Нептун - Астрономические сведения

Нептун — восьмая по удалённости от Солнца планета Солнечной системы. Планета была открыта в 1846 году и названа по имени бога морей в римской мифологии. Символ Нептуна — стилизированный трезубец, символ морского бога Нептуна.

Очень компактная газовая планета (плотность 1,64 г/см³) доминирует благодаря своей большой массе (17 × Земли) над всей внешней солнечной системой и влияет на орбиты многих тел меньшего размера таких как Плутон и транснептуновые объекты.

История открытия

Ночью 23 сентября 1846 Иоганн Галле (Johann Gottfried Galle) и Гейнрих д’Арре (Heinrich Louis d’Arrest), проводя наблюдения на обсерватории в Берлине, обнаружили планету всего в одном градусе от положения, рассчитанного в 1846 году французским астрономом Урбеном Леверье на основании данных о небольших возмущениях в движении Урана. Немного менее точное предсказание английского астронома Джона Адамса (John Couch Adams), сделанное на год раньше, встретило в Англии необоснованный скептицизм, и было опубликовано только после открытия планеты. Несмотря на это, англичане развернули ожесточенные споры о национальном приоритете, и о том, как следует назвать планету. В конечном итоге, планета получила название Нептун по имени бога моря римской мифологии, которое предложил Леверье сразу же после открытия. Интересно, что рассчитанная Леверье и Адамсом орбита Нептуна очень быстро отклонялась от действительной орбиты планеты, и если бы поиски затянулись на несколько лет, то по этим вычислениям найти планету уже было бы нельзя.

Изучение

На самых лучших фотографиях, сделанных с Земли, можно различить отдельные яркие облака и яркую дымку над южным полюсом планеты. Космический аппарат «Вояджер-2» подтвердил эти наблюдения, когда прошёл всего в 5000 км над верхушками облаков планеты 25 августа 1989. Кроме того, он обнаружил много новых деталей, в том числе обширную циклоническую систему в южном полушарии — Большое тёмное пятно. К 1994 г. эта система распалась, а космический телескоп им. Хаббла обнаружил новое Большое тёмное пятно в северном полушарии.

«Вояджер-2» также обнаружил меньшую циклоническую систему с ярким ядром из перистых облаков, хорошо различимую систему полос, и многочисленные тонкие перистые облака. Также было обнаружено маленькое яркое облачко неправильной формы, совершающее один оборот за 16 часов. Оно получило название «Скутер», и может быть верхушкой выброса из нижних слоев атмосферы. Некоторые из этих деталей отбрасывают тени на более глубокие слои облаков, что дало первые данные о вертикальном расслоении атмосферы Нептуна. Высокие облака, находящиеся на 50—100 км выше основного слоя, вероятно, состоят из кристаллов метана, а более низкий и непрерывный уровень образован кристаллами аммиака или сульфида водорода. Перистые облака быстро изменяются, часто образуясь и исчезая всего за несколько часов. Таким образом, погода на Нептуне динамична и изменчива, как и на Земле.

Астрономические данные

Орбита Нептуна — одна из наиболее близких к окружности в Солнечной системе. Её большая полуось равна 4504,3 млн км при эксцентриситете всего 0,0086. Расстояние Нептуна до Солнца меняется в пределах 29,8—30,4 а. е. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики равно 1°46'. Период обращения планеты вокруг Солнца равен 164,79 лет.

Максимальная звёздная величина Нептуна на земном небе равна 7,8, т.  е. он примерно в пять раз слабее самых слабых звёзд, видимых невооружённым глазом. В большие телескопы он выглядит как маленький голубоватый диск диаметром 2,3 угловых секунды.

Физические характеристики

У Нептуна, как и у других планет-гигантов, нет твердой поверхности, поэтому за уровень отсчета при измерении размеров планеты принимается уровень атмосферы, на котором давление составляет 1 бар. Экваториальный диаметр Нептуна равен 49528 км, полярный — 48680 км; его масса — 1.02×1026 кг — превосходит земную в 17,14 раз. Таким образом, эта планета немного меньше и тяжелее Урана. Средняя плотность Нептуна — 1,76 г/см³. Уровень солнечной энергии в окрестностях Нептуна очень мал и составляет около 8 Вт/м².

