Планета Нептун. Характеристики, внутреннее строение Нептуна

Они похожи почти как близнецы: практически одинаковые размеры, очень близкие массы и периоды вращения, очень похожий состав, тонкие и слабые кольца... Есть и ещё одна вещь, которая их связывает - история их открытия.

Меркурий или Сатурн были известны людям с доисторических времён, в древнем Египте жрецы уже с лёгкостью предсказывали время и место их следующего появления. А вот Уран, хоть его вполне можно разглядеть невооружённым глазом в ясную ночь, никто не замечал. Из-за большого периода обращения он слишком медленно движется относительно звёзд, чтобы кто-то обратил на него внимание. Более того, со времени изобретения телескопа в 1610 году его по крайней мере 20 раз наблюдали астрономы, записывали его координаты, зарисовывали на карты - и всё равно не замечали движения. И только в 1781 году Уильям Гершель увидел «туманную звезду» и стал следить за ней, проверяя, не комета ли это. Так была впервые открыта новая планета - Уран, и скоро Пьер Симон Лаплас вычислил её орбиту, так что можно было предсказать её движение на много лет вперёд.

Но прошло ещё полвека, и оказалось, что Уран отклоняется от этой орбиты! Адамс в Англии и Леверье во Франции независимо друг от друга предположили, что это ещё одна неизвестная планета притягивает его и «сбивает с пути». Они вычислили, где искать эту невидимку, но Адамс и вычислил не так точно, и не настаивал на своих результатах. А Леверье, который сам астрономом не был, ходил от одного наблюдателя к другому, уговаривая проверить то место на небе, которое он укажет. И в конце концов Галле, у которого была недавно нарисованная карта этого участка неба, взялся сравнить её с тем, что видно в телескоп - и в первый же час нашёл сдвинувшуюся с места «звезду». Это и был Нептун - первая планета, которую сначала предсказали теоретически и только потом нашли. Оказывается, и Нептун люди видели раньше - сам Галилей несколько раз наблюдал его в свой телескоп! - но тоже не заметили, что это планета, а не звезда.

По сравнению с Юпитером и Сатурном Уран и Нептун какие-то «гиганты-маломерки». Это потому, что газа им там, вдали от Солнца, не хватило - пока они неспешно набирали массу, весь газ «расхватали» другие планеты-гиганты, а остатки разлетелись вдаль. Так что водорода и гелия на Уране и Нептуне всего процентов 10–20, что составляет 1–2 массы Земли - а не 200 или 80, как на Юпитере или Сатурне. Зато на них вполне хватило льда - похоже, тут им ещё Юпитер помог, «подбрасывая куски» из более близкой к центру и густо заполненной области. (Юпитер ведь уже тогда хулиганил и разбрасывал всё куда попало.) Причём лёд не только обычный, водяной, но и аммиачный (NH 3), и метановый (CH 4). Так что их иногда называют ледяными гигантами . Но тут надо иметь в виду, что термин этот обманчив: какой уж там лёд при таком давлении и при температуре внутри планеты несколько тысяч градусов! Это не лёд, а то, во что он давно превратился со времени падения на протопланету - очень горячая и очень плотная жидкость, похожая на земную магму, только состоящая из более лёгких молекул, которая плавно - как и на «водородных» гигантах - переходит в газ по мере приближения к поверхности.

Итак, ядро этих планет (из смеси металла и камня, а не металлическое, как на Земле, и не из металлического водорода, как на Юпитере и Сатурне) составляет по разным оценкам от 0,5 до 3 масс Земли и занимает место от центра до 1/5 радиуса, атмосфера из водорода и гелия - ещё 0,5–1,5 массы Земли и ту же 1/5 радиуса, но с внешнего края; всё остальное - мантия из «льдов». Голубой цвет обеих планет объясняется, как предполагают, присутствием в верхнем слое атмосферы примеси метана, который поглощает красные и отражает синие солнечные лучи.

Задача

Если и ядро, и атмосфера имеют одинаковую массу (по одной массе Земли) и «занимают» по 1/5 радиуса, что же - у них, значит, одинаковые плотности?

Ответ

Конечно, нет! Ведь объём сферического слоя зависит не только от его толщины, но и от радиуса - например, на большой воздушный шар нужно больше резины, даже если толщина шарика одна и та же. (По той же причине, например, на большую коробку потратится больше картона, чем на маленькую коробочку из картона той же толщины.) Можно сравнить объёмы атмосферы и ядра: объём шара пропорционален его радиусу в кубе. Значит, объём ядра равен (1/5) 3 = 1/125 от объёма планеты, а объём атмосферы 1 − (4/5) 3 = (125 − 64)/125 ≈ 1/2 объёма планеты, примерно в 60 раз больше. Если массы равны, то плотность атмосферы во столько же раз меньше.

