Нептун – восьмая планета, входящая в нашу солнечную систему. Ученые обнаружили ее самой первой на основе постоянных наблюдений за небом и глубоких математических исследований. Урбен Джозеф Ле Веррье после длительных обсуждений поделился своими наблюдениями с Берлинской обсерваторией, где их изучал Иоганн Готтфрид Галле. Именно там 23 сентября 1846 г. и был обнаружен Нептун. Спустя семнадцать дней был найден и его спутник – Тритон.
Планета Нептун находится на расстоянии 4,5 млрд км от Солнца. За 165 лет она проходит свою орбиту. Ее нельзя увидеть невооруженным глазом, так как она находится на существенном расстоянии от Земли.
В атмосфере Нептуна царят самые сильные ветры, по некоторым оценкам ученых, они могут развивать скорость в 2100 км/ч. В 1989 году во время пролета аппарата «Вояджер-2» в южном полушарии планеты было выявлено Большое темное пятно, точно такое же, как Большое красное пятно на планете Юпитер. В верхних слоях атмосферы температура Нептуна близка к 220 градусов Цельсия. Температура в центре Нептуна варьируется от 5400°K до 7000-7100 °C, что отвечает температуре на поверхности Солнца и внутренней температуре большинства планет. У Нептуна есть фрагментированная и слабая кольцевая система, которую обнаружили еще в 1960-е годы, но официально подтвердили в 1989 году «Вояджером-2».
История открытия планеты Нептун
28 декабря 1612 года Галилео Галилей исследовал Нептун, а затем 29 января 1613 г. Но в обоих случаях он принял Нептун за неподвижную звезду, которая соединялась с Юпитером на небе. Именно поэтому открытие Нептуна Галилею не присвоили.
В декабре 1612 г. во время первого наблюдения Нептун находится в точке стояния, а в день наблюдения он перешел к попятному движению. Попятное движение прослеживается, когда наша планета обгоняет внешнюю планету по своей оси. Поскольку Нептун находился вблизи точки стояния, его движение было слишком слабым, и Галилей не смог его увидеть с помощью своего маленького телескопа.
Алексис Бувард в 1821 году продемонстрировал астрономические таблицы орбиты планеты Уран. Позже наблюдения показали сильные отклонения от созданных им таблиц. С учетом этого обстоятельства, ученый предположил, что неизвестное тело своей гравитацией возмущает орбиту Урана. Свои вычисления он отправил королевскому астроному сэру Джорджу Эйри, а тот попросил у Куха разъяснения. Он уже начал набрасывать ответ, но по каким-то причинам не отправил его и не стал настаивать над работой по этому вопросу.
В 1845-1846 годы Урбен Леверье независимо от Адамса быстро провел свои расчеты, но соотечественники его энтузиазма не разделяли. Ознакомившись с первой оценкой Леверье долготы Нептуна и ее схожести с оценкой Адамс, Эйри удалось убедить Джеймса Чайлза, директора Кембриджской обсерватории, начать поиски, которые продолжались с августа по сентябрь. Дважды Чайлз на деле наблюдал Нептун, но в результате того, что он отложил обработку результатов на более поздний срок, у него не вышло своевременно идентифицировать планету.
В это время Леверье убедил астронома Иоганна Готтфрида Галле, работающего в Берлинской обсерватории, заняться поисками. Студент обсерватории Гейнрих д’Арре предложил Галле сравнить нарисованную карту неба в районе предсказанного Леверье местоположения с видом неба на данный момент, чтобы наблюдать передвижение планеты относительно неподвижных звезд. В первую же ночь планета была обнаружена приблизительно после 1 часа поиска. Иоганном Энке, совместно с директором обсерватории, в течение 2 ночей продолжали наблюдение того участка неба, где располагалась планета, в результате чего они обнаружили ее передвижение относительно звезд и смогли удостовериться, что это на самом деле новая планета. 23 сентября 1846 года Нептун был обнаружен. Он находится в пределах 1° от координат Леверье и приблизительно в 12° от координат, которые были предсказаны Адамсом.
Сразу после открытия последовал спор между французами и англичанами за право считать открытие планеты своим. В результате они пришли к консенсусу и приняли решение считать Леверье и Адамса сооткрывателями. В 1998 году в очередной раз найдены «бумаги Нептуна», которые были присвоены астроному Олину Дж. Эггену незаконно и хранились у него на протяжении тридцати лет. После его смерти они были найдены в его владении. Некоторые историки после пересмотра документов полагают, что Адамс не заслуживает равных с Леверье прав на открытие планеты. В принципе это подвергалось сомнению и раньше, например, еще с 1966 года Деннисом Роулинсом. В журнале «Dio» он опубликовал статью с требованием признать равноправие Адамса на открытие воровством. «Да, Адамс сделал определенные вычисления, но он был несколько не уверен в том, где располагается Нептун», – заявил Николас Коллеструм в 2003 году.
Происхождение названия Нептун
Определенное время после открытия планета Нептун обозначалось как «планета Леверье» или как «внешняя от Урана планета». Первым идею об официальном наименовании выдвинул Галле, предложивший название «Янус». Чайлз в Англии предложил название «Океан».
Леверье, утверждая, что имеет право дать наименование, предложил назвать ее Нептуном, ошибочно полагая, что это название признано французским бюро долгот. Ученый попытался назвать планету в октябре по своему имени «Леверье» и был поддержан директором обсерватории, но эта инициатива натолкнулась на сопротивления за пределами Франции. Альманахи быстро вернули название Гершель (в честь Уильяма Гершеля, первооткрывателя) для Урана и Леверье для новой планеты.
Но, несмотря на это, Василий Струве, директор Пулковской обсерватории, остановится на названии «Нептун». О своем решении он заявил на съезде Императорской Академии наук 29 декабря 1846 года, который состоялся в Петербурге. Это название получило поддержку за границами России и очень скоро стало принятым международным наименованием планеты.
Физические характеристики
Нептун имеет массу в 1,0243×1026 кг и выступает промежуточным звеном между большими газовыми гигантами и Землей. Его вес в семнадцать раз больше Земли и 1/19 от массы Юпитера. Что касается экваториального радиуса Нептуна, то он отвечает 24 764 км, что практически в четыре раза больше земного. Уран и Нептун часто относят к подклассу газовых гигантов («ледяные гиганты») из-за их большой концентрации летучих веществ и меньшего размера.
