резонанса 1:2 орбит Юпитера и Сатурна, который послужил своего рода гравитационным рычагом, заставившим Уран и Нептун изменить своё местоположение и вытолкнувшим их на более высокие орбиты. Выталкивание объектов из пояса Койпера в результате этой миграции может также объяснить «Позднюю тяжёлую бомбардировку», произошедшую через 600 миллионов лет после формирования Солнечной системы, и появление у Юпитера троянских астероидов^[103].

Астроном Дэвид Несворны из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (Колорадо, США) опубликовал в журнале «The Astronomical Journal» статью о том, что 4 млрд лет назад пятая планета-гигант силой своей гравитации вытолкнула Нептун c занимаемой им тогда орбиты рядом с Юпитером и Сатурном, на новое место на самой периферии Солнечной системы, за Ураном. Во время этой одиссеи Нептуна гравитационными силами были выброшены со своих орбит и малые планеты, сформировавшие затем сердцевину нынешнего пояса Койпера. Сама пятая планета-гигант по модели Несворны была выброшена из Солнечной системы навсегда^[104].

Спутники и кольца

У Нептуна на данный момент известно 14 спутников^[4]. Масса крупнейшего составляет более, чем 99,5 % от суммарной массы всех спутников Нептуна^{[комм. 3]}, и лишь он массивен настолько, чтобы стать сфероидальным. Это Тритон, открытый Уильямом Ласселом всего через 17 дней после открытия Нептуна. В отличие от всех остальных крупных спутников планет в Солнечной системе, Тритон обладает ретроградной орбитой. Возможно, он был захвачен гравитацией Нептуна, а не сформировался на месте, и, возможно, когда-то был карликовой планетой в поясе Койпера^[105]. Он достаточно близок к Нептуну, чтобы постоянно находиться в синхронном вращении. Из-за приливного ускорения Тритон медленно двигается по спирали к Нептуну, и, в конечном счёте, будет разрушен при достижении предела Роша^[106], в результате чего образуется кольцо, которое может быть более мощным, чем кольца Сатурна (это произойдёт через относительно небольшой в астрономических масштабах период времени: от 10 до 100 миллионов лет)^[107]. В 1989 году была проведена оценка температуры Тритона, которая составила −235 °C (38 К)^[108]. На тот момент это было наименьшее измеренное значение для объектов в Солнечной системе, обладающих геологической активностью^[109]. Тритон является одним из трёх спутников планет Солнечной системы, имеющих атмосферу (наряду с Ио и Титаном). Не исключено существование под ледяной корой Тритона жидкого океана, подобного океану Европы^[110].

Второй (по времени открытия) известный спутник Нептуна — Нереида, спутник неправильной формы с одним из самых высоких эксцентриситетов орбиты среди прочих спутников Солнечной системы. Эксцентриситет в 0,7512 даёт ей апоапсиду, в 7 раз большую её периапсиды^{[111][неавторитетный источник?]}.

С июля по сентябрь 1989 года «Вояджер-2» обнаружил 6 новых спутников Нептуна^[112]. Среди них примечателен спутник Протей неправильной формы. Он интересен тем, что являет собой пример, насколько крупным может быть тело его плотности, без стягивания в сферическую форму собственной гравитацией^[113]. Второй по массе спутник Нептуна составляет лишь четверть процента от массы Тритона.

Четыре самые внутренние спутника Нептуна — Наяда, Таласса, Деспина и Галатея. Их орбиты так близки к Нептуну, что находятся в пределах его колец. Следующая за ними, Ларисса, была первоначально открыта в 1981 году при покрытии звезды. Сначала покрытие было приписано дугам колец, но когда «Вояджер-2» посетил Нептун в 1989 году, выяснилось, что покрытие было произведено спутником. Между 2002 и 2003 годом было открыто ещё 5 спутников Нептуна неправильной формы, что было анонсировано в 2004 году^[114][115]. 16 июля 2013 с помощью телескопа «Хаббл» был открыт 14-й спутник Нептуна около 20 км в диаметре^[116]. Поскольку Нептун был римским богом морей, его спутники называют в честь меньших морских божеств^[41].

Кольца

У Нептуна есть кольцевая система, хотя гораздо менее существенная, чем, к примеру, у Сатурна. Кольца могут состоять из ледяных частиц, покрытых силикатами, или основанным на углероде материалом, — наиболее вероятно, это он придаёт им красноватый оттенок^[117]. В систему колец Нептуна входит 5 компонентов.