Но между Ураном и Нептуном есть и различия. Главное - это направление вращения. В отличие от «нормально», то есть слегка наклонённого Нептуна, Уран «ходит лёжа на боку»: его ось вращения лежит почти ровно в плоскости орбиты. Поэтому практически на всей планете полгода (то есть 42 наших года!) длится полярный день и полгода - полярная ночь (почему так - см. «Квантик» № 6 и № 7 за 2016 год). От такого равномерного и постепенного прогрева и охлаждения погода на Уране очень скучная: ни штормов, ни ураганов, ни даже разноцветных полос вдоль экватора... Когда там пролетал «Вояджер-2» - единственный до сих пор космический аппарат, приближавшийся к Урану и Нептуну, - был как раз разгар полярного лета, и ему не удалось увидеть ничего интересного. Лишь весной и осенью там хоть что-то происходит: вот недавно (равноденствие как раз только что прошло) появилось яркое облачное колечко (см. фото) и хоть какие-то пятна-вихри.

Отчего же ось Урана так наклонилась? Никто не знает. Ведь в облаке, из которого образовались планеты, всё крутилось вокруг Солнца в одну и ту же сторону - против часовой стрелки. Вот и растущие в нём комки-планеты закручивались так же. А Уран (и ещё Венера) - нет. Как всегда в таких случаях, «ищут виноватого»: может, Уран столкнулся с чем-нибудь крупным, и это - последствия соударения. Но Венера после такого удара почти перестала вращаться, а Уран крутится быстро, только не в той плоскости. Непонятно, когда он мог так покалечиться: если это случилось, когда Уран сам ещё был небольшим, то при дальнейшем наборе массы он должен был сильно замедлить вращение - ведь всё, что на него падало, вращалось не так, как он. А если это случилось поздно, когда Уран уже был большим, то какой же это гигант должен был в него врезаться?!

А ещё Уран - самая холодная планета, холоднее даже Нептуна, который на треть дальше от Солнца: температура на поверхности опускается до 50 градусов Кельвина (примерно −225°C). И в центре, как думают астрономы, она тоже ниже, чем у всех планет-гигантов: всего 5000 К. (Да, это почти как на краю Солнца - там 6000 К. Но не думайте, что это очень много - на Сатурне, например, температура внутри достигает 12 тысяч градусов.) Даже Нептун внутри горячее: он излучает в космос в 2,5 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Откуда берётся излишек? Может, от распада радиоактивных элементов, а может, от просачивания более тяжёлых атомов гелия в водородной атмосфере вниз, поближе к ядру. (На Юпитере и Сатурне гелий уже давно «утонул», а на Уране и Нептуне - нет.) Уран же излучает ровно столько же, сколько получил, не добавляя ни на грош своей энергии.

Почему так? Тоже неизвестно. Одни говорят, что опять виновато то столкновение, которое повернуло Уранову ось - из-за него и тепло растратилось, и Уран раньше срока остыл. Другие считают, что с Ураном-то всё в порядке, это Нептун слишком горячий для такого расстояния от Солнца - из-за большого спутника, Тритона, который «теребит» его приливными силами. Если так, то лишняя энергия «отбирается» у Тритона, орбита которого постепенно опускается всё ниже.

Что ещё у этих двух планет разное - это спутники. У Урана спутники, в общем-то, мелкие, все вместе они весят меньше половины одного нептуновского Тритона, не говоря уж о нашей Луне. Но всё-таки пять из них имеют сферическую форму. Почти все спутники (кроме совсем мелких булыжников вдали от планеты) вращаются в плоскости экватора Урана - значит, они, скорее всего, образовались вокруг него, и уже после «катастрофы» (а возможно, и благодаря ей - из появившегося в результате стройматериала). Все крупные спутники Урана состоят из смеси льда (водного, сухого и аммиачного) и камня - примерно поровну. Вероятно, они были раньше разогреты и «переплавились», так что камень опустился вниз, а лёд поднялся к поверхности. Посредине между тем и другим мог быть океан из воды, подогреваемый приливами, как у спутников Юпитера и Сатурна. У спутников поменьше он давно замёрз, а у Титании и Оберона - двух самых больших - мог сохраниться и по сей день. Правда, всё равно температура такой «воды» ненамного выше −100°C (!) - замёрзнуть ей мешает большое давление (сверху ведь толстый ледяной панцирь) и добавки-«незамерзайки» - аммиак и разные соли.