Внутреннее строение
Сразу стоит отметить то, что внутреннее строение планеты Нептун схоже со строением Урана. Атмосфера приблизительно составляет 10-20% от всей массы планеты, расстояние от поверхности до атмосферы – 10-20% расстояния от поверхности планеты до ядра. Давление вблизи ядра может составлять 10 Гпа. Концентрации аммиака, метана и воды обнаружены в нижних слоях атмосферы.
Эта более горячая и темная область постепенно уплотняется в перегретую жидкую мантию, температура которой достигает 2000 – 5000 К. Вес мантии планеты превышает Земную в десять - пятнадцать раз по различным оценкам, она богата аммиаком, водой, метаном и другими соединениями. Эту материю, по общепринятой терминологии, называют ледяной, даже несмотря на то, что это плотная и очень горячая жидкость. Эту жидкость, имеющую высокую электропроводность, нередко называют океаном водного аммиака. Метан на глубине 7 тыс. км разлагается на алмазные кристаллы, «падающие» на ядро. Ученые выдвинули гипотезу, что есть целый океан «алмазной жидкости». Ядро планеты состоит из никеля, железа и силикатов и весит в 1,2 раза больше нашей планеты. В центре давление достигает 7 мегабар, что по сравнению с Землей в миллионы раз больше. В центре температура достигает 5400 К.
Атмосфера Нептуна
Учеными были обнаружены гелий и водопад в верхних слоях атмосферы. На этой высоте они составляют 19% и 80%. Помимо этого, прослеживаются следы метана. Полосы поглощения метана прослеживаются на длинах волн, превышающих 600 нм в инфракрасной и красной части спектра. Как и в ситуации с Ураном, поглощение метаном красного света является ключевым фактором, придающим синий оттенок Нептуну, хотя яркая лазурь отличается от умеренного аквамаринового цвета Урана. Поскольку процент метана в атмосфере не сильно различается от такового в атмосфере Урана, ученые предполагают, что присутствует какой-то неизвестный компонент атмосферы, который способствует формированию синего цвета. Атмосфера делится на две основные области, а именно – более низкая тропосфера, в которой наблюдается снижение температуры с высотой, и стратосфера, где прослеживается другая закономерность – температура увеличивается с высотой. Граница тропопаузы (находится между ними) располагается на уровне давления в 0,1 баров. На уровне давления ниже 10-4 – 10-5 микробаров стратосфера сменяется термосферой. Постепенно термосфера переходит в экзосферу. Модели тропосферы позволяют полагать, что с учетом высоты она состоит из облаков приблизительных составов. В зоне давления ниже 1 бара находятся облака верхнего уровня, где температура располагает к конденсации метана.
Облака сероводорода и аммиака формируются при давлении между 1 и 5 барами. При большем давлении облака могут состоять из сульфида аммония, аммиака, воды и сероводорода. Глубже, при давлении примерно в 50 бар, могут формироваться облака из водяного льда, в случае температуры в 0 °C. Ученые предполагают, что в этой зоне могут находиться облака из сероводорода и аммиака. Помимо этого, не исключено, что в этой зоне могут быть найдены облака из сероводорода и аммиака.
Для такой невысокой температуры Нептун находится слишком далеко от Солнца, чтобы оно разогрело термосферу УФ-радиацией. Не исключено, что это явление – следствие атмосферного взаимодействия с ионами, находящимися в магнитном поле планеты. Другая теория говорит, что основным механизмом разогревания выступают волны гравитации из внутренних областей Нептуна, которые впоследствии рассеиваются в атмосфере. Термосфера включает следы угарного газа и воды, попавшей туда из внешних источников (пыль и метеориты).
Климат Нептуна
Оно из различий между Ураном и Нептуном – уровень метеорологической активности. Пролетевший вблизи урана «Вояджер-2» в 1986 году зафиксировал слабую активность атмосферы. Нептун, в противоположность Урану, демонстрировал явные погодные перемены при выполнении съемки в 1989 году.
Погода на планете отличается серьезной динамической системой штормов. Причем скорость ветра порой может достигать около 600 м/с (сверхзвуковая скорость). В ходе отслеживания движения облаков было замечено изменение скорости ветра. В восточном направлении от 20 м/с; на западном – к 325 м/с. Что касается верхнего облачного слоя, то здесь скорость ветров также варьируется: вдоль экватора от 400 м/с; на полюсах – до 250 м/с. При этом большинство ветров дают направление, которое обратно вращению Нептуна вокруг оси. Схема ветров показывает, что их направление на высоких широтах совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах полностью противоположно ему. Разница в направлении ветров, как полагают ученые, следствие «скрин-эффекта» и не связана с глубинными атмосферными процессами. Содержание в атмосфере этана, метана и ацетилена в области экватора в десятки, а то и сотни раз превышает содержание данных веществ в области полюсов. Такое наблюдение дает повод полагать, что на экваторе Нептуна и ближе к полюсам существует апвеллинг. В 2007 году учеными было замечено, что верхний шар тропосферы южного полюса планеты был на 10 °C теплее по сравнению с другой частью Нептуна, где в среднем температура составляет −200 °C. Причем такой разницы вполне достаточно, чтобы метан в остальных областях верхней части атмосферы находился в замороженном виде, постепенно просачивался в космос на южном полюсе.
По причине сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии планеты увеличивались в альбедо и размере. Такая тенденция прослеживалась еще в 1980 году, по мнению специалистов, она продлится до 2020 года с наступлением на планете нового сезона, которые меняются каждые сорок лет.
Спутники Нептуна
На текущий момент у Нептуна известно тринадцать спутников. Самый крупный из них весит больше 99,5% от общей массы всех спутников планеты. Это Тритон, который был открыт Уильямом Ласселом через семнадцать дней после открытия самой планеты. Тритон, в отличие от других крупных спутников в нашей Солнечной системе, обладает ретроградной орбитой. Не исключено, что его захватила гравитация Нептуна, и, возможно, в прошлом он был карликовой планетой. Он находится на небольшом расстоянии от Нептуна, чтобы являться зафиксированным в синхронном вращении. Тритон из-за приливного ускорения медленно двигается по спирали к планете и в результате при достижении предела Роша будет разрушен. Как следствие, образуется кольцо, которое будет более мощным, чем кольца Сатурна. Предполагается, что это произойдет через промежуток от 10 до 100 миллионов лет.