Атмосфера Нептуна на 98–99 % состоит из водорода и гелия. В ней содержится также 1–2 % метана. Перистые облака в атмосфере Нептуна, скорее всего, состоят из кристаллов замёрзшего метана. Сильные линии поглощения метана, доминирующие в спектре планеты, придают Нептуну интенсивный синий цвет. В спектре обнаружены также следы молекулярного водорода и этана. В микроволновом диапазоне обнаруживается присутствие небольших количеств аммиака.

Температура в атмосфере Нептуна меняется с глубиной. На уровне 0,1 бар температура минимальна — 50 К. Выше температура растет, достигая 750 К на высоте 2000 км (при давлении 10—11 бар), и далее остается постоянной. Также температура растет к центру планеты, где ожидаются значения температуры в 7000 К и давление в 5×106 бар. На уровне 1 бар температура атмосферы равна 74 К. Учитывая расстояние планеты до Солнца, ожидалось, что эффективная температура Нептуна составляет около 45 К, но оказалось, что она равна 59,3 К. Таким образом, на Нептуне часть тепла поступает из внутренних источников.

Ось вращения Нептуна наклонена к плоскости орбиты на 29°34'. Период вращения магнитного поля Нептуна, который, как полагают, связан с вращением ядра планеты, был определен «Вояджером-2» и составляет 16,11 часов (16 часов 07 минут). Большинство облаков вращаются с другими периодами, составляющими от 12 часов вблизи от южного полюса до 18 часов возле экватора. Это означает, что на Нептуне дуют ветры со скоростями до 2400 км/час, направленные против вращения планеты. Это самые сильные ветры в Солнечной системе.

«Вояджер-2» обнаружил, что ось магнитного поля Нептуна наклонена на 46° к оси вращения планеты, и смещена от центра планеты на расстояние в 0,55 радиуса планеты. В результате, напряженность магнитного поля сильно варьирует по поверхности планеты — от 0,1 гаусс в северном полушарии до 1 гаусс в южном. Полагают, что магнитное поле Нептуна порождается не ядром планеты, а мантией, богатой аммиаком. Сильный наклон оси магнитного поля приводит к тому, что траектории движения заряженных частиц в магнитосфере планеты пересекают траектории движения спутников и колец; в результате многие заряженные частицы поглощаются спутниками и кольцами, и их концентрация в магнитосфере уменьшается. Кроме того, «Вояджер» обнаружил на Нептуне полярные сияния, хотя и гораздо более слабые, чем на Земле. Они имеют сложный характер и распространяются на больших участках планеты, не только вокруг магнитных полюсов.

Полагают, что Нептун имеет ядро из расплавленных скальных пород, окружённое внешним ядром из частично расплавленной смеси аммиака, воды и метана, не разделённой на слои.
По данным на июнь 2005 г., у Нептуна 13 спутников.

Кольца

До пролёта «Вояджера-2» наличие у Нептуна колец было предметом оживленной дискуссии. Некоторые наземные наблюдения позволяли предположить, что вокруг планеты расположены неправильные дуги. Снимки «Вояджера» показали, что вокруг планеты существуют пять колец: два ярких и узких и три более слабых. Некоторые сектора внешнего яркого кольца значительно ярче, чем другие, и именно они были открыты при наблюдениях с Земли. Протяжённость таких дуг составляет от 1000 до 10000 км. Три самых ярких из них получили названия Свобода, Равенство и Братство. Яркие кольца (1989N2R, Леверье и 1989N1R, Адамс) расположены на расстояниях 53 тыс. км и 63 тыс. км. Внутреннее яркое кольцо имеет ширину всего 15 км. Спутники Галатея и Деспина движутся как раз по внутреннему краю 1989N1R и 1989N2R соответственно, и, возможно, участвуют в их формировании. Одно из широких колец расположено на расстоянии 42 тыс. км (1989N3R, Галле), другое — между яркими кольцами (1989N4R Лассель, Араго), и третье, по-видимому, заполняет пространство между внутренним широким кольцом и планетой. Кольца не отражают радиоволн, что указывает на отсутствие в них частиц размером крупнее сантиметра. То, что кольца лучше видны, если Солнце подсвечивает их сзади, указывает на преобладание пылевидных частиц. Возможно, кольца состоят из метанового льда, потемневшего под действием излучения Солнца.

Интересные факты

Галилей, при наблюдениях спутников Юпитера 28 декабря 1612 г. и 28 января 1613 г., обнаружил изменение относительного положения двух звёзд. Только через 366 лет, в 1979 г. выяснилось, что одной из этих «звёзд» был Нептун.