Все пять крупных спутников ужасно исцарапаны - покрыты гигантскими глубокими каньонами длиной сотни километров, шириной до 50 км и глубиной до 5 км. Самый большой каньон на Титании тянется от её экватора почти до самого полюса (1500 км). Предполагают, что эти каньоны - огромные трещины в ледяной коре - образовались при постепенном замерзании подлёдного океана: ведь вода при замерзании не сжимается (как большинство веществ), а расширяется. Каждый новый слой льда «распирал» ледяную кору и разламывал её - это похоже на образование эскарпов Меркурия, только там кора проваливалась внутрь, а тут - выталкивалась наружу. Возможно, при этом немного воды выливалось наружу и затем заливало дно трещин.

Совсем непохожи на них спутники Нептуна. Они, правда, совсем мало изучены - но и так уже видно, что один только Тритон имеет сферическую форму. Остальные - бесформенные глыбы, хотя по крайней мере два из них могли бы, судя по массе, быть шарообразными. Очевидно, они никогда не нагревались - иначе уж точно «переплавились» бы в шарики. Непохоже, чтобы эти спутники образовались вместе с планетой - видимо, они все захвачены позже.

Тритон раза в 3–4 легче Луны, занимает 7-е место по массе среди спутников. По размерам он больше Плутона, недавно лишённого звания планеты, да и по другим параметрам похож на него. При этом он - единственный из крупных спутников, который вращается вокруг своей планеты «не в ту сторону» и по сильно наклонённой орбите. И это при том, что период обращения вокруг Нептуна - всего 6 часов, то есть орбита очень низкая! Не иначе Тритон, как и остальные нептуновы спутники, не родился в этих местах, а был захвачен. Откуда же Нептун ухитрился раздобыть такого большого вассала? Из пояса Койпера.

Планет всего 8, а ещё лет десять назад говорили - 9: Плутон «разжаловали» в карликовые планеты. Дело в том, что за орбитой Нептуна обнаружили целую кучу небольших планеток, и некоторые из которых по размеру и массе очень похожи на Плутон. Чтобы не объявлять их всех планетами, пришлось придумать для них отдельную категорию - карликовые планеты . Скопление карликовых планет и малых тел за орбитой Нептуна, на расстояниях 30–50 а. е., называется поясом Койпера , по аналогии с поясом астероидов. Кстати, крупнейшее тело из пояса астероидов - Цереру - тоже перевели из астероидов в разряд карликовых планет. И, как Юпитер в поясе астероидов, Нептун наводит свои порядки в поясе Койпера, возмущая и раскачивая орбиты одних планеток и стабилизируя орбиты других. Чуть ли не весь пояс Койпера находится с ним в резонансе: например, периоды обращения Нептуна и Плутона относятся как 2:3. Их орбиты почти пересекаются, но они никогда не столкнутся именно из-за резонанса.

Возвращаясь к Тритону, заметим, что Нептун уже успел «воспитать» его - вращается Тритон синхронно (всё время «смотрит» на планету одной стороной). Замечательно, что его орбита - идеальный круг. Очевидно, раньше она была вытянутой (хотя и неизвестно, насколько), и на её «выравнивание» приливными силами пришлось затратить довольно много энергии. Эта энергия, переходя в тепло, нагревала Тритон, и до сих пор на нём действуют криовулканы, которые вместо горячей магмы извергают жидкий азот. Возможно, что под поверхностью до сих пор осталась незамёрзшая жидкость (вода с аммиаком при −100°C). При этом на поверхности Тритона до того холодно (−235°C), что азот, который в земных условиях - только газ, там может даже выпадать в виде снега.

И Уран, и Нептун окружены кольцами, но кольца эти слабые и состоят из тёмных частиц - вид совсем не тот, что у Сатурна. По тому, какие они тонкие и какие широкие между ними промежутки (см. фото) похоже, что это останки совсем недавно разрушенных приливными силами маленьких спутников.

Вот и подошло к концу наше путешествие по восьми большим планетам Солнечной системы и их лунам. Но секреты и загадки Солнечной системы на этом, конечно, не кончаются...

Художник Мария Усеинова

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.

13 марта 1781 г. Уильям Гершель (1738-1822), пользуясь самодельным телескопом, случайно открыл новую планету. Гершель был музыкантом, жившим в Бате (Англия), где он работал органистом. Астрономия была его излюбленным увлечением. Он сам сделал телескоп и составлял перечень двойных звезд, которые при наблюдении казались расположенными очень близко друг к другу. Однажды ночью он заметил новый объект, который принял за комету, поскольку он медленно перемешался относительно звезд. Однако через несколько недель стало ясно, что это не комета, а новая планета нашей Солнечной системы.

Открытие Гершеля прославило его на весь мир, а король Георг III назначил ему королевскую пенсию. Вначале астрономы никак не могли выбрать имя для новой планеты, но в конце концов назвали ее Ураном. Согласно классической мифологии, Уран - дедушка Юпитера.