Тритон – один из 3 спутников, имеющих атмосферу (наряду с Титаном и Ио). Указывается на возможность существования жидкого океана под ледяной корой Тритона, подобного океану Европы.
Следующим по открытию спутником Нептуна была Нереида. Она отличается неправильной формой и входит в число самых высоких эксцентриситетов орбиты.
В период с июля по сентябрь 1989 года удалось обнаружить еще шесть новых спутников. Среди них стоит отметить Протей, имеющий неправильную форму и высокую плотность.
Четыре внутренних спутника – Таласса, Наяда, Галатея и Деспина. Их орбиты настолько близки к планете, что находятся в пределах ее колец. Ларисса, следующая за ними, была впервые открыта в 1981 году.
В период между 2002 и 2003 годом удалось открыть еще пять спутников Нептуна, имеющих неправильную форму. Так как Нептун считался римским богом морей, его спутники были названы в честь других морских существ.
Наблюдение за Нептуном
Ни для кого не секрет, что Нептун не виден с Земли невооруженным глазом. Карликовая планета Церера, Галилеевы спутники Юпитера и астероиды 2 Паллада, 4 Веста, 3 Юнона, 7 Ирида и 6 Геба видны ярче на небе. Чтобы наблюдать за планетой, нужен телескоп, имеющий увеличение от 200х и диаметром не меньше 200-250 мм. В таком случае можно увидеть планету как небольшой голубоватый диск, напоминающий Уран.
Каждые 367 дней для земного наблюдателя планета Нептун вступает в кажущееся ретроградное движение, образует определенные воображаемые петли на фоне остальных звезд в период каждого противостояния.
Наблюдение за планетой в диапазоне радиоволн показывает, что Нептун является источником нерегулярных вспышек и непрерывного излучения. Оба явления объясняют вращающимся магнитным полем. В инфракрасной части спектра хорошо прослеживаются штормы Нептуна. Можно установить их размер и форму, а также точно отследить их передвижение.
В 2016 году НАСА собирается запустить к Нептуну КА «Нептун Орбитер». На сегодняшний день никаких точных дат старта официально не называют, в план исследования Солнечной системы не входит этот аппарат.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О НЕПТУНЕ
Нептун — это прежде всего гигант из газа и льда.
Нептун - восьмая планета Солнечной системы.
Нептун — самая далёкая от Солнца планета с тех пор, как Плутон разжаловали до звания карликовой планеты.
Ученые не знают, как на холодной ледяной планете вроде Нептуна облака могут двигаться так быстро. Они предполагают, что холодные температуры и поток жидких газов в атмосфере планеты могут снижать трение настолько, что ветры набирают существенную скорость.
Из всех планет в нашей системе Нептун — самая холодная.
Верхние слои атмосферы планеты имеют температуру -223 градуса по Цельсию.
Нептун вырабатывает больше тепла, чем получает его от Солнца.
В атмосфере Нептуна преобладают такие химические элементы, как водород, метан и гелий.
Атмосфера Нептуна плавно переходит в жидкий океан, а тот — в промёрзшую мантию. Поверхности как таковой у этой планеты нет.
Предположительно, Нептун обладает каменным ядром, масса которого примерно равна массе Земли. Ядро Нептуна состоит из силикатного магния и железа.
Магнитное поле Нептуна в 27 раз мощнее земного.
Гравитация Нептуна всего на 17% сильнее таковой на Земле.
Нептун является ледяной планетой, состоящей из аммиака, воды и метана.
Интересен тот факт, что сама планета вращается в противоположную сторону от вращения облаков.
На поверхности планеты в 1989 году было обнаружено Большое темное пятно.
СПУТНИКИ НЕПТУНА
У Нептуна официально зарегистрированное количество 14 спутников. Спутники Нептуна названы в честь греческих богов и героев: Протей, Таласа, Наяда, Галатея, Тритон и другие.
Крупнейшим спутником Нептуна является Тритон.
Тритон движется вокруг Нептуна по ретроградной орбите. Это значит, что его орбита вокруг планеты лежит задом наперед по сравнению с другими лунами Нептуна.
Скорее всего, Нептун когда то захватил Тритон — то есть луна не образовалась на месте, как остальные луны Нептуна. Тритон заперт в синхронном вращении с Нептуном и медленно движется по спирали к планете.
Тритон, примерно через три с половиной миллиарда лет будет разорван его гравитацией, после чего его обломки образуют ещё одно кольцо вокруг планеты. Это кольцо может быть более мощным, чем кольца Сатурна.
Масса Тритона составляет более, чем 99,5 % от суммарной массы всех остальных спутников Нептуна
Тритон, скорее всего, когда-то был карликовой планетой в поясе Койпера.
КОЛЬЦА НЕПТУНА
У Нептуна есть шесть колец, но они гораздо меньше, чем у Сатурна, и увидеть их непросто.
Кольца Нептуна состоят в основном из замёрзшей воды.
Считается, что кольца планеты - остатки когда-то разорванного спутника.
ПОСЕЩЕНИЕ НЕПТУНА
Для того, чтобы корабль достиг Нептуна, ему необходимо проделать путь, который по времени займет примерно 14 лет.
Единственным космическим аппаратом, посетившим Нептун, является .
В 1989 году «Вояджер-2» прошёл на расстоянии в 3000 километров от северного полюса Нептуна. Он облетел небесное тело 1 раз.
Во время своего пролета «Вояджер-2» изучил атмосферу Нептуна, его кольца, магнитосферу и познакомился с Тритоном. «Вояджер-2» также взглянул на «Большое темное пятно» Нептуна, вращающуюся систему штормов, которая исчезла, если верить наблюдениям космического телескопа Хаббла.
Прекрасные фотографии Нептуна, сделанные «Вояджером-2», надолго останутся единственным, что у нас есть
К сожалению, в ближайшие годы никто не планирует снова исследовать планету Нептун.
Нептун – восьмая планета Солнечной системы: открытие, описание, орбита, состав, атмосфера, температура, спутники, кольца, исследование, карта поверхности.
