Планета Нептун — самый далёкий и загадочный мир

Планета Нептун относится к газовым гигантам, как и Юпитер, Сатурн и Уран, но у него немало особенностей. Как и прочие планеты, это особый мир, непохожий на другие. Он был открыт в 1846 году благодаря математическим вычислениям и с тех пор совершил только один оборот вокруг Солнца – на Нептуне прошёл всего 1 год и только начался второй.

Нептун нельзя увидеть на небе невооружённым глазом, так как его блеск составляет всего около 8m. Но он доступен для поиска даже в небольшой телескоп или в хороший бинокль. Ночью его можно найти в созвездии Водолея.

История открытия планеты Нептун

История открытия этой планеты довольно любопытна и необычна. Это открытие было триумфом ньютоновской физики, так как стало доказательством, что движение планет полностью подчиняется законам тяготения.

Всё началось с того, что в 1821 году французский астроном Алексис Бувар опубликовал вычисленные таблицы орбиты Урана, который был открыт 40 лет назад. Но при дальнейших наблюдениях этой планеты стали заметны отклонения данных в таблицах и полученных на практике.

Английский астроном Томас Хасси предположил, что отклонения в движении Урана можно объяснить воздействием на него еще одной планеты, которая находится еще дальше. Он встретился с Буваром и они обсудили эту возможность, после чего Бувар решил провести расчёты еще раз, с учётом наличия неизвестной планеты. Но он этого так и не сделал.

Затем этой проблемой занялся Джон Куч Адамс, английский астроном, который в 1843 году вычислил орбиту предполагаемой планеты, которая могла бы оказать наблюдаемое возмущение на планету Урана. Но и он это дело забросил, хотя и отправил результаты королевскому астроному.

Довёл дело до конца Урбен Леверье, французский математик, работавший в Парижской обсерватории. Он самостоятельно провёл все расчеты, однако астрономы Парижской обсерватории не захотели поискать гипотетическую планету. Тогда Леверье убедил в своей правоте астронома Берлинской обсерватории Иоганна Готтфрида Галле и тот согласился помочь. А студент той же обсерватории Генрих д’Арре предложил сравнить вид неба в нужном месте на текущий момент с недавней картой звёздного неба. Это позволило бы заметить смещение некоторых объектов.

Метод дал замечательный результат. Потребовался всего час поисков и новая планета была найдена. Отклонение от вычисленного Леверье положения составило всего 1 градус. Затем директор Берлинской обсерватории Иоганн Энке тоже две ночи принимал участие в наблюдениях открытого небесного тела и его передвижение было зафиксировано. Так было доказано, что это именно планета, а не звезда.

Нептун был открыт 23 сентября 1846 года, а вся троица, сделавшая это, считается его первооткрывателями. Урбен Леверье сделал вычисления и открыл Нептун «на кончике пера», Иоганн Галле сделал это непосредственно с помощью телескопа, а студент Генрих д’Арри предложил способ, как сделать поиски успешными и тоже принимал в этом непосредственное участие.

Конечно, англичане на этом не успокоились, возник спор, кого считать первооткрывателем – Адамса, который провёл расчеты раньше, или Леверье, который довёл дело до конца. Их даже считали равноправными первооткрывателями. Но в итоге справедливость восторжествовала – Леверье победил. Его расчёты оказались точнее, и он доказал их практически, открыв планету Нептун не только на бумаге.

Кстати, эту планету еще некоторое время называли «планетой Леверье». Потом сам Леверье дал ей название Нептун, а Василий Струве, директор Пулковской обсерватории, его утвердил.

Интересные факты о планете Нептун

Планета Нептун довольно интересна, хотя и слабо изучена, из-за большого удаления от нас. Но есть некоторые интересные факты о ней:

• О планете Нептун не знали в древности. Её нельзя увидеть невооруженным глазом и впервые открыта она была в 1846 году.
• Нептун меньше всех среди других планет — гигантов. Он меньше Урана, хотя и тяжелее.
• В атмосфере Нептуна много метана, который поглощает красный свет, поэтому планета выглядит синей.
• На Нептуне есть мощные ветра и ураганы. Самая большая буря под названием Большое Темное пятно, похожая на юпитерианское Большое Красное пятно, была открыта «Вояджером — 2». В 1994 году телескоп Хаббл его уже не обнаружил.
• У Нептуна, как и у других планет-гигантов, есть кольца из ледяных частиц и пыли.
• Нептун выделяет тепла в 2.61 раз больше, чем получает от Солнца. Причина этого неизвестна.
• У Нептуна есть 14 спутников, самый большой из которых – Тритон. Он имеет массу в 99.5% от массы всех спутников Нептуна, вместе взятых.
• 25 августа 1989 года мимо Нептуна, в 3000 километрах, пролетел «Вояджер-2». Других земных аппаратов там больше не было.