Еще одна новая планета, Нептун, была обнаружена в 1846 г. в результате тщательных, планомерных поисков. В течение многих лет астрономов приводило в недоумение, что Уран постоянно отклоняется от своего пути. На основании Ньютонова закона всемирного тяготения они вычисляли, где должен находиться Уран, но всякий раз обнаруживали, что его истинное положение на небе не совпадает с теоретическим. Ученые понимали, что это может происходить, если Уран подвергается действию мощных сил притяжения со стороны какой-то неведомой планеты.

Два математика принялись за работу по вычислению места расположения таинственной планеты. В 1845 г. в Кембридже (Англия) Джон Кауч Адамс (1819-1892) объединил свои усилия с Джеймсом Чаллисом (1803-1862). Они работали вместе в обсерватории Кембриджского университета. Хотя Чаллис в действительности записал, зафиксировал эту новую планету, сам он не понял, что нашел ее! Почти в то же самое время французский астроном Урбэн Леверье (1811-1877) пытался убедить ученых Парижской обсерватории во Франции начать поиски невидимой планеты. С той же целью он написал письмо в Берлинскую обсерваторию в Германии. В ту самую ночь, когда Иоганн Галле получил это письмо (23 сентября 1846 г.), он обнаружил предсказанную планету в том самом месте, которое было определено Леверье путем вычислений. Планету назвали Нептуном в честь древнеримского морского бога.

Уран - опрокинутая планета

Уран состоит в основном из водорода и гелия, но одну седьмую его атмосферы составляет метан. Благодаря метану Уран выглядит синеватым, этот факт впервые был отмечен Гершелем. Космический зонд «Вояджер-2» обнаружил в верхней атмосфере Урана всего несколько полосок облаков. Температура этой планеты равна примерно -220°С. В центре Урана находится большое ядро, состоящее из камня и железа.

Собственная ось вращения Урана наклонена больше, чем на прямой угол, откуда следует, что его северный полюс находится ниже плоскости орбиты. Это уникальное явление во всей Солнечной системе. Свою орбиту вокруг Солнца Уран обходит за 84 года. Времена года на этой планете, по всей видимости, очень необычны. Приблизительно в течение 20 лет северный полюс более или менее обращен к Солнцу, в то время как южный постоянно находится во тьме.

Астрономы предполагают, что вскоре после образования Солнечной системы произошло столкновение Урана с другой большой планетой. Не исключено, что в результате этой коллизии Уран был опрокинут набок.

Кольца вокруг Урана

Кольца Урана были обнаружены благодаря случайности. Астрономам хотелось побольше узнать об атмосфере этой планеты. Когда Уран проходил перед одной слабой звездой, они заметили, что звезда мигнула несколько раз до и после того, как Уран полностью ее закрыл. Никто не предвидел этого явления, а причина его заключалась в наличии у Урана по крайней мере девяти слабо выраженных колец, вращающихся вокруг этой планеты. Кольца Урана состоят из больших и малых камней, а также тонкой пыли.

Миранда

Вокруг Урана вращается пять больших лун и десять маленьких. Самая удивительная из них - Миранда, около 500 км в поперечнике. Ее поверхность поражает разнообразием долин, ущелий и крутых скал. Кажется, что эта луна сплавлена из трех или четырех огромных каменных обломков. Возможно, они представляют собой остатки прежней луны, некогда столкнувшейся с астероидом, а теперь сумевшей вновь собрать воедино свои обломки.

Нептун с борта «Вояджера-2»

«Вояджер-2» пронесся мимо Нептуна 24 августа 1989 г., после 12-летнего путешествия к этой планете, и добытые им сведения преподнесли нам многочисленные сюрпризы. Поскольку Нептун в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, солнечный свет, достигающий его поверхности, чрезвычайно слаб, и температура на Нептуне равна -213°С. Однако здесь немного теплее, чем на Уране, хотя Уран и ближе к Солнцу. Это объясняется тем, что у Нептуна имеется внутренний источник тепловой энергии, который дает в три раза больше тепла, чем планета получает от Солнца.

В атмосфере Нептуна имеют место разнообразные погодные явления. «Вояджер-2» наблюдал там Большое Темное пятно, подобное, по-видимому, Большому Красному пятну Юпитера. Есть там также тонкие перистые облака. Некоторые из них состоят из замерзшего метана.

Сейчас «Вояджер-2» мчится к краю Солнечной системы. Он не приблизится к Плутону, последней планете, но астрономы смогут поддерживать радио-контакт с кораблем по крайней мере до 2020 г. В течение этого времени «Вояджер-2» будет посылать па Землю информацию о газе и пыли в отдаленных областях Солнечной системы.