Нептун - восьмая от Солнца и самая удаленная планета Солнечной системы. Это газовый гигант и представитель категории солнечных планет внешней системы. Плутон вылетел из планетарного списка, поэтому Нептун замыкает цепочку.
Ее нельзя отыскать без приборов, поэтому нашли относительно недавно. В близком подходе наблюдали всего раз при пролете аппарата Вояджер-2 в 1989 году. Давайте узнаем какая планета Нептун в интересных фактах.
Интересные факты о планете Нептун
О нем не знали древние
- Нептун нельзя отыскать без использования инструментов. Впервые его заметили лишь в 1846 году. Позицию вычислили математически. Имя дано в честь морского божества у римлян.
Стремительно вращается на оси
- Экваториальные облака выполняют оборот за 18 часов.
Наименьший среди ледяных гигантов
- Он меньше Урана, но превосходит по массе. Под тяжелой атмосферой скрываются слои водорода, гелия и метановых газов. Есть вода, аммиак и метановый лед. Внутреннее ядро представлено скалой.
Атмосфера наполнена водородом, гелием и метаном
- Метан Нептуна впитывает красный цвет, поэтому планета выглядит синей. Высокие облака постоянно дрейфуют.
Активный климат
- Стоит отметить крупные штормы и мощные ветры. Одна из масштабных бурь зафиксирована в 1989 году – Большое темное пятно, длившееся 5 лет.
Есть тонкие кольца
- Представлены ледяными частичками, смешанными с пылевыми зернами и углеродосодержащим веществом.
Есть 14 спутников
- Самым интересным спутником Нептуна выступает Тритон – морозный мир, выпускающий частички азота и пыли из-под поверхности. Может быть притянутым планетарной гравитацией.
Отправили одну миссию
- В 1989 году мимо Нептуна пролетел Вояджер-2, приславший первые крупномасштабные снимки системы. Также за планетой наблюдал телескоп Хаббл.
Размер, масса и орбита планеты Нептун
При радиусе в 24622 км это четвертая по крупности планета, которая вчетверо крупнее нашей. С массой 1.0243 х 10 26 кг обходит нас в 17 раз. Эксцентриситет составляет всего 0.0086, а расстояние от Солнца до Нептуна – 29.81 а.е. в приближенном состоянии и 30.33. а.е. на максимальном.
| Полярное сжатие | 0,0171 |
|---|---|
| Экваториальный | 24 764 |
| Полярный радиус | 24 341 ± 30 км |
| Площадь поверхности | 7,6408·10 9 км² |
| Объём | 6,254·10 13 км³ |
| Масса | 1,0243·10 26 кг |
| Средняя плотность | 1,638 г/см³ |
| Ускорение свободного
падения на экваторе |
11,15 м/с² |
| Вторая космическая
скорость |
23,5 км/c |
| Экваториальная скорость
вращения |
2,68 км/с 9648 км/ч |
| Период вращения | 0,6653 дня 15 ч 57 мин 59 с |
| Наклон оси | 28,32° |
| Прямое восхождение
северного полюса |
19 ч 57 м 20 с |
| Склонение северного полюса | 42,950° |
| Альбедо | 0,29 (Бонд) 0,41 (геом.) |
| Видимая звёздная величина | 8,0-7,78 m |
| Угловой диаметр | 2,2"-2,4" |
На сидерический оборот уходит 16 часов, 6 минут и 36 секунд, а на орбитальный проход – 164.8 лет. Наклон оси Нептуна – 28.32° и напоминает земной, поэтому планета проходит сквозь похожие сезонные перемены. Но стоит прибавить фактор длительной орбиты, и получим сезон с продолжительностью в 40 лет.
Планетарная орбита Нептуна влияет на пояс Койпера. Из-за гравитации планеты некоторые объекты лишаются стабильности и создают разрывы в поясе. В некоторых пустых участках проходит орбитальный путь. Резонанс с телами – 2:3. То есть, тела завершают 2 орбитальных прохода на каждые 3 у Нептуна.
Ледяной гигант располагает троянскими телами, устроившимися на точках Лагранжа L4 и L5. Некоторые даже поражают своей стабильностью. Скорее всего, они просто создались рядом, а не притянулись гравитационно позже.
Состав и поверхность планеты Нептун
Эту разновидность объектов именуют ледяными гигантами. Присутствует скалистое ядро (металлы и силикаты), мантия, созданная из воды, метанового льда, аммиаков и водородной, гелиевой и метановой атмосферы. Детальное строение Нептуна просматривается на рисунке.
В ядре присутствует никель, железо и силикаты, а по массе в 1.2 раз обходит нашу. Центральное давление возрастает до 7Мбар, что вдвое выше нашего. Обстановка накаляется до 5400 К. На глубине в 7000 км метан трансформируется в алмазные кристаллы, которые опускаются вниз в виде града.
Мантия достигает в 10-15 раз превосходит земную массу и наполнена аммиачной, метановой и водной смесью. Вещество называют ледяным, хотя в реальности это плотная раскаленная жидкость. Атмосферный слой простирается на 10-20% от центра.
В нижних атмосферных слоях можно заметить, как возрастают метановые, водные и аммиачные концентрации.
Спутники планеты Нептун
Лунная семья Нептуна представлена 14-ю спутниками, где все кроме одного обладают именами в честь греческой и римской мифологии. Они разделены на 2 класса: регулярные и нерегулярные. Первые – Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, S/2004 N 1 и Протей. Расположены ближе всего к планете и маршируют по круговым орбитам.
Спутники отдалены от планеты на расстояние 48227 км до 117 646 км, и все, кроме S/2004 N 1 и Протея, обходят планету меньше, чем ее орбитальный период (0.6713 дня). По параметрам: 96 x 60 x 52 км и 1.9 × 10 17 кг (Наяда) до 436 x 416 x 402 км и 5.035 × 10 17 кг (Протей).
Все спутники, кроме Протея и Лариссы, вытягиваются по своей форме. Спектральный анализ показывает, что они сформировались из водяного льда с примесью темного материала.
Неправильные следуют по наклонным эксцентричным или ретроградным орбитам и проживают на большой отдаленности. Исключение – Тритон, вращающийся вокруг Нептуна по круговому орбитальному пути.
