Нептун

История

Открытие

Галилео считает, что первое возможное обнаружение Нептуна - это его рисунки, на которых Нептун изображен рядом с Юпитером. Но Галилею это открытие не приписывают, так как он считал Нептун "неподвижной звездой", а не планетой. Из-за медленного движения Нептуна по небу маленький телескоп Галилея был недостаточно силён, чтобы обнаружить Нептун как планету.

В 1821 году Алексис Бувар опубликовал астрономические таблицы орбиты Урана. Более поздние наблюдения показали, что Уран двигался по своей орбите нерегулярно, что заставило некоторых астрономов задуматься о том, что причиной нерегулярных движений Урана является другое большое тело. В 1843 году Джон Куш Адамс рассчитал орбиту восьмой планеты, которая, возможно, повлияла бы на орбиту Урана. Он послал свои расчеты сэру Джорджу Эйри, королевскому астроному, который попросил у Адамса объяснений. Адамс начал делать копию ответа, но так и не отправил его.

В 1846 году Урбен Ле Верье, который не работал с Адамсом, сделал свои собственные расчеты, но и не получил большого внимания от французских астрономов. Однако в том же году Джон Хершель начал поддерживать математический метод и призвал Джеймса Чаллиса искать планету. После долгих промедлений Шалис начал свои невольные поиски в июле 1846 года. Тем временем Ле Веррье убедил Иоганна Готфрида Галле искать планету.

Хотя Генрих д'Аррест еще учился в Берлинской обсерватории, он предположил, что недавно нарисованную карту неба в районе предсказания Ле Верье можно сравнить с текущим небом для поиска изменения положения планеты по сравнению с неподвижной звездой. Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года в ту же ночь, в пределах 1° (одного градуса (угла) от места, где его предсказал Le Verrier, и примерно в 10° от предсказания Адамса. Позже Халлис обнаружил, что видел планету дважды в августе, не узнав ее из-за небрежного подхода к работе.

Кредитование и наречение

После того, как новость об открытии Нептуна распространилась, между французами и англичанами возникло много споров о том, кто должен был заслужить похвалу за это открытие. Позже международное соглашение решило, что и Le Verrier, и Adams вместе заслуживают похвалы. Однако историки пересмотрели эту тему после повторного открытия в 1998 году "Нептуновых документов" (исторических документов Королевской Гринвичской обсерватории), которые, похоже, были украдены и хранились астрономом Олин Эггеном в течение почти трех десятилетий и были вновь обнаружены (в его владении) лишь вскоре после его смерти. После изучения документов некоторые историки теперь считают, что Адамс не заслуживает такой же похвалы, как Le Verrier.

Вскоре после своего открытия Нептун временно был назван "планетой вне Урана" или "планетой Ле Верьера". Первое предложение о названии пришло от Галле. Он предложил имя Янус. В Англии Шалис предложил имя Океанус. Во Франции Араго предложил назвать новую планету Leverrier, предложение, которое встретило большое сопротивление за пределами Франции. Французские альманахи быстро восстановили название Гершель для Урана и Леверьера для новой планеты.

Между тем, по разной и разной причине, Адамс предложил изменить название Грузии на Уран, в то время как Леверрье (через Правление долготы) предложил Нептун для новой планеты. Струве поддержал это название 29 декабря 1846 года в Петербургской Академии наук. Вскоре Нептун получил международное согласие многих людей и стал тогда официальным названием новой планеты. В римской мифологии Нептун был богом моря, отождествляемым с греческим богом Посейдоном.

Урбан Ле Веррье, сооткрыватель Нептуна.

Структура

Масса и состав

При массе 10,243×1025 кг Нептун ставит планету между Землей и крупнейшими газовыми гигантами; Нептун имеет семнадцать масс Земли, но только 1/18 массы Юпитера. Нептун и Уран часто считаются частью подкласса газовых гигантов, известных как "ледяные гиганты", учитывая их меньшие размеры и большие различия в составе по сравнению с Юпитером и Сатурном. В поисках экстрасолнечных планет Нептун использовался в качестве эталона для определения размера и структуры обнаруженной планеты. Некоторые открытые планеты, имеющие схожие по массе с Нептуном, часто называют "Нептунами". Подобно тому, как астрономы называют различных экстрасолнечных "Юпитеров".

Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода, с меньшим количеством гелия. В атмосфере также обнаружено небольшое количество метана. Важные полосы поглощения метана происходят на длинах волн выше 600 нм, в красной и инфракрасной частях спектра. Это поглощение красного света атмосферным метаном придает Нептуну голубой оттенок.