Тритон

У Нептуна есть спутник, превосходящий по величине земную Луну: это Тритон. Подобно Земле, Тритон имеет азотную атмосферу, а состоит он на семь десятых из твердой породы и на три десятых из воды. Вблизи южного полюса Тритона «Вояджср-2» сделал снимки красного льда, а на экваторе он сфотографировал голубой лсд из замерзшего метана.

На Тритоне имеются громадные скалы, изрезанные водяным льдом, а также бесчисленное количество кратеров. Нептун изменяет направление движения комет, попадающих в Солнечную систему извне. Возможно, некоторые из них сталкивались с Тритоном, и в результате этих соударений возникли его кратеры. На Тритоне есть темные полосы вулканического происхождения. Ученые полагают, что лсд, состоящий из замерзшей воды, метана и азота, был извергнут из глубин Тритона через вулканы.

ВАЖНЫЕ ОТКРЫТИЯ

• 1690 Уран впервые был описан, но в качестве звезды.
• 1781 Уран открыт Уильямом Гершелем как планета.
• 1787 Уильям Гершель обнаруживает два спутника Урана.
• 1846 Открытие Нептуна. 1977 Открыты кольца Урана.
• 1986 Сближение «Вояджера-2» с Ураном. Открыты новые луны Урана.
• 1989 «Вояджер-2» проходит вблизи Нептуна, открывает кольца.

> > > Температура

Какая температура на Нептуне – самой далекой планете Солнечной системы: исследование, расстояние от Солнца, показатель верхней атмосферы, аномалии температуры.

Солнечная система интересно устроена. Мы располагаем целой планетарной коллекцией, где объекты отличаются по орбите, составу и нагреву. Есть раскаленные тела, но присутствуют и настоящие ледяные миры.

Нептун расположен дальше всех от Солнца и лишен привычного поверхностного слоя. Но при пролете Вояджера нам удалось провести замер показателей температуры планеты Нептун на поверхности (в верхней атмосфере): от -218°C к -200°C.

Среднее расстояние от Солнца до Нептуна составляет 30.11 а.е., но дистанция может сократиться до 29.81 а.е. и возрасти до 30.33 а.е.

Вращение оси происходит за 16 часов, 6 минут и 36 секунд, а орбитальный проход – 164.8 лет. Осевой наклон составляет 28.32°, что напоминает земной показатель, поэтому Нептун проходит сквозь похожие сезонные колебания, но они длятся по 40 лет.

Температура поверхности Нептуна

Из-за состава технически вычислить точный температурный показатель ледяных гигантов не получится. Поэтому ученые концентрируются на замеры на уровне, где давление – 1 бар.

На этом уровне фиксируется нагрев в -201.15°C. В таких условиях метан начинает конденсироваться, а также формируются аммиачные и сероводородные облака. Но температура меняется с углублением в планету. В центре отмечают раскаленность температуры Нептуна в 7000°C, а ветры разгоняются до 2100 км/ч.

Аномалии и вариации в температуре Нептуна

Странно, но на южном полюсе есть точка, где температура на 10 градусов выше. Она появляется, потому что эта сторона повернута к солнечному свету. При орбитальном движении полюса меняются, и точка возникнет уже на северном.

Больше всего вопросов вызывает внутренний нагрев. Нептун отдален от звезды на 50% дальше, чем Уран, но их температуры практически сходятся.

Зависимость изменения температуры атмосферы на Уране и Нептуне с увеличением давления

Чем глубже опустимся, тем выше температурная отметка. Выходит так, что Нептун производит в 2.61 раз больше энергии, чем поглощает от звезды. Планета расположена далеко, но ее нагрева хватает, чтобы создавать наиболее стремительные ветры в системе.

Ранее статус самой холодной планеты охватывал Плутон (-240°C), но теперь Нептун занял его место.

Нептун - восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли. Планета была названа в честь римского бога морей.
Обнаруженный 23 сентября 1846 года, Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанного положения. Вскоре был открыт и его спутник Тритон, однако остальные 13 спутников, известные ныне, были неизвестны до XX века. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года.

Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов - Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов». Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия, наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты.