В списке нерегулярных можно найти Тритон, Нереид, Галимеда, Сао, Лаомедеа, Несо и Псамафа. По размеру и массе они практически устойчивые: от 40 км в диаметре и 1.5 × 10 16 кг в массе (Псамафа) до 62 км и 9 х 10 16 кг (Галимеда).
Отдельно рассматриваются Тритон и Нереид, потому что это крупнейшие нерегулярные луны в системе. Тритон вмещает 99.5% орбитальной массы Нептуна.
Они близко вращаются к планете и обладают необычными эксцентриситетами: у Тритона – практически идеальный круг, а у Нереиды – наиболее эксцентричная.
Самый большой спутник Нептуна – Тритон. Его диаметр охватывает 2700 км, а масса – 2.1 х 10 22 кг. Его размера хватает, чтобы добиться гидростатического баланса. Тритон движется по ретроградному и квазикруговому пути. Его наполняет азот, двуокись углерода, метан и водяные льды. Альбедо – больше 70%, поэтому считается одним из наиболее ярких объектов. Поверхность выглядит красноватой. Удивляет и тем, что обладает своим атмосферным слоем.
Плотность спутника – 2 г/см 3 , а значит 2/3 массы отдано на скальные породы. Также может присутствовать вода в жидком состоянии и подземный океан. На юге расположена крупная полярная шапка, древние кратерные шрамы, каньоны и уступы.
Есть мнение, что Тритон был притянут гравитацией и ранее считался частью пояса Койпера. Приливное притяжение приводит к сближению. Между планетой и спутником может произойти столкновение через 3.6 млрд. лет.
Нереида стоит на третьем месте по величине в лунной семье. Вращается по проградной, но крайне эксцентрической орбите. Спектроскоп нашел льды на поверхности. Возможно, именно хаотическое вращение и вытянутая форма приводят к нерегулярным изменениям видимой величины.
Атмосфера и температура планеты Нептун
На возвышении атмосфера Нептуна состоит из водорода (80%) и гелия (19%) с небольшими метановыми примесями. Синий оттенок появляется из-за того, что метан впитывает красный свет. Атмосфера делится на два главных шара: тропосфера и стратосфера. Между ними есть тропопауза с давлением в 0.1 бар.
Спектральный анализ показывает, что стратосфера туманная из-за скопления смесей, созданных контактом УФ-лучей и метана. В ней заметны монооксид углерода и цианистый водород.
Пока никто не может объяснить, почему термосфера раскалена до 476.85°C. Нептун крайне далеко расположен от звезды, поэтому нужен другой механизм нагрева. Это может быть контакт атмосферы с ионами в магнитном поле или же гравитационные волны самой планеты.
Нептун лишен твердой поверхности, поэтому атмосфера вращается дифференциально. Экваториальная часть совершает обороты с периодом в 18 часов, магнитное поле – 16.1 часов, а полярная зона – 12 часов. Именно поэтому возникают сильные ветры. Три масштабных зафиксировал Вояджер-2 в 1989 году.
Первый шторм простирался на 13000 х 6600 км и смахивал на Большое Красное Пятно Юпитера. В 1994 году телескоп Хаббл попытался отыскать Большое Темное Пятно, но его не было. Зато на территории северного полушария образовалось новое.
Скутер – еще один шторм, представленный светлым облачным покровом. Они находятся южнее Большого Темного Пятна. В 1989 году также заметили и Маленькое Темное Пятно. Сначала оно казалось полностью темным, но когда аппарат приблизился, то удалось зафиксировать яркое ядро.
Кольца планеты Нептун
Планета Нептун располагает 5-ю кольцами, наименованных в честь ученых: Галле, Леверье, Ласселл, Араго и Адамс. Представлены пылью (20%) и небольшими осколками породы. Их сложно отыскать, потому что лишены яркости и отличаются по величине и плотности.
Иоганн Галле был первым, кто рассмотрел планету в увеличительный прибор. Кольцо идет первым и отдалено на 41000-43000 км от Нептуна. Леверье занимает в ширину всего 113 км.
На отдаленности в 53200-57200 км с шириной в 4000 км находится кольцо Ласселла. Это наиболее широкое кольцо. Ученый нашел Тритон через 17 дней после обнаружения планеты.
На 100 км простирается кольцо Араго, расположенное в 57200 км. Франсуа Араго наставлял Леверье и активно выступал в споре о планете.
Адамс в ширину простирается всего на 35 км. Но это кольцо самое яркое у Нептуна и его легко найти. Обладает пятью дугами, три из которых именуют Свобода, Равенство, Братство. Полагают, что дуги были гравитационно пойманы Галатеей, расположенной внутри кольца. Взгляните на фото колец Нептуна.
Кольца темные и созданы из органических соединений. Вмещают много пыли. Полагают, что это молодые формирования.
История изучения планеты Нептун
Нептун не фиксировали до 19-го века. Хотя, если внимательно рассмотреть зарисовки Галилея с 1612 года, то можно заметить, что точки наводят на расположение ледяного гиганта. Так что раньше планету просто принимали за звезду.
В 1821 году Алексис Бувар выпустил схемы, отображающие орбитальный путь Урана. Но дальнейший обзор показал отклонения от чертежа, поэтому ученый подумал, что рядом есть крупное тело, влияющее на путь.
За детальное изучение орбитального прохода Урана принялся Джон Адамс в 1843 году. Независимо от него в 1845-1846-х гг. трудился Урбе Леверье. Своими знаниями он поделился с Иоганном Галле в Берлинской обсерватории. Последний подтвердил, что рядом есть что-то большое.
Открытие планеты Нептун вызывало много споров относительно первооткрывателя. Но научный мир признал заслуги Леверье и Адамса. Но в 1998 году посчитали, что все же первый сделал больше.
Сначала Леверье предложил наименовать объект в свою честь, что вызвало массу возмущения. Зато второе его предложение (Нептун) стало современным названием. Дело в том, что оно вписывалось в традиции наименования. Ниже представлена карта Нептуна.
Карта поверхности планеты Нептун
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Обнаружению восьмой планеты предшествовала длительная история исследований и поисков.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Телескоп Кеплер сфотографировал Нептун
✪ 12+ Что такое небесная механика. АСТРОНОМИЯ. Лекции по астрономии.
