Общие сведения о Нептуне

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

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

Нептун с расстояния 4,4 млн.км.

Нептун. Фото в условных цветах.

Открытие Непту́на

Открытие Непту́на "на кончике пера"

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

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

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

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

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

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

Открытие Непту́на на небе

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

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

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

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

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

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

Общие сведения о Нептуне

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

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

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

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

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

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

Атмосфера и поверхность Непту́на

Атмосфера Нептуна

Рельеф облаков Нептуна

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

Состав атмосферы следующий:

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

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

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

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

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

Нептун планета. Краткое описание открытия. Ярко синяя планета — первая, обнаруженная благодаря математическим вычислениям, а также благодаря Урану, который отклонился от траектории движения, тем самым заставив астрономов искать крупный объект, повлиявшим на него.

За право считаться первооткрывателем сражались Джон Куч Адамс и Урбен Леверье. Не зная о работе друг друга, они провели математические расчеты и доказали, что планета существует и ошиблись весьма незначительно. В сентябре 1846 года планету обнаружили астроном Иоганн Готтфрид Галле и студент обсерватории Генрих д’Дарре, направив телескоп в указанные координаты, они несколько ночей наблюдали за движением планеты. С тех пор Адамс и Леверье считаются сооткрывателями. Название планета получила в честь римского бога морей — Нептуна.

Общее описание

Восьмая и самая удаленная от Солнца планета, расстояние 4,5 млрд километров. Полный оборот делается за 165 лет, двигаясь по орбите со скоростью 5,4 км/с.
Газовый гигант занимает четвертое место по размерам. Радиус экватора 24764 км, радиус полюсов 24341 километра, что придает планете сплюснутую форму.
Осевой наклон похож на земной, составляет 28,32 градуса. Вращение вокруг своей оси совершает за 15 часов, 58 минут. Времена года сменяются также, как на Земле, длятся около 40 лет.
Нептун хоть и относится к классу газовых гигантов, но из-за меньшего размера и насыщенности летучих веществ, причисляется к “ледяным гигантам”

Строение и атмосфера

Так как наблюдать за Нептуном не представляется возможным, из-за удаленности и не очень удачного расположения в космосе, то ученые произвели расчеты и создали приблизительную модель строения планеты.

Ядро состоит из никеля, силикатов и железа. Примерная температура больше 5400 Кельвинов. Давление 7 мегабар.
Дальше простирается горячая и жидкая смесь — мантия, состоящая из воды, метана, аммиака, так называемый “океан водного аммиака”. Ближе к условной поверхности нагрев уменьшается и колеблется от 5000 до 2000К, плавно переходя в нижний слой атмосферы. Высота перехода приблизительно равна 3000 км.

Атмосфера, верхний слой, содержит 80 % водорода, 19% гелия, примерно 1% метана. Присутствием метана, его способностью поглощать спектр красного цвета, объясняют синий цвет планеты.
Облака переменных составов располагаются в тропосфере. Выше облачного слоя ученые заметили облачные полосы, достигающие ширины 150 километров.
Средняя температура на планете минусовая, — 200 гр.

На планете постоянные свирепствуют штормы, ветра, достигающие скорости больше 600 метров в секунду. Причем ветер высоких широт дует по направлению движения Нептуна, а нижних в обратном.
Благодаря космическому аппарату “Вояджер 2”, посетившую планету в августе 1989 года, открыли Большое темное пятно, огромный антициклон, размером 13000 х 6600 км, зафиксированная скорость ветра 2400 км в час. Но уже в 1994 году его не обнаружили, зато в последние годы с помощью телескопа наблюдают за “Северным большим пятном”.

Спутники и кольца

Кольцевая система включает всего пять компонентов: первое — внешнее кольцо Адамса, второе — кольцо Араго, третье — кольцо Ласселла, четвертое — кольцо Леверье, пятое — кольцо Галле.
Могут состоять из частиц льда. Красноватый оттенок, предположительно, получается из-за присутствия углерода.

На сегодняшний день известно о 14 спутниках.
Тритон — первый крупный спутник был замечен Уильямом Ласселом, астроном из Англии, в 1846 году.
Только в следующем столетии, в 1949 году Джерард Койпер разглядел Нереиду.
Космический аппарат “Вояджер 2” в 1989 году передал данные о шести новых: Деспина, Протей, Ларисса, Наяда, Галатея, Таласса.
Список пополнился в 2002 и 2003 годах, добавились еще пять объектов.
В 2013 между орбит Лариссы и Протея обнаружили четырнадцатый спутник, его пока не назвали, дав обозначение S/2004 N 1, его диаметр всего 18 км.