Открытие планеты:
Первооткрыватель	Урбен Леверье, Иоганн Галле, Генрих д’Арре
Место открытия	Берлин
Дата открытия	23 сентября 1846
Способ обнаружения	расчёт
Орбитальные характеристики:
Перигелий	4 452 940 833 км (29,76607095 а. е.)
Афелий	4 553 946 490 км (30,44125206 а. е.)
Большая полуось	4 503 443 661 км (30,10366151 а. е.)
Эксцентриситет орбиты	0,011214269
Сидерический период обращения	60 190,03 дня (164,79 года)
Синодический период обращения	367,49 дня
Орбитальная скорость	5,4349 км/с
Средняя аномалия	267,767281°
Наклонение	1,767975° (6,43° относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла	131,794310°
Аргумент перицентра	265,646853°
Спутники	14
Физические характеристики:
Полярное сжатие	0,0171 ± 0,0013
Экваториальный радиус	24 764 ± 15 км
Полярный радиус	24 341 ± 30 км
Площадь поверхности	7,6408·10 9 км 2
Объём	6,254·10 13 км 3
Масса	1,0243·10 26 кг
Средняя плотность	1,638 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	11,15 м/с 2 (1,14 g)
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	19ч 57м 20с
Склонение северного полюса	42,950°
Альбедо	0,29 (Бонд), 0,41 (геом.)
Видимая звёздная величина	8,0-7,78m
Угловой диаметр	2,2"-2,4"
Температура:
уровень 1 бара	72 К (около -200 °С)
0,1 бара (тропопауза)	55 К
Атмосфера:
Состав:	80±3,2% водород (H 2) 19±3,2% гелий 1,5±0,5% метан примерно 0,019% дейтерид водорода (HD) примерно 0,00015% этан
Льды:	аммиачные, водные, гидросульфидно-аммониевые (NH 4 SH), метановые
ПЛАНЕТА НЕПТУН

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к -220 °C. В центре Нептуна температура составляет по различным оценкам от 5400 K до 7000-7100 °C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году.
12 июля 2011 года исполнился ровно один Нептунианский год - или 164,79 земного года - с момента открытия Нептуна 23 сентября 1846 года.

Физические характеристики:

Обладая массой в 1,0243·10 26 кг Нептун является промежуточным звеном между Землёй и большими газовыми гигантами. Его масса в 17 раз превосходит земную, но составляет лишь 1/19 от массы Юпитера. Экваториальный радиус Нептуна равен 24 764 км, что почти в 4 раза больше земного. Нептун и Уран часто считаются подклассом газовых гигантов, который называют «ледяными гигантами» из-за их меньшего размера и меньшей концентрации летучих веществ.
Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем - 4,55 млрд км (около 30,1 средних расстояний между Солнцем и Землёй, или 30,1 а. е.), и полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 года. Расстояние между Нептуном и Землёй составляет от 4,3 до 4,6 млрд км. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот. С Земли он был виден иначе, чем в день открытия, в результате того, что период обращения Земли вокруг Солнца (365,25 дня) не является кратным периоду обращения Нептуна. Эллиптическая орбита планеты наклонена на 1,77° относительно орбиты Земли. Вследствие наличия эксцентриситета 0,011, расстояние между Нептуном и Солнцем изменяется на 101 млн км - разница между перигелием и афелием, то есть ближайшей и самой отдалённой точками положения планеты вдоль орбитального пути. Осевой наклон Нептуна - 28,32°, что похоже на наклон оси Земли и Марса. В результате этого планета испытывает схожие сезонные изменения. Однако из-за длинного орбитального периода Нептуна сезоны длятся около сорока лет каждый.
Сидерический период вращения для Нептуна равен 16,11 часа. Вследствие осевого наклона, сходного с Земным (23°), изменения в сидерическом периоде вращения в течение его длинного года не являются значимыми. Поскольку Нептун не имеет твёрдой поверхности, его атмосфера подвержена дифференциальному вращению. Широкая экваториальная зона вращается с периодом приблизительно 18 часов, что медленнее, чем 16,1-часовое вращение магнитного поля планеты. В противоположность экватору, полярные области вращаются за 12 часов. Среди всех планет Солнечной системы такой вид вращения наиболее ярко выражен именно у Нептуна. Это приводит к сильному широтному сдвигу ветров.

Нептун оказывает большое влияние на весьма отдалённый от него пояс Койпера. Пояс Койпера - кольцо из ледяных малых планет, подобное поясу астероидов между Марсом и Юпитером, но намного протяжённее. Он располагается в пределах от орбиты Нептуна (30 а. е.) до 55 астрономических единиц от Солнца. Гравитационная сила притяжения Нептуна оказывает наиболее существенное влияние на пояс Койпера (в том числе в плане формирования его структуры), сравнимое по доле с влиянием силы притяжения Юпитера на пояс астероидов. За время существования Солнечной системы некоторые области пояса Койпера были дестабилизированы гравитацией Нептуна, и в структуре пояса образовались промежутки. В качестве примера можно привести область между 40 и 42 а. е.
Орбиты объектов, которые могут удерживаться в этом поясе в течение достаточно долгого времени, определяются т. н. вековыми резонансами с Нептуном. Для некоторых орбит это время сравнимо с временем всего существования Солнечной системы. Эти резонансы появляются, когда период обращения объекта вокруг Солнца соотносится с периодом обращения Нептуна как небольшие натуральные числа, например, 1:2 или 3:4. Таким образом объекты взаимостабилизируют свои орбиты. Если, к примеру, объект будет совершать оборот вокруг Солнца в два раза медленнее Нептуна, то он пройдёт ровно половину пути, тогда как Нептун вернётся в своё начальное положение.
Наиболее плотно населённая часть пояса Койпера, включающая в себя более 200 известных объектов, находится в резонансе 2:3 с Нептуном. Эти объекты совершают один оборот каждые 1 1/2 оборота Нептуна и известны как «плутино», потому что среди них находится один из крупнейших объектов пояса Койпера - Плутон. Хотя орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, резонанс 2:3 не позволит им столкнуться. В других, менее «населённых», областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5.
В своих точках Лагранжа (L4 и L5) - зонах гравитационной стабильности - Нептун удерживает множество астероидов-троянцев, как бы таща их за собой по орбите. Троянцы Нептуна находятся с ним в резонансе 1:1. Троянцы очень устойчивы на своих орбитах, и поэтому гипотеза их захвата гравитационным полем Нептуна сомнительна. Скорее всего, они сформировались вместе с ним.