✪ ЧТО БЫЛО ОБНАРУЖЕНО НА ПЛУТОНЕ? [Карликовая планета Плутон]
✪ Выпуск 12 - Плутон: история разжалования
✪ Космос 2018 Уран и Нептун Документальный фильм про космос 2018
Субтитры
Ранние наблюдения
Есть свидетельства, что Нептун фактически наблюдался астрономами и ранее, до официального открытия в 1846 году.
Поскольку Нептун невидим с Земли невооружённым глазом (его видимая звёздная величина составляет порядка 7,7), первые наблюдения Нептуна были возможны только после изобретения телескопа. Считается, что ещё Галилео Галилей наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года и 29 января 1613 года . Но в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе , и нет никаких свидетельств, что Галилей воспринял замеченный Нептун как новое, ранее неизвестное светило .
В 1847 году, уже после открытия Нептуна и расчёта характеристик его орбиты, американский астроном Сирс Уолкер из Военно-морской обсерватории США , исследуя архивные записи, обнаружил, что 8 и 10 мая 1795 года французским астрономом Лаландом из Парижской обсерватории наблюдалась звезда, находившаяся в том самом месте, где должен был находиться Нептун. Обнаружение этих записей положения Нептуна в 1795 году способствовало более точному расчёту орбиты планеты .
Возмущения орбиты Урана и их интерпретация
Французский астроном Луи Вартман, узнав о наблюдениях Каччиаторе, опубликовал в том же 1836 году заметку, в которой сообщил, что ещё в сентябре 1831 года он также наблюдал движущееся небесное светило и счёл, что это - новая планета, которая должна находиться примерно на двойном расстоянии от Солнца по сравнению с Ураном, а её период обращения должен составлять, следовательно, около 243 лет .
Осталось неизвестным, действительно ли Вартман и Каччиаторе наблюдали новую планету, но, во всяком случае, их слова говорят не только о распространенности гипотезы о существовании неизвестной планеты, но и о том, что был уже поставлен вопрос о местонахождении этой планеты - за орбитой Урана . В то же время точных расчётов характеристик этой планеты и её орбиты не было сделано до середины 1840-х годов в силу чрезвычайной сложности этой задачи небесной механики - как принципиальных, так и технических. Эйри по этому поводу занимал неизменно скептическую позицию, считая задачу в принципе неразрешимой .
Открытие «на кончике пера»
Расчёты Д. К. Адамса
В 1841 году студент колледжа Сент-Джона Кембриджского университета Д. К. Адамс ознакомился с публикацией Эйри 1832 года, в которой была изложена теория Бувара для Урана и рассказано о её трудностях при совместном учёте «старых» и «новых» наблюдений, о её расхождениях с наблюдениями после 1820 года. После этого проблема неизвестной планеты захватила Адамса . В июле 1841 года он пишет в своём дневнике, что решил после получения степени бакалавра как можно скорее заняться исследованием движения Урана:
Моя цель - можно ли их [неправильности в движении Урана] приписать действию не обнаруженной ещё планеты за Ураном, определить приближённо элементы её орбиты и пр., что приведёт, вероятно, к открытию планеты.
Весной 1843 года Адамс беседовал с директором обсерватории Кембриджского университета Д. Чэллисом о своих планах исследования проблемы неизвестной планеты и поисков этой планеты. Чэллис отнёсся к идеям Адамса благожелательно и обещал свою помощь. И действительно, как только Адамс, получив летом 1843 года первые результаты и увидев, что не хватает наблюдений, обратился к Чэллису, последний сразу написал (13 февраля 1844 года) Эйри и менее чем через неделю получил от Эйри нужные наблюдения. С лета 1843 года до сентября 1845 года Адамс получил шесть решений по движению Урана, из которых каждое следующее он считал точнее предыдущего. В сентябре 1845 года он передал Чэллису указанные элементы орбиты неизвестной планеты, а также расчёт её предполагаемого положения на небе 30 сентября 1845 года. Расхождение координат Адамса с фактическим положением неизвестной планеты составляло в сентябре-октябре 1845 года около 1°,9. Это величина довольно существенная, - около четырёх видимых диаметров Луны, - но всё же вполне позволявшая вести поиск . Начав наблюдения, Чэллис мог бы добиться успеха в поиске новой планеты. Впоследствии английские астрономы вменяли Чэллису в вину именно то, что он не начал наблюдения осенью 1845 года .
Расчёты У. Леверье
В ноябре 1845 года Леверье опубликовал первую статью, посвящённую Урану. Он заново построил всю теорию движения Урана с учётом возмущений от известных планет, уточнив всё, что было сделано Буваром. Его работа и характер самого изложения отличались тщательностью, учётом тончайших деталей, чёткостью. Возмущения орбиты Урана были вычислены двумя различными методами, что гарантировало отсутствие ошибок. Окончательно точность вычисляемых координат Урана составила 0",1 .
На эту работу сразу обратил внимание Эйри. Два месяца назад (в сентябре 1845 года) он получил от Адамса краткую записку с результатами, означавшими полное решение «проблемы неизвестной планеты», но без какого-либо объяснения, как они получены. Эта записка не произвела на Эйри положительного впечатления, но «проблема Урана» вошла в какой-то мере в круг его непосредственных интересов. Прочитав статью Леверье, написанную в стиле, который ему импонировал, Эйри написал впоследствии, оценивая эту работу:
…Возможно, правильно сказать, что впервые теория движения Урана поставлена на удовлетворительное основание.
Всю зиму 1845 года и весну 1846 года Леверье усиленно продолжал исследования и 1 июня 1846 года представил в Академию наук вторую статью по «проблеме Урана», состоявшую из двух частей. В первой части Леверье заново провёл сравнение всех существующих наблюдений Урана и вычислений по своей точной теории движения этой планеты. Его данные о расхождениях между теорией и наблюдениями были гораздо более подробными и точными, чем у Адамса. В статье Леверье рассмотрено 115 условных уравнений, составленных по 279 наблюдениям с 1690 по 1845 год, с целью устранения этих расхождений за счёт исправления элементов первоначальной орбиты Урана. Леверье сделал категорический вывод: наблюдения совершенно непримиримы с теорией, и 28 июня обратился с письмом к Эйри, в котором просил организовать поиски новой планеты:
Если я могу надеяться, что Вы достаточно доверяете моей работе, чтобы начать поиски планеты на небе, то я поспешу прислать Вам её точные координаты, как только их вычислю.