Поскольку Нептун вращается так далеко от Солнца, он получает очень мало тепла в верхних слоях атмосферы при температуре -218 °C (55 K). Глубже внутри слоев газа, однако, температура поднимается медленно. Как и Уран, источник этого нагрева неизвестен, но разница больше: Нептун - самая далекая от Солнца планета, но его внутренняя энергия достаточно сильна, чтобы создавать самые быстрые ветры, видимые в Солнечной системе. Было предложено несколько возможных объяснений, в том числе радиогенное отопление от ядра планеты, продолжающееся излучение в пространство остаточного тепла, создаваемого падающейматерией во время рождения планеты, и гравитационные волны, ломающиеся над тропопаузой.

Считается, что структура внутренней части Нептуна очень похожа на структуру внутренней части Урана. Скорее всего, там находится ядро, которое, как полагают, составляет около 15 масс Земли, состоящее из расплавленной породы и металла, окружённое смесью горной породы, воды, аммиака и метана. Тяжелые давления удерживают ледяную часть этой окружающей смеси в виде твердых частиц, несмотря на большие температуры вблизи ядра. Атмосфера, простирающаяся примерно на 10-20% по направлению к центру, в основном состоит из водорода и гелия на больших высотах. Больше смесей метана, аммиака и воды встречается в нижних слоях атмосферы. Очень медленно эта более темная и горячая область смешивается с перегретой жидкостью внутри. Давление в центре Нептуна в миллионы раз превышает давление на поверхности Земли. Сравнение скорости его вращения со степенью растяжимости показывает, что в отличие от Урана, его масса менее сконцентрирована в центре.

Погода и магнитное поле

Одним из различий между Нептуном и Ураном является уровень метеорологической активности, который наблюдался (наблюдался или измерялся). Когда в 1986 году космический корабль "Вояджер" пролетел мимо Урана, ветер на этой планете был слабым. Когда "Вояджер" пролетел Нептуном в 1989 году, наблюдались мощные погодные явления. Погода Нептуна имеет чрезвычайно активные штормовые системы. В его атмосфере самая высокая скорость ветра в Солнечной системе, которая, как полагают, питается потоком внутреннего тепла. Регулярные ветры в экваториальном регионе имеют скорость около 1200 км/ч (750 миль/ч), в то время как в штормовых системах скорость ветра может достигать 2100 км/ч, что близко к сверхзвуковой.

В 1989 году на космическом корабле НАСА "Вояджер-2" была обнаружена "Большая темная точка" - циклоническая штормовая система размером с Евразию. Шторм напоминал Великое Красное Пятно Юпитера. Однако 2 ноября 1994 года космический телескоп Хаббла не увидел на планете Большого Темного Пятна. Вместо этого в северном полушарии планеты была обнаружена новая буря, похожая на Великое Темное Пятно. Причина исчезновения Большого Темного Пятна неизвестна. Одна из возможных теорий заключается в том, что перенос тепла из ядра планеты нарушил атмосферный баланс и существующие схемы циркуляции. Скутер - это еще одна буря, группа белых облаков дальше на юг, чем Великое Темное Пятно. Его прозвище было дано, когда он впервые был замечен в месяцы, предшествовавшие встрече "Вояджера" в 1989 году: он двигался быстрее, чем Великое Темное Пятно. На более поздних изображениях были видны облака, которые двигались еще быстрее, чем Скутер. Волшебный Глаз/Тёмное пятно 2 - это ещё одна южная циклоническая буря, вторая по силе сильнейшая из всех, наблюдавшихся во время встречи в 1989 году. Первоначально она была полностью темной, но по мере приближения "Вояджера" к планете, развилось яркое ядро, которое видно на большинстве снимков самого высокого разрешения.

В отличие от других газовых гигантов, атмосфера Нептуна демонстрирует наличие высоких облаков, создающих тени на толстой облачной палубе внизу. Хотя атмосфера Нептуна гораздо более активна, чем атмосфера Урана, обе планеты состоят из одних и тех же газов и льдов. Уран и Нептун - не совсем такие газовые гиганты, как Юпитер и Сатурн, а скорее ледяные гиганты, то есть они имеют более крупное твёрдое ядро и также состоят из льдов. Нептун очень холодный, на вершинах облаков в 1989 г. зарегистрированы температуры до -224 °C (-372 °F или 49 K).

