5. Нептун

Нептун - восьма за віддаленістю від Сонця планета Сонячної системи. Планета була відкрита 1846 року і названа на ім’я бога морів у римській міфології. Символ планети Нептуна - стилізований тризубець, що, у свою чергу, є символом міфічного морського бога Нептуна.

Історія відкриття

Уночі 23 вересня 1846 Йоганн Галлі (Johann Gottfried Galle) і Гейнріх Д’Арре (Heinrich Louis d’Arrest), проводячи спостереження на обсерваторії в Берліні, знайшли планету усього в одному градусі від положення, обчисленого 1846 року французьким астрономом Урбеном Левер’є на підставі даних про невеликі збурювання в русі Урана. Дещо менш точне пророкування англійського астронома Джона Адамса (John Couch Adams), зроблене роком раніш, зустріло в Англії необґрунтований скептицизм і було опубліковано тільки після відкриття планети. Незважаючи на це, англійці розгорнули запеклі суперечки про національний пріоритет і про те, як слід назвати планету. Зрештою, планета одержала назву Нептун на ім’я бога моря римської міфології, що запропонував Левер’є відразу ж після відкриття. Цікаво, що розрахована Левер’є й Адамсом орбіта Нептуна дуже швидко відхилялася від реальної орбіти планети, і якби пошуки затяглися на кілька років, то за цими обчисленнями виявити планету вже було б неможливо.

Дослідження

На найкращих фотографіях, зроблених із Землі, можна розрізнити окремі яскраві хмари і яскравий серпанок над південним полюсом планети. Космічний апарат «Вояджер-2» підтвердив ці спостереження, коли пройшов усього в 5000 км над верхівками хмар планети 25 серпня 1989 року. Крім того, він знайшов багато нових деталей, у тому числі велику циклонічну систему в південній півкулі - Велику темну пляму. До 1994 р. ця система розпалася, а космічний телескоп ім. Хаббла знайшов нову Велику темну пляму в північній півкулі.

Вояджер-2 » також виявив меншу циклонічну систему з яскравим ядром з пір’ястих хмар, добре помітну систему смуг і численні тонкі пір’ясті хмари. Також була виявлена маленька яскрава хмарина неправильної форми, що робить один оберт за 16 годин. Вона дістала назву «Скутер» і може бути верхівкою викиду з нижніх шарів атмосфери. Деякі з цих деталей відкидають тіні на більш глибокі шари хмар. Це були перші дані про вертикальне розшарування атмосфери Нептуна. Високі хмари, що знаходяться на 50-100 км вище від основного шару, імовірно, складаються з кристалів метану, а більш низький і безупинний рівень утворений кристалами аміаку або сульфіду водню. Пір’ясті хмари швидко змінюються, часто утворюються і зникають усього за кілька годин. Таким чином, погода на Нептуні динамічна й мінлива, як і на Землі.

Астрономічні дані

Орбіта Нептуна чи не найбільше наближена до кола. Її велика піввісь дорівнює 4504,3 млн км при ексцентриситеті усього 0,0086. Відстань Нептуна до Сонця змінюється в межах 29,8-30,4 а. о. Нахилення орбіти до площини екліптики дорівнює 1°46'. Період обертання планети навколо Сонця дорівнює 164,79 року.

Максимальна зоряна величина Нептуна на земному небі дорівнює 7,8, тобто він приблизно в п’ять разів слабкіше за найслабші зірки, видимі неозброєним оком. У великі телескопи він схожий на маленький блакитнуватий диск діаметром 2,3 кутової секунди.

Фізичні характеристики

У Нептуна, як і в інших планет-гігантів, немає твердої поверхні, тому за рівень відліку під час вимірювання розмірів планети приймається рівень атмосфери, на якому тиск складає 1 бар. Екваторіальний діаметр Нептуна дорівнює 49 528 км, полярний - 48 680 км; його маса - 1,02-10²⁶ кг - перевершує земну в 17,14 раза. Таким чином, ця планета небагато менше і важча за Уран. Середня густина Нептуна - 1, 76 г/см3.

Атмосфера Нептуна на 98 % складається з водню і гелію. У ній міститься також 2,5-3 % метану. Пір’ясті хмари в атмосфері Нептуна, швидше за все, складаються з кристалів замерзлого метану. Сильні лінії поглинання метану, що домінують у спектрі планети, додають Нептунові інтенсивного синього кольору. У спектрі виявлені також сліди молекулярного водню й етану. У мікрохвильовому діапазоні виявлено наявність незначних кількостей аміаку.