На это Эйри ответил отрицательно:
Близкий отъезд в Европу не позволяет тревожить месье Леверье просьбой о более точных числах.
Однако отъезд Эйри в Европу намечался лишь через полтора месяца. Сам Эйри в беседе с Чэллисом и Джоном Гершелем 29 июня поднял вопрос об организации поисков новой планеты. Поскольку он относился к работе Леверье с полным доверием, причины такого ответа Эйри остаются всё же неясными.
Поиски новой планеты начались в Англии 29 июля 1846 года. Леверье о них ничего не знал до самого их конца .
Леверье продолжил активно работать, и 31 августа 1846 года представил в Парижскую Академию наук свою третью статью под названием: «О планете, которая производит наблюдаемые в движении Урана аномалии. Определение её массы, её орбиты и её нынешнего положения» .
Но во Франции, несмотря на огромный успех работ Леверье, никто из астрономов не собирался начинать поиски новой планеты. Тогда Леверье обратился за помощью к немецкому астроному Иоганну Галле , 34-летнему ассистенту Берлинской обсерватории . К тому был удобный повод: год назад Галле прислал Леверье в знак уважения свою диссертацию, посвящённую анализу наблюдений за движением Урана, выполненных датским астрономом Оле Рёмером . И Леверье 18 сентября отправил письмо Галле, в котором отметил:
Непосредственно сейчас я хотел бы найти настойчивого наблюдателя, который согласился бы уделить некоторое время наблюдениям в той области неба, где может находиться неизвестная планета. Я пришёл к своему выводу на основании теории движения Урана… Положение планеты сейчас и в течение ближайших нескольких месяцев благоприятное с точки зрения её обнаружения. Величина массы планеты позволяет сделать вывод, что её видимый диск более 3’’. При наблюдениях в хороший телескоп этот диск вполне можно отличать от мерцающих изображений звёзд.
Обнаружение новой планеты
Иоганн Галле, получив письмо Леверье 23 сентября, тем же вечером приступил к наблюдениям. Поскольку поиск новой планеты не входил в плановые наблюдения Берлинской обсерватории, на внеплановую работу нужно было получить разрешение директора обсерватории И. Ф. Энке , который отличался большой педантичностью в соблюдении регламента наблюдений, а также изрядным скепсисом в отношении инициатив молодых сотрудников. Поначалу Энке отказал Галле, но после настойчивых просьб последнего дал согласие, поскольку уходил на празднование своего юбилея (23 сентября 1846 Энке исполнилось 55 лет). Помочь Галле в поисках новой планеты с энтузиазмом вызвался 24-летний студент Генрих д’Арре (в некоторых российских источниках его фамилию транскрибируют как д’Аррест) .
Для наблюдений был использован ахроматический 23-сантиметровый рефрактор , изготовленный компанией И.Фраунгофера .
Для поиска новой планеты было два возможных пути :
- 1.По видимому перемещению относительно звёзд (в этом случае каждую звезду в районе предполагаемого нахождения новой планеты надо было наблюдать дважды с интервалом в несколько дней, фиксируя её точные координаты);
- 2.По видимому диску (размер которого, как указывал Леверье, должен был составлять порядка 3").
Поначалу Галле, направив телескоп в указанную Леверье точку неба, не обнаружил новой планеты. Тогда д’Арре предложил третий способ поиска: использовать карту звёздного неба, сличая светила, нанесённые на карту с теми, которые реально наблюдаются на небе. Поскольку неизвестной планеты на карте не может быть, ей окажется звезда, не обозначенная на звёздной карте . Для этого требовалась достаточно подробная и точная звёздная карта, и такая карта в Берлинской обсерватории имелась. Это была карта звёздного атласа Берлинской академии наук , составленная Карлом Брёмикером и напечатанная в конце 1845 года. (К сентябрю 1846 года эта карта ещё не была разослана в обсерватории Великобритании и Франции).
Взяв карту Бремикера, Галле и д’Арре продолжили наблюдения. Галле по очереди называл звёзды, их положение и блеск, а д’Арре отмечал их на карте. Сразу же после полуночи (в 0 часов 0 минут 14 секунд 24 сентября) Галле назвал звезду примерно 8-й звёздной величины , которую д’Арре на карте не нашёл. Её положение отличалось от указанного Леверье на 52". С этим известием, несмотря на поздний час, д’Арре побежал к Энке, который присоединился к наблюдениям молодых коллег, и они втроём наблюдали за обнаруженным объектом до его захода в 2 ч 30 мин. Окончательной уверенности, что наблюдаемое светило является новой планетой, у них не было, поскольку из-за слабости выбранного окуляра телескопа диск светила они рассмотреть так и не смогли . Было решено продолжить наблюдения на следующую ночь. Наблюдения вечером 24 сентября велись уже в телескоп с окуляром , дающим 320-кратное увеличение, и в этот вечер все трое наблюдателей смогли, во-первых, разглядеть у нового светила диск размером примерно 3", а во-вторых, обнаружить его видимое собственное движение - примерно 70" к западу, что полностью совпадало с оценками Леверье. После этого никаких сомнений не оставалось: новая планета Солнечной системы открыта . Об этом открытии Галле уведомил Леверье письмом от 25 сентября.
Выбор названия новой планеты
Галле в своём письме к Леверье 25 сентября предложил для новой планеты название «Янус». Это соответствовало принятой у астрономов традиции, когда название новому объекту давал его первооткрыватель. Однако в этом случае ситуация была иной: мировое научное сообщество расценивало открытие новой планеты как исключительную заслугу Леверье .