Нептун также имеет сходство с Ураном в его магнитосфере, магнитное поле сильно наклонено по сравнению с его осью вращения под углом 47° и смещено, по крайней мере, на 0,55 радиуса (около 13 500 километров) от физического центра планеты. Сравнивая магнитные поля двух планет, ученые полагают, что экстремальное течение может быть характерным для течений в недрах планеты, а не результатом бокового вращения Урана. ^[]

Кольца Нептуна

Очень маленькие кольца синего цвета были обнаружены вокруг синей планеты, но они не так хорошо известны, как кольца Сатурна. Когда эти кольца были обнаружены командой во главе с Эдвардом Гуинаном, первоначально они думали, что кольца могут быть не полными. Однако, это было доказано "Вояджером 2". Планетарные кольца Нептуна имеют странное "комковатое" расположение. Хотя причина в настоящее время неизвестна, но некоторые ученые думают, что это может быть из-за гравитационного контакта с малыми лунами, которые движутся по орбите рядом с ними. ^[]

Доказательство того, что кольца являются неполными, впервые началось в середине 1980-х годов, когда было обнаружено, что при оккультировании звезды редко появляется лишнее "моргание" непосредственно перед или после того, как планета оккультировала звезду. На снимках с "Вояджера-2" в 1989 году была решена проблема, когда было обнаружено несколько слабых колец в кольцевой системе. Самое дальнее кольцо, Адамс, имеет три знаменитых дуги, которые сейчас называются Liberté, Egalité и Fraternité (Свобода, Равенство и Братство).

Существование дуг очень трудно понять, потому что по законам движения можно было бы предсказать, что дуги разойдутся в одно кольцо за очень короткое время. Считается, что гравитационные эффекты Галатеи, луны, находящейся внутри кольца, создали дуги.

Несколько других колец были обнаружены камерами "Вояджера". Также с тонким Адамским кольцом, расположенным примерно в 63 000 км от центра Нептуна, Кольцо Рычагов находится на расстоянии 53 000 км, а более широкое, меньшее Кольцо Галле находится на расстоянии 42 000 км. Очень маленькое внешнее расширение до кольца было названо Lassell, оно окружено кольцом Arago на расстоянии 57 000 км.

Новые земные наблюдения, опубликованные в 2005 году, показали, что кольца Нептуна гораздо более нестабильны, чем считалось ранее. Если быть точным, то, похоже, что кольцо Либерте может быстро исчезнуть, возможно, менее чем через 100 лет. Новые наблюдения, похоже, озадачивают наше понимание колец Нептуна.

Кольца Нептуна

Луны Нептуна

У Нептуна в общей сложности 14 известных лун. Поскольку Нептун был римским богом моря, луны планеты были названы в честь меньших морских богов или богинь. Самая большая, и единственная, достаточно большая, чтобы иметь форму сферы, - это Тритон (произносится:ˈtraɪtən), открытый Уильямом Ласселом всего через 17 дней после открытия самого Нептуна. В отличие от всех других больших планетарных лун, Тритон имеет ретроградную орбиту, что указывает на то, что Луна, вероятно, была захвачена и, возможно, когда-то была объектом пояса Койпера. Он находится достаточно близко к Нептуну, чтобы быть зафиксированным на синхронной орбите, и медленно движется в Нептун, и однажды он будет разорван на части, когда преодолеет предел Roche. Тритон - самый холодный объект, измеренный в Солнечной системе, с температурой -235 °C (38 K, -392 °F). Его диаметр 2700 км (80% Луны Земли, Луна), масса 2,15×1022 кг (30% Луны), диаметр орбиты 354 800 км (90% Луны) и орбитальный период 5 877 дней (20% Луны).

Вторая известная Луна Нептуна (по порядку расположения), нечетная Луна Нереид, имеет одну из самых необычных орбит любого спутника в Солнечной системе.

С июля по сентябрь 1989 года "Вояджер-2" обнаружил шесть новых лун Нептуна. Из них кусковой Протеус является самым большим известным объектом, который не был сформирован в сферу собственной гравитацией. Несмотря на то, что это вторая по массе Нептунская луна, на нее приходится лишь четверть от одного процента массы Тритона. Ближайшие четыре луны Нептуна - Наяд, Таласса, Деспина и Галатея - находятся на орбите достаточно близко, чтобы быть внутри колец Нептуна.