Крупнейший спутник Тритон, диаметром 2707 км, является самым холодным, температура опускается до минус 235 градусов. Геологически активен, обнаружены действующие вулканы и гейзеры. Тритон медленно по спирали сближается с Нептуном и будет разрушен гравитационными силами, пополнив кольцевую систему. Но произойдет это нескоро.
Ученые не исключают наличие жидкого океана, такого как у юпитерского спутника Европы, что подразумевает наличие живых организмов, в примитивной форме.

Планета Нептун — детям

Нептун планета. Краткое описание для детей расскажет о самой синей планете в нашей солнечной системе.
Планету обнаружили благодаря математическим расчетам два ученых: французский математик Урбен Леверье и британский астроном Джон Куч Адамс. Чтобы убедиться в правильности расчетов, немецкий астроном Иоганн Готтфрид Галле и студент Генрих д’Арре, начали наблюдать за звездным небом в телескоп. И обнаружили новую планету, правда не совсем там, где указывали Леверье и Адамс.
Свое название Нептун получил в честь бога морей.

Нептун самая дальняя от солнца планета, он восьмой по счету. По размеру занимает 4 место, диаметр больше земного в 4 раза, а по массе на третьем.
Вокруг Солнца обращается за 165 лет, смена времен происходит через 40 лет, а нептунские сутки равны примерно 16 часам.

Планета считается газовым гигантом, но из-за того, что содержит аммиак, воду, метан, сероводород, его причисляют к ледяным гигантам. В нашей системе всего две такие планеты — Уран и Нептун.
Атмосфера непригодна для жизни, содержит водород, гелий, метан и другие газы.
Это одна из холодных планет, температура опускается ниже -220 гр.
Центр планеты состоит из горных пород и смеси воды, метана, аммиака.
В атмосфере бушуют самые сильные ветра, их скорость достигает 2100 км в час.

У Нептуна есть своя система из пяти колец, они названы в честь ученых, принимавших участие в открытии.
Известное количество спутников 14, самый маленький имеет диаметр 18 км, а самый большой и изученный Тритон, диаметром 2707 км.

Нептун еще плохо изучен, космический аппарат “Вояджер 2” только однажды побывал около планеты. Даже в самые современные телескопы плохо удается рассмотреть его, слишком далеко.

Вояджер-2 сделал этот снимок Нептуна за пять дней до своего исторического пролета планеты 25 августа 1989 года.

Планета Нептун – таинственный голубой гигант на окраине Солнечной системы, о существовании которого не подозревали до конца первой половины XIX столетия.

Далекая, невидимая без оптических приборов планета, была открыта осенью 1846 года. Первым о существовании небесного тела, аномально влияющего на движение , задумался Дж. К. Адамс. Свои расчеты и предположения он представил королевскому астроному Эри, который оставил их без внимания. В это же время исследованием отклонений в орбите Урана занимался француз Леверье, его выводы о существовании неизвестной планеты были представлены в 1845 году. Было очевидным, что результаты двух независимых исследований очень близки.

В сентябре 1846 года через телескоп Берлинской обсерватории была замечена неизвестная планета, расположенная в месте, указанном в расчетах Леверье. Открытие, сделанное при помощи математических вычислений, потрясло научный мир и стало предметом спора Англии и Франции о национальном приоритете. Во избежание споров можно считать первооткрывателем немецкого астронома Галле, который рассмотрел новую планету в телескоп. По традиции для названия было выбрано имя одного из римских богов – покровителя морей Нептуна.

Орбита Нептуна

После Плутона из списка планет, Нептун оказался последним – восьмым – представителем Солнечной системы. Его удаленность от центра составляет 4,5 млрд. км, на прохождение этого расстояния волне света необходимо 4 часа. Планета вместе с Сатурном, Ураном и Юпитером вошла в группу четырех газовых гигантов. Из-за огромного диаметра орбиты год здесь равен 164,8 земным, а сутки пролетают менее чем за 16 часов. Траектория прохождения вокруг Солнца близка к круговой, ее эксцентриситет равен 0,0112.

Строение планеты

Математические расчеты позволили создать теоретическую модель строения Нептуна. В его центре расположено твердое ядро, по массе аналогичное Земле, в составе замечено железо, силикаты, никель. Поверхность выглядит вязкой массой из аммиачной, водной и метановой модификации льда, которая без четкой границы перетекает в атмосферу. Внутренняя температура ядра довольно высока – достигает 7000 градусов, – но из-за высокого давления застывшая поверхность не тает. Нептуна превышает земную в 17 раз и составляет 1,0243х10 в 26 кг.

Атмосфера и бушующие ветра

Основу представляют: водород – 82%, гелий – 15% и метан – 1%. Это традиционный состав для газовых гигантов. Температура на условной поверхности Нептуна показывает -220 градусов по Цельсию. В нижних слоях атмосферы замечены облака, образованные кристаллами метана, сероводородом, аммиаком или сульфидом аммония. Именно эти кусочки льда создают голубое свечение вокруг планеты, но это лишь часть объяснения. Существует гипотеза о неизвестном веществе, которое дает яркий синий цвет.