Леверье в письмах Галле и редактору главного немецкого астрономического журнала
| Нептун - обнаружен при помощи телескопа Иоганном Галле в 1846 году в точке, рассчитанной Урбаном Жаном Жозефом Леверье
Нептун имеет 13 спутников и 5 колец. |
|
| Среднее расстояние от Солнца | 4498 млн. км. |
| Масса | 1,02·10 26 кг |
| Плотность | 1,76 г/см 3 |
| Экваториальный диаметр | 49528 км |
| Эффективная температура | 59 К |
| Период вращения вокруг оси | 0,67 земных суток |
| Период вращения вокруг Солнца | 164,8 земных лет |
| Крупнейшие спутники | Тритон |
| Тритон - открыт Уильямом Ласселом в 1846 году | |
| Среднее расстояние до планеты | 354760 км |
| Экваториальный диаметр | 2707 км |
| Период обращения вокруг планеты | 5,88 земных суток |
Планета, открытая Гершелем, доставила ученым немало хлопот. Она постоянно отклонялась от расчетной орбиты.
Почему Уран сбивается со своего пути и находится не там, где ему полагалось быть? Этот вопрос сильно заинтересовал 22-летнего студента Кембриджского колледжа Джона Адамса (1819- 1892). И он предположил, что в этом повинна какая-то невидимая и еще не известная планета, находящаяся за Ураном. То, что она могла влиять на движение Урана, следовало из ньютоновского закона всемирного тяготения.
Увлеченный этой проблемой, Адамс решил по отклонениям Урана вычислить орбиту неизвестной планеты, определить ее массу и указать местоположение на небе. Так впервые в истории астрономии человек поставил перед собой труднейшую задачу: с помощью закона Ньютона и методов высшей математики открыть в Солнечной системе новую планету.
Задача была куда сложнее, чем казалось на первый взгляд. Трудности усугублялись еще и тем, что в те времена не только не было вычислительных машин, но недоставало вспомогательных математических таблиц. И все же Адамс был уверен в успехе. В течение 16 месяцев Адамс занимался вычислениями орбиты неизвестной планеты. Наконец, завершив свой кропотливый труд, он указал место в созвездии Водолея, где планета должна была находиться 1 октября 1845 года.
О результатах своих вычислений Адамс хотел доложить королевскому астроному Джорджу Эри (1801-1892). Но, к его огорчению, встреча с Эри, на которую он возлагал так много надежд, не состоялась. Вместо обстоятельного доклада пришлось ограничиться коротенькой запиской. Когда Эри прочел ее, у него возникли сомнения. Между тем результаты вычислений были на редкость точными: неизвестная планета находилась всего лишь в 2 градусах от места, указанного Адамсом. И если бы астрономы пожелали тогда заняться ее поисками, планета не осталась бы незамеченной. Но работа Адамса лежала в столе королевского астронома, и о ней никто не знал.
|
Нептун движется вокруг Солнца по эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет - 0,009), орбите; его среднее расстояние от Солнца в 30,058 раз больше, чем у Земли, что составляет примерно 4500 млн. км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более чем за 4 часа. Продолжительность года, то есть время одного полного оборота вокруг Солнца 164,8 земных лет. Экваториальный радиус планеты 24750 км, что почти в четыре раза превосходит радиус Земли, притом собственное вращение настолько быстрое, что сутки на Нептуне длятся всего 17,8 часов. Хотя средняя плотность Нептуна, равная 1,67 г/см 3 , почти втрое меньше земной, его масса из-за больших размеров планеты в 17,2 раза больше, чем у Земли. Нептун выглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины (недоступна невооруженному глазу); при сильном увеличении имеет вид зеленоватого диска, лишенного каких-либо деталей. Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле. |
Наступил ноябрь 1845 года. Астрономам мира он принес важную новость: впервые официально сообщалось о том, что начаты поиски новой планеты. Но, как ни странно, в этой научной информации не упоминалось имя Адамса и исходила она не из Англии. В сообщении говорилось о математике Парижской обсерватории Урбене Леверье (1811 - 1877). Оказалось, что Адамс и Леверье, ничего не зная друг о друге, приступили к математическим поискам неизвестной планеты почти одновременно. Летом 1846 года Леверье сделал доклад в Академии наук Франции о результатах изучения отклонений Урана. Он доказал, что причиной этих отклонений является не Юпитер и не Сатурн, а неизвестная планета, находящаяся за Ураном. Но самое интересное заключалось в том, что по части положения новой планеты на небе вычисления Леверье практически полностью совпадали с вычислениями Адамса.
Только теперь Джордж Эри понял, что зря отнесся с недоверием к работе Адамса. И он попросил обсерваторию Кембриджского университета обследовать участок звездного неба в созвездии Водолея, где, по данным математических расчетов, должна была "скрываться" неизвестная планета.
К несчастью, ни в Англии, ни во Франции еще не было подробной звездной карты исследуемой области неба, и это сильно затрудняло поиски далекой планеты.
Тогда Леверье написал письмо в Берлинскую обсерваторию Иоганну Галле (1812-1910) с просьбой немедленно начать поиски трансурановой планеты.
Галле, у которого была нужная звездная карта, решил не терять времени попусту. В ту же самую ночь - 23 сентября 1846 года - он приступил к наблюдениям. Поиски длились около полу часа. Наконец Галле увидел слабую звезду, которой на карте не было. При большом увеличении она представлялась в виде маленького диска. Следующей ночью Галле продолжил свои наблюдения. За сутки таинственный объект заметно переместился среди звезд. Теперь можно было не сомневаться: да, это была она - новая планета!
Счастливый астроном поспешил сообщить Леверье: "Планета, положение которой было указано, реально существует". Она была обнаружена всего лишь в 1 градусе от места, определенного вычислениями. Леверье был настоящим героем дня. Как сказал о нем директор Парижской обсерватории Доминик Франсуа Араго, "он открыл планету на кончике пера".
Новая планета, наблюдаемая в телескоп, имела зеленовато-голубую окраску, напоминающую цвет морской воды, и ее решили назвать Нептуном, по имени древнеримского бога морей.
Открытие Нептуна имело исключительно важное значение, ибо оно окончательно подтвердило справедливость гелиоцентрической системы мира Николая Коперника. Одновременно была доказана справедливость и универсальность закона всемирного тяготения. Точная наука торжествовала! Перед всем миром она продемонстрировала свое могущество.
Спустя некоторое время после открытия Нептуна ученые установили, что Уран снова отклонился от расчетной орбиты. Это означало, что какая-то другая неизвестная планета тоже воздействует на Уран. Она должна была находиться еще дальше от Солнца, чем Нептун, и увидеть ее было не так просто даже в самые мощные телескопы.