Наблюдения

Нептун не виден невооружённым глазом, так как его звёздная величина находится между +7,7 и +8,0^[4][9]. Таким образом, Галилеевы спутники Юпитера, карликовая планета Церера и астероиды 4 Веста, 2 Паллада, 7 Ирида, 3 Юнона и 6 Геба ярче его на небе^[118]. Для уверенного наблюдения планеты необходим телескоп c увеличением от 200× и выше и диаметром не менее 200—250 мм.^[119]. В этом случае можно увидеть Нептун как небольшой голубоватый диск, похожий на Уран^[120]. В бинокль 7×50 его можно заметить как слабую звезду.^[119]

Из-за значительности расстояния между Нептуном и Землёй угловой диаметр планеты меняется лишь в пределах 2,2—2,4 угловых секунд^[4][9]. Это наименьшее значение среди остальных планет Солнечной системы, поэтому визуальное наблюдение деталей поверхности данной планеты затруднено. Поэтому точность большинства телескопических данных о Нептуне была невысокой до появления космического телескопа «Хаббл» и крупных наземных телескопов с адаптивной оптикой. В 1977 году, к примеру, не был достоверно известен даже период вращения Нептуна^[121][122].

Для земного наблюдателя каждые 367 дней Нептун вступает в кажущееся ретроградное движение, таким образом, образуя своеобразные воображаемые петли на фоне звёзд во время каждого противостояния. В апреле и июле 2010 года и в октябре и ноябре 2011 года эти орбитальные петли привели его близко к тем координатам, где он был открыт в 1846 году^[52].

Наблюдения за Нептуном в диапазоне радиоволн показывают, что планета является источником непрерывного излучения и нерегулярных вспышек. И то и другое объясняют вращающимся магнитным полем планеты^[70]. В инфракрасной части спектра на более холодном фоне чётко видны волнения в глубине атмосферы Нептуна(т. н. «штормы»), порождённое теплом от сжимающегося ядра. Наблюдения позволяют с высокой долей достоверности установить их форму и размер, а также отслеживать их передвижения^[123]
[124].

Исследования

Ближе всего к Нептуну «Вояджер-2» подошёл 25 августа 1989 года. Так как Нептун был последней крупной планетой, которую мог посетить космический аппарат, было решено совершить близкий пролёт вблизи Тритона, не считаясь с последствиями для траектории полёта. Схожая задача стояла и перед «Вояджером-1» — пролёт вблизи Сатурна и его крупнейшего спутника — Титана. Изображения Нептуна, переданные на Землю «Вояджером-2», стали основой для появления в 1989 году в Публичной телевещательной службе (PBS) программы на всю ночь под названием «Нептун всю ночь»^[125].

Во время сближения сигналы с аппарата шли до Земли 246 минут. Поэтому, по большей части, миссия «Вояджера-2» опиралась на предварительно загруженные команды для сближения с Нептуном и Тритоном, а не на команды с Земли. «Вояджер-2» совершил достаточно близкий проход вблизи от Нереиды, прежде чем прошёл всего в 4400 км от атмосферы Нептуна 25 августа. Позднее в тот же день «Вояджер» пролетел вблизи Тритона^[126].

«Вояджер-2» подтвердил существование магнитного поля планеты и установил, что оно наклонено, как и поле Урана. Вопрос о периоде вращения планеты был решён измерением радиоизлучения. «Вояджер-2» также показал необычно активную погодную систему Нептуна. Было открыто 6 новых спутников планеты и кольца, которых, как оказалось, было несколько^[112][126].

Около 2016 года НАСА планировала послать к Нептуну КА «Нептун Орбитер». В настоящее время никаких предположительных дат старта не называется, и стратегический план исследования Солнечной системы больше не включает этот аппарат^[127].

Нептун в массовой культуре

Планета Нептун фигурирует в ряде художественных произведений^{[128][129][130]}, в литературе, кино и мультипликации.

Примечания

Комментарии

Использованная литература и источники

Литература

• Тейфель В. Г. Уран и Нептун — далёкие планеты-гиганты. — М.: Знание, 1982. — 64 с.
• Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. — 2-е изд. — М.: Наука, 1986. — 320 с.
• Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Поиски и открытия планет. — М.: Наука, 1975. — 216 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 65 000 экз.
  • Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Поиски и открытия планет. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Наука, 1984. — 224 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 100 000 экз.
• Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — М.: Физматлит, 2008. — 400 с. — ISBN 978-5-9221-0989-5.

Ссылки

	Портал «Астрономия»
	Нептун на Викискладе
	Нептун в Викиновостях

• «Вояджер-2» исследует Нептун
• Г. Бурба. Сердце морского гиганта // Научно-популярная статья в журнале «Вокруг света»
• Южный полюс Нептуна оказался тёплым (статья на Space.com (англ.))
• А. Левин. Охота на планету: Нептун. // Популярная механика, № 5, 2009.
• Нептун на galaxy.gcmsite.ru
• Нептун на astrolab.ru
• Нептун на edu.nstu.ru
• Нептун на galspace.spb.ru
• Astronomy Picture of the Day. Two Hours Before Neptune (англ.) (8 августа 2010). Проверено 16 февраля 2014.