Следующая по дальности Лариса была первоначально открыта в 1981 году, когда она оккультивировала звезду. Луна стала причиной возникновения кольцевых дуг Нептуна, когда "Вояджер-2" наблюдал за Нептуном в 1989 году. Пять новых необычных лун, обнаруженных между 2002 и 2003 годами, были объявлены в 2004 году. Последняя луна была обнаружена 16 июля 2013 года в результате изучения изображений телескопа Хаббл. Она находится всего в 12 милях в поперечном направлении, что позволяет ей уклоняться от обнаружения даже космическим кораблем "Вояджер-2".

Наблюдение

Нептун нельзя увидеть невооруженным глазом, так как нормальная яркость Нептуна находится в диапазоне между +7.7 и +8.0, который может быть затруднён галилейскими лунами Юпитера, карликовой планетой Церера и астероидами 4 Веста, 2 Паллас, 7 Ирис, 3 Юнона и 6 Гебея. Телескоп или сильный бинокль покажут Нептун как маленькую синюю точку, похожую по внешнему виду на Уран. Синий цвет исходит от метана в его атмосфере. Его небольшие очевидные размеры затрудняют визуальное изучение; большая часть телескопических данных была достаточно ограничена до прибытия космического телескопа Хаббла и больших наземных телескопов с адаптивной оптикой.

С орбитальным периодом (звездным) 164,88 юлианских лет Нептун вскоре вернется (для обнаружения) в то же самое место в небе, где он был обнаружен в 1846 году. Это произойдёт трижды, также в четвёртый раз, когда он приблизится к этому месту. Это 11 апреля 2009 года, когда он будет в состоянии запрограммированного движения; 17 июля 2009 года, когда он будет в ретроградном движении; и 7 февраля 2010 года, когда он будет в состоянии запрограммированного движения. Он также будет очень близок к тому, чтобы быть в той же точке с момента открытия 1846 года в конце октября - начале середины ноября 2010 года, когда Нептун перейдет из ретроградного в прямое движение в точной степени открытия Нептуна, а затем остановится на мгновение вдоль эклиптики в течение 2 дуговых минут в этой точке (ближайшая из них 7 ноября 2010 года). Это будет последний раз примерно на 165 лет, когда Нептун будет в точке своего открытия.

Это объясняется идеей ретроградации. Как и все планеты и астероиды Солнечной системы за пределами Земли, Нептун в определенные моменты своего синодинамического периода проходит ретроградацию. В дополнение к началу ретроградации, другие события внутри синодального периода включают астрономическое противостояние, возврат к программному движению и соединение с Солнцем.

На своей орбите вокруг Солнца Нептун вернулся к первоначальной точке обнаружения в августе 2011 года.

Развертывание

В настоящее время только один космический корабль побывал в Нептуне. Зонд НАСА "Вояджер-2" совершил быстрый пролет планеты с ближайшим столкновением 25 августа 1989 года и был последней планетой, на которой побывал хотя бы один космический корабль.

Одним из важных открытий "Вояджера 2" стал его очень близкий пролет над Тритоном, где были сфотографированы несколько частей Луны. Зонд также обнаружил Большую Темную Пятницу, хотя сейчас она исчезла после того, как космический телескоп Хаббла сфотографировал Нептун в 1994 году. Первоначально считалось, что это большое облако или циклоническая штормовая система, позже предполагалось, что это просто дыра в видимой облачной палубе.

Нептун оказался самым сильным ветром из всех газовых гигантов Солнечной системы. В внешних областях Солнечной системы, где Солнце светит более чем в 1000 раз слабее, чем на Земле (все еще очень яркое с магнитудой -21), последний из четырех гигантов все-таки случился так, как ожидали ученые на самом деле. Можно подумать, что чем дальше планета от Солнца, тем меньше энергии и тепла будет создаваться и пропускать вокруг себя очень сильные ветры. Ветер на Юпитере был уже сотни километров в час. Вместо того, чтобы видеть более медленные ветры, ученые обнаружили более быстрые ветры (более 1600 км/ч) на более далеком Нептуне.

Одна из возможных догадок по причине более высоких скоростей ветра заключается в том, что если вырабатывается достаточно энергии, создается турбулентность, которая замедляет ветер (как у Юпитера). Однако на Нептуне так мало солнечной энергии, что после запуска ветра они встречают очень мало сопротивления и способны сохранять очень высокие скорости. Так или иначе, Нептун выделяет больше энергии, чем получает от Солнца, и внутренний источник энергии этих ветров остается неопределенным.

Фотографии, отправленные на Землю с "Вояджера-2" в 1989 году, легли в основу программы PBS "Всю ночь Нептун".

Вояджер 2.