Размер, масса и орбита планеты Нептун

Диаметр Нептуна по экватору равен 24 764 километра, он в 4 раза больше Земли. При этом он в 17 раз тяжелее Земли, но в 19 раз легче Юпитера. Поэтому Нептун считается чем-то средним между настоящими планетами – гигантами, такими, как Юпитер и Сатурн, и планетами земной группы.

Ближайшие планеты к Нептуну – Уран, расположенный ближе к Солнцу, и Плутон, который относится теперь к карликовым планетам.

Орбита Нептуна немного эллиптическая, а не строго круговая, с эксцентриситетом 0.011, и расположена она под углом в 1.77⁰ по отношению к земной. То есть лежат они немного не в одной плоскости. Из-за эллиптичности орбиты расстояние от Нептуна до Солнца немного меняется, на 101 миллион километров, а в среднем составляет примерно 4.55 миллиардов километров, или 30.1 а.е.

Полный оборот по орбите Нептун делает за 164.79 земных года, и в 2011 году он завершил только первый оборот с даты открытия.

По орбите Нептун движется с осевым наклоном в 28.32⁰. Примерно такой же наклон оси имеют Земля и Марс, поэтому и на Нептуне также происходит смена времён года, только происходит это гораздо медленнее. Один сезон там длится около 40 земных лет.

Вокруг оси Нептун вращается за 16 часов – это время вращения магнитного поля. Но так как это газовая планета, то на разных широтах реальная скорость вращения отличается. Так, самый широкий экваториальный пояс делает оборот за 18 часов, а более узкие средние и полярные пояса вращаются быстрее. Приполярные области делают оборот за 12 часов. Такая большая разница выражена у Нептуна больше, чем у других планет.

Состав и поверхность Нептуна

Планеты Уран и Нептун относят к отдельному классу ледяных гигантов, и неспроста. В центре Нептун имеет скалистое ядро, состоящее из силикатов и металлов, затем идёт ледяная мантия из метанового льда, воды и аммиака. Затем располагается атмосфера из гелия, водорода и метана.

Однако не надо думать, что в мантии Нептуна находится привычный нам лёд – замёрзшая жидкость. На самом деле мантия очень горячая, так как давление там достигает огромных цифр. Температура достигает 2000 — 5000 К, практически как на поверхности Солнца. Но при этом вещество, образованное при таких экстремальных давлениях, всё равно называют льдом, хотя оно представляет собой очень плотную и очень горячую жидкость, преимущественно из аммиака. Это особое состояние, которое называется «горячий лёд».

Есть гипотеза, что на глубине 7000 км под действием огромного давления и температуры из метана образуются алмазные кристаллы, оседающие затем ближе к ядру. Возможно, там есть даже огромный алмазоносный слой.

Атмосфера и температура на Нептуне

Верхние слои атмосферы состоят в основном из водорода (80%) и гелия (19%), и небольшой примеси метана. Метан поглощает красный свет, придавая планете голубоватый цвет. Однако подобный эффект у Урана выражен гораздо слабее, и он выглядит голубым, в то время как цвет Нептуна – глубокий синий. Почему это так, точно неизвестно. Предполагается, что в атмосфере этой планеты, кроме метана, есть еще некий компонент, сильно поглощающий красную часть спектра.

В верхнем слое атмосферы, где давление очень низкое, метан конденсируется и образует облака. Ниже, с ростом давления, облака состоят уже из сероводорода и аммиака. Еще ниже идут аммиачные, сероводородные, водяные и состоящие из сульфида аммония облака. Там, где давление достигает 50 бар, а температура около 0 градусов, облака состоят из водяного льда.

Таким образом, на разной высоте в верхних слоях атмосферы Нептуна ступеньками существуют облака разного типа. Ниже атмосфера затуманивается из-за продуктов распада метана под действием ультрафиолета.