Уникальной скоростью обладают ветра, дующие на Нептуне, ее среднее число равно 1000 км/ч, а порывы при урагане достигают 2400 км/ч. Воздушные массы движутся против оси вращения планеты. Необъяснимым фактом является усиление бурь и ветров, которое наблюдается с нарастанием расстояния между планетой и Солнцем.

Космический аппарат « » и телескоп Хаббл наблюдали удивительное явление – Большое Темное Пятно – ураган грандиозных размеров, который несся по Нептуну со скоростью 1000 км/ч. Подобные вихри появляются и пропадают в разных местах планеты.

Магнитосфера

Магнитное поле гиганта получило значительную мощность, его основой считается токопроводящая жидкая мантия. Смещение магнитной оси по отношению к географической на 47 градусов заставляет магнитосферу изменять свою форму вслед за вращением планеты. Этот могучий щит отражает энергию солнечного ветра.

Спутники Нептуна

Спутник – Тритон – был замечен спустя месяц после грандиозного открытия Нептуна. Его масса равняется 99% от всей системы спутников. Появление Тритона связывают с возможным захватом из .
Пояс Койпера — обширная область, заполненная объектами размером с небольшой спутник, но есть немногие из них размером с Плутон и некоторые, может даже и больше. За поясом Койпера располагается — место откуда к нам прилетают кометы. Облако Оорта простирается почти на полпути к ближайшей звезде.

Тритон — одна из трех лун в нашей системе, обладающая атмосферой. Тритон единственный имеет сферическую форму. Всего в компании Нептуна 14 небесных тел, названных именами более мелких богов морских глубин.

Со времени обнаружения планеты обсуждалось наличие у нее , но подтверждений теории не находили. Только в 1984 году в чилийской обсерватории заметили яркую дугу. Остальные пять колец были найдены благодаря исследованиям аппарата «Вояджер-2». Образования имеют темный цвет и не отражают солнечный свет. Своими именами они обязаны людям, открывшим Нептун: Галле, Леверье, Арго, Лассель, а самое далекое и необычное названо в честь Адамса. Это кольцо состоит из отдельных дужек, которые должны были слиться в единую конструкцию, но не делают этого. Возможной причиной считается воздействие гравитации не открытых еще спутников. Одно образование осталось безымянным.

Исследования

Огромная удаленность Нептуна от Земли и особенное расположение в космосе затрудняют наблюдения за планетой. Появление крупных телескопов с мощной оптикой расширило возможности ученых. Все исследования Нептуна основываются на данных, полученных миссией «Вояджер – 2». Далекая синяя планета, летящая у границы известного нам мира, полна , о которых мы практически ничего еще не знаем.

Новые Горизонты запечатлели Нептун и его спутник Тритон. Снимок сделан 10 июля 2014 года с расстояния 3,96 млрд. километров.

Изображения Нептуна

Изображения Нептуна и его спутников, сделанные Вояджером-2 в значительной степени недооценивают. Более увлекательным, чем даже сам Нептун, является его гигантский спутник Тритон, который похож по размеру и плотности на Плутон. Тритон, возможно, был захвачен Нептуном о чем свидетельствует его ретроградное движение (по часовой стрелке) по орбите вокруг Нептуна. Гравитационное взаимодействие между спутником и планетой генерирует тепло и поддерживает Тритон активным. Его поверхность имеет несколько кратеров и геологически активна.

Его кольца тонкие и слабые и почти невидимые с Земли. Вояджер-2 сделал снимок, когда они были подсвечены Солнцем. Изображение сильно переэкспонированно (10-минут).

Облака Нептуна

Несмотря на большое расстояние от Солнца, Нептун имеет весьма динамичную погоду, в том числе самые сильные ветра в Солнечной системе. «Большое Темное Пятно», которое видно на снимке, уже исчезло и показывает нам как быстро происходят изменения на самой далекой планете.

Самая полная карта Тритона на сегодняшний день

Пол Шенк из института Луны и планет (Хьюстон, США) переработал старые данные Вояджера, чтобы выявить больше деталей. В результате получилась карта обоих полушарий, хотя большая часть Северного полушария отсутствует, из-за того, что в момент пролета зонда была в тени.

Анимация пролета космического аппарата Вояджер-2 мимо Тритон а, совершенного в 1989 году. Во время пролета, большая часть Северного полушария Тритон а была в тени. Из-за большой скорости Вояджера и медленного вращения Тритон а, мы смогли увидеть только одно полушарие.

Гейзеры Тритона