Температура в атмосфері Нептуна змінюється з глибиною. На рівні 0,1 бар температура мінімальна - 50 К. Вище температура зростає, досягаючи 750 К на висоті 2000 км (за тиску 10-11 бар), і далі залишається сталою. Також температура росте до центра планети, де очікуються значення температури в 7000 К і тиск у 5-10⁶ бар. На рівні 1 бар температура атмосфери дорівнює 74 К. З огляду на відстань планети до Сонця, очікувалося, що ефективна температура Нептуна становить близько 45 К, але виявилося, що вона дорівнює 59,3 К. Таким чином, на Нептуні частина тепла надходить із внутрішніх джерел.

Вісь обертання Нептуна нахилена до площини орбіти на 29°34'. Період обертання магнітного поля Нептуна, що, як вважають, пов’язаний з обертанням ядра планети, був визначений «Вояджером-2» і становить 16,11 години (16 годин 07 хвилин). Більшість хмар обертаються з іншими періодами, що складають від 12 годин поблизу від південного полюса до 18 годин біля екватора. Це означає, що на Нептуні дмуть вітри зі швидкостями до 2400 км/ год, напрямлені проти обертання планети. Це найдужчі вітри в Сонячній системі.

«Вояджер-2» встановив, що вісь магнітного поля Нептуна нахилена на 46° до осі обертання планети і зміщена від центра планети на відстань у 0,55 радіуса планети. У результаті напруженість магнітного поля сильно варіює по поверхні планети - від 0,1 гаусса у північній півкулі до 1 гаусса у південній. Є думка, що магнітне поле Нептуна породжує не ядро планети, а мантія, багата на аміак. Сильний нахил осі магнітного поля призводить до того, що траєкторії руху заряджених частинок у магнітосфері планети перетинають траєкторії руху супутників і кілець. У результаті переважну більшість заряджених частинок поглинають супутники і кільця, і їхня концентрація в магнітосфері зменшується. Крім того, «Вояджер» знайшов на Нептуні полярні сяйва, хоча і набагато слабші, ніж на Землі. Вони мають складний характер і поширюються на великих ділянках планети, а не тільки навколо магнітних полюсів.

Вважають, що Нептун має ядро з розплавлених скельних порід, оточене зовнішнім ядром з частково розплавленої суміші аміаку, води і метану, не розділеної на шари.

За даними на червень 2005 p., у Нептуна 13 супутників.

Кільця

До відліту «Вояджера-2» наявність у Нептуна кілець було предметом жвавої дискусії. Наземні спостереження дозволяли припустити, що навколо планети розташовані неправильні дуги. Знімки «Вояджера» показали, що навколо планети існують п'ять кілець: два яскравих і вузьких і три більш слабких. Деякі сектори зовнішнього яскравого кільця значно яскравіші, ніж інші, і саме вони були відкриті під час спостережень із Землі. Довжина таких дуг складає від 1000 до 10 000 км. Три найяскравіших з них одержали назви Воля, Рівність і Братерство. Яскраві кільця (1989N2R, Левер’є і 1989N1R, Адамс) розташовані на відстанях 53 тис. км і 63 тис. км. Внутрішнє яскраве кільце має ширину усього 15 км. Супутники Галатея і Деспина рухаються саме по внутрішньому краю 1989N1R і 1989N2R відповідно і, можливо, беруть участь у їх формуванні. Одне із широких кілець розташовано на відстані 42 тис. км (1989N3R, Галлі), друге - між яскравими кільцями

(1989N4R Лассель, Араго), і третє, очевидно, заповнює простір між внутрішнім широким кільцем і планетою. Кільця не відбивають радіохвиль, що вказує на відсутність у них частинок розміром понад сантиметр. Те, що кільця краще видні, якщо Сонце підсвічує їх позаду, указує на перевагу пилоподібних частинок. Можливо, кільця складаються з метанового льоду, що потьмянів під дією випромінювання Сонця.

Цікаві факти

Галілей, спостерігаючи супутники Юпітера 28 грудня 1612 р. і 28 січня 1613 p., знайшов зміну відносного положення двох зір. Тільки через 366 років, 1979 р. з’ясувалося, що однією із цих «зір» був Нептун.