В атмосфере Нептуна есть слой, который называется термосферой, и там температура аномально высокая – 750 К. Почему это так, неизвестно, так как Нептун гораздо дальше от Солнца, чем Уран, где такого эффекта нет. Он получает очень мало солнечного тепла и не может так нагреваться. Возможно, этот нагрев вызван гравитацией или взаимодействием заряженных ионов из магнитосферы с атмосферным газом.

В атмосфере Нептуна, в отличие от Урана, зафиксированы очень сильные ветры – до 600 м/с. Дуют они с разной скоростью, притом на высоких широтах по направлению вращения планеты, а в низких – против.

Сейчас верхняя часть атмосферы Нептуна на южным полюсе на 10 градусов теплее, чем в остальных частях планеты. Поэтому здесь происходит утечка метана в космос, а в других местах он чуть холоднее и заморожен. Причина в том, что последние 40 лет Нептун был повёрнут к Солнцу именно южным полюсом, из-за наклона оси. Когда лето придёт в северное полушарие, теплее всего станет на северном полюсе, и метан станет уходить там.

Из-за смены сезонов изменяются и облачные полосы в полушариях. Так, сейчас в южном полушарии теплее, и там облаков больше. После 2020 года начнётся новый сезон и всё будет меняться.

В 1989 году «Вояджер-2», пролетая мимо, сфотографировал на Нептуне огромный штормовой вихрь, размером 13000 х 6600 км. Его назвали Большим Тёмным пятном, так как он выделялся более тёмным цветом. В 1994 году телескоп Хаббл его уже не обнаружил.

Такие штормы образуются ниже облачного слоя, поэтому выглядят темнее. Они могут существовать несколько месяцев, а потом исчезать. Они также могут постепенно терять свой цвет, но продолжать существовать как циклон.

Температура Нептуна

Одна из загадок Нептуна – его тепло. Эта планета расположена гораздо дальше от Солнца, чем Уран, и получает на 60% меньше солнечного света. Однако Уран выделяет энергии в 1.1 раз больше, чем получает, а Нептун – в 2.61 раз больше!

Откуда Нептун берёт такой излишек энергии, пока неизвестно. Есть разные гипотезы, от радиоактивного нагрева ядра до химических процессов в нижних слоях атмосферы, например, распада метана на другие углеводороды.

Кольца Нептуна

У Нептуна, как и у других планет-гигантов, есть система колец. Они очень слабые и состоят, предположительно, из ледяных и пылевых частиц. Впервые эти кольца были обнаружены «Вояджером-2». С Земли их, конечно, не видно.

Всего у Нептуна 5 колец, которые названы именами учёных, приложивших усилия к открытию планеты – Галле, Леверье, Ласселл, Араго и Адамс. Самое широкое кольцо Ласселла, шириной 4000 км. Этот учёный всего через 17 дней после открытия планеты обнаружил её спутник Тритон.

А вот кольцо Леверье, первооткрывателя, шириной всего 113 км. Другие кольца еще уже, самое узкое – кольцо Адамса, шириной в 35 км, но оно и самое яркое.

Спутники планеты Нептун

Нептун, как и прочие крупные планеты, имеет много спутников. Сейчас известно 14 из них. Самый крупный спутник Нептуна – Тритон. Его диаметр – около 2700 км, а состоит он преимущественно из льда, хотя в центре имеется металлическое ядро. Если сложить массу всех спутников, то Тритону будет принадлежать 95.5% от всей массы. Лишь он такой крупный, что имеет сферическую форму.

Тритон – самый холодный спутник в Солнечной системе, температура на его поверхности – всего 38 К, или – 235⁰C, то есть близка к абсолютному нулю. Этот спутник движется по спиральной орбите, постепенно приближаясь к планете, и через несколько десятков миллионов лет будет разрушен. Тогда у Нептуна появятся кольца, больше, чем у Сатурна.

Тритон – интересный спутник. Он один из немногих, на которых есть тектоническая активность. Там есть криовулканы, а под ледяной поверхностью возможно существование подлёдного океана.

Другие спутники Нептуна больше похожи на крупные астероиды. Самый крупный из них – Протей, имеющий неправильную форму и поперечник в 420 км. Третий по размеру спутник – Нереида, 340 км в поперечнике. Остальные спутники Нептуна гораздо меньше. Самый маленький спутник планеты Нептун – Гиппокамп, размером в 18 км, был открыт в 2013 году.

Нептун и пояс Койпера

От орбиты Нептуна, на расстоянии примерно в 30 а.е. от Солнца и до 55 а.е, расположен пояс Койпера, в котором сконцентрировано большое количество малых планет. Он подобен астероидному поясу между Юпитером и Марсом.

Планета Нептун оказывает большое гравитационное воздействие на весь пояс Койпера, так как находится практически на его границе. Именно Нептун сформировал его в том виде, в котором он существует сейчас. Многие объекты пояса Койпера находятся в орбитальном резонансе с Нептуном и поэтому их орбиты стабильны. То есть за время существования Солнечной системы Нептун выстроил там всех «по струнке».

Так, один из объектов пояса Койпера – Плутон, тоже находится в орбитальном резонансе 2:3 с Нептуном. Хотя их орбиты иногда проходят очень близко, но они никогда не столкнутся, так как всегда находятся в это время в одних и тех же местах, далеко друг от друга. Плутон совершает один оборот вокруг Солнца, а Нептун – полтора, и таких же объектов очень много. Все они получили название «плутино», но есть и другие, с другим резонансом – «тутино» и т.п.

История изучения Нептуна

Нептун – самая далёкая планета Солнечной системы, и расстояние до него огромно. Его сложно изучать с Земли, поэтому используется преимущественно космический телескоп «Хаббл».

Из космических аппаратов лишь один приближался к Нептуну – «Вояджер-2», и было это 25 августа 1989 года. Тогда это было важной задачей, и учёные изменили его траекторию, чтобы аппарат пролетел рядом с Тритоном, даже с риском для него. В итоге он пролетел близко от Нереиды, затем в 4400 км от атмосферы Нептуна, а далее сблизился с Тритоном. Всё это произошло в один день.

Расстояние до «Вояджера-2» было таким большим, что переданный сигнал в одну сторону шел 246 минут, поэтому зонд работал практически автономно, под управлением предварительно загруженных программ. Он успешно справился со своей миссией и передал множество снимков и научных данных. По сути, большинство знаний о Нептуне получено благодаря «Вояджеру-2».

В день сближения «Вояджера-2» 25 августа 1989 года с Нептуном даже шла ночная передача «Нептун всю ночь» с репортажами об этом событии.

Затем в 2014 орбиту Нептуна пересекал аппарат «Новые Горизонты», но он находился в режиме гибернации, и его целью был Плутон.

Сейчас никаких аппаратов к Нептуну запускать не планируют. НАСА собиралась запустить миссию «Нептун Орбитер» в 2016 году, но до сих пор неизвестно, будет ли она запущена вообще когда-нибудь. В приоритете на исследования сейчас стоит Уран, а не Нептун.

Наблюдение Нептуна

Лучшие условия для наблюдений Нептуна складываются в августе-сентябре. Тогда он проходит точку противостояния и оказывается на наименьшем удалении от Земли. Яркость его в это время составляет около 7.7m, то есть невооружённым глазом его всё равно не видно.

Обнаружить Нептун можно уже в бинокль 7х50, но выглядеть он будет как тусклая звездочка в созвездии Водолея.

Какой телескоп нужен, чтобы увидеть Нептун не как звезду, а в виде диска? Мнения расходятся. Есть любители, которые утверждают, что различали диск в 80-мм телескоп. Но есть и такие, которые не смогли его различить и в 150-мм рефлектор.

Угловой размер диска Нептуна на небе – от 2 до 2.3”, что очень немного, и гораздо меньше, чем у прочих планет Солнечной системы. Поэтому для уверенного наблюдения диска планеты рекомендуется вооружиться телескопом с апертурой минимум в 200-250 мм, а увеличение использовать от 200х.

Не стоит надеяться увидеть какие-то детали на этой планете, даже если вы сможете рассмотреть эту синюю горошину. Даже в телескопы с апертурой от 400 мм можно увидеть разве что некоторые колебания яркости по поверхности и потемнение диска к краям.

В телескоп от 200 мм можно попробовать отыскать Тритон – крупнейший спутник Нептуна. Он имеет яркость 13.5m и может отстоять от планеты до 17”. При спокойной атмосфере можно попытаться его найти.