Внутреннее строение

Внутреннее строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10-20% от общей массы планеты, и расстояние от поверхности до конца атмосферы составляет 10-20% расстояния от поверхности до ядра. Вблизи ядра давление может достигать 10 ГПа. Объёмные концентрации метана, аммиака и воды найдены в нижних слоях атмосферы
Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000-5000 К. Масса мантии Нептуна превышает земную в 10-15 раз, по разным оценкам, и богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями. По общепринятой в планетологии терминологии эту материю называют ледяной, даже при том, что это горячая, очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного аммиака. На глубине 7000 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро. Согласно одной из гипотез, имеется целый океан «алмазной жидкости». Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли. Давление в центре достигает 7 мегабар, то есть примерно в 7 млн раз больше, чем на поверхности Земли. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К.

Атмосфера и климат

В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий, которые составляют соответственно 80 и 19% на данной высоте. Также наблюдаются следы метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном является важнейшим фактором, придающим атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана. Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от такового в атмосфере Урана, предполагается, что существует также некий, пока неизвестный, компонент атмосферы, способствующий образованию синего цвета. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура снижается вместе с высотой, и стратосфера, где температура с высотой, наоборот, увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 бар. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10 -4 - 10 -5 микробар. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что в зависимости от высоты, она состоит из облаков переменных составов. Облака верхнего уровня находятся в зоне давления ниже одного бара, где температура способствует конденсации метана.

Метан на Нептуне Изображение в ложных цветах было сделано космическим аппаратом Вояджер-2 с помощью трех фильтров: синий, зеленый и фильтр, который показывает поглощение света метаном. Таким образом, регионы на изображении, которые имеют ярко белый цвет или красный оттенок содержат большую концентрацию метана. Весь Нептун покрывает вездесущий метановый туман в полупрозрачном слое атмосферы планеты. В центре диска планеты свет проходит сквозь дымку и уходит глубже в атмосферу планеты, в результате чего центр кажется менее красным, а по краям метановый туман рассеивает солнечный свет на большой высоте, в результате формируется ярко красный ореол.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

При давлении между одним и пятью барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 бар облака могут состоять из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды. Глубже, при давлении в приблизительно 50 бар, могут существовать облака из водяного льда, при температуре, равной 0 °C. Также, не исключено, что в данной зоне могут быть найдены облака из аммиака и сероводорода. Высотные облака Нептуна наблюдались по отбрасываемым ими теням на непрозрачный облачный слой ниже уровнем. Среди них выделяются облачные полосы, которые «обёртываются» вокруг планеты на постоянной широте. У данных периферических групп ширина достигает 50-150 км, а сами они находятся на 50-110 км выше основного облачного слоя. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа.

Высотные облачные полосы на Нептуне Изображение получено космическим аппаратом Вояджер-2 за два часа до максимального сближения с Нептуном. Отчетливо видны вертикальные яркие полосы облаков Нептуна. Эти облака наблюдались на широте в 29 градусов к северу вблизи восточного терминатора Нептуна. Облака отбрасывают тени, это означает, что они располагаются выше, чем основной непрозрачный облачный слой. Разрешение изображения 11 км на пиксель. Ширина полос облаков от 50 до 200 км, а отбрасываемые ими тени простираются на 30-50 км. Высота облаков примерно 50 км.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов. По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, данное явление является следствием атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Согласно другой теории, основой механизма разогревания являются волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких как метеориты и пыль.

Одно из различий между Нептуном и Ураном - уровень метеорологической активности. «Вояджер-2», пролетавший вблизи Урана в 1986 году, зафиксировал крайне слабую активность атмосферы. В противоположность Урану, на Нептуне были отмечены заметные перемены погоды во время съёмки с «Вояджера-2» в 1989 году.

Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими почти сверхзвуковых скоростей (около 600 м/с). В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном. В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси. Общая схема ветров показывает, что на высоких широтах направление ветров совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах противоположно ему. Различия в направлении воздушных потоков, как полагают, следствие «скин-эффекта», а не каких-либо глубинных атмосферных процессов. Содержание в атмосфере метана, этана и ацетилена в области экватора превышает в десятки и сотни раз содержание этих веществ в области полюсов. Это наблюдение может считаться свидетельством в пользу существования апвеллинга на экваторе Нептуна и его понижения ближе к полюсам.

В 2006 году было замечено, что верхняя тропосфера южного полюса Нептуна была на 10 °C теплее, чем остальная часть Нептуна, где температура в среднем составляет -200 °C. Такая разница в температуре достаточна, чтобы метан, который в других областях верхней части атмосферы Нептуна находится в замороженном виде, просачивался в космос на южном полюсе. Эта «горячая точка» - следствие осевого наклона Нептуна, южный полюс которого уже четверть нептунианского года, то есть примерно 40 земных лет, обращён к Солнцу. По мере того, как Нептун будет медленно продвигаться по орбите к противоположной стороне Солнца, южный полюс постепенно уйдёт в тень, и Нептун подставит Солнцу северный полюс. Таким образом, высвобождение метана в космос переместится с южного полюса на северный. Из-за сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии Нептуна, как наблюдалось, увеличились в размере и альбедо. Эта тенденция была замечена ещё в 1980 году, и, как ожидается, продлится до 2020 года с наступлением на Нептуне нового сезона. Сезоны меняются каждые 40 лет.

В 1989 году аппаратом НАСА «Вояджер-2» было открыто Большое тёмное пятно, устойчивый шторм-антициклон размерами 13 000 x 6600 км. Этот атмосферный шторм напоминал Большое красное пятно Юпитера, однако 2 ноября 1994 года космический телескоп «Хаббл» не обнаружил его на прежнем месте. Вместо него новое похожее образование было обнаружено в северном полушарии планеты. Скутер - это другой шторм, обнаруженный южнее Большого тёмного пятна. Его название - следствие того, что ещё за несколько месяцев до сближения «Вояджера-2» с Нептуном было ясно, что эта группка облаков перемещалась гораздо быстрее Большого тёмного пятна. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем «скутер», группы облаков.

Большое темное пятно Фотография слева сделана узко угольной камерой Вояджера-2 с помощью зеленого и оранжевого фильтра, с расстояния в 4,4 млн. миль от Нептуна за 4 дня и 20 часов до максимального сближения с планетой. Хорошо видны Большое темное пятно и его меньший компаньон на западе Малое темное пятно. Серия снимков справа показывает изменения Большого темного пятна в течение 4,5 суток во время подлета космического аппарата Вояджер-2, интервал съемки 18 часов. Большое темное пятно находится на широте в 20 градусов к югу и охватывает до 30 градусов по долготе. Верхнее изображении в серии получено на расстоянии в 17 млн. км от планеты, нижнее - 10 млн. км. Серия снимков показала, что шторм изменяется со временем. В частности на западе сначала съемки за БТП тянулся темный шлейф, который затем втянулся в основную область шторма, оставив после себя серию из небольших темных пятен-"бусинок". Большое яркое облако на южной границе БТП является более или менее постоянным спутником образования. Видимое движение небольших облаков на периферии предполагает вращение БТП против часовой стрелки.
ПЛАНЕТА НЕПТУН

Малое тёмное пятно, второй по интенсивности шторм, наблюдавшийся во время сближения «Вояджера-2» с планетой в 1989 году, расположено ещё южнее. Первоначально оно казалось полностью тёмным, но при сближении яркий центр Малого тёмного пятна стал виднее, что можно заметить на большинстве чётких фотографий с высоким разрешением. «Тёмные пятна» Нептуна, как полагают, рождаются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака. Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое, так как они открывают просветы, позволяющие видеть сквозь более темные и глубокие слои облаков.

Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе. Постоянство сопутствующих облаков показывает, что некоторые прежние «тёмные пятна» могут продолжить своё существование как циклон, даже при том что они теряют тёмный окрас. Тёмные пятна могут рассеяться, если они движутся слишком близко к экватору или через некий иной неизвестный пока механизм

Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, - следствие более высокой внутренней температуры. При этом Нептун в полтора раза удалённее от Солнца, чем Уран, и получает лишь 40% от того количества солнечного света, которое получает Уран. Поверхностные же температуры этих двух планет примерно равны. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в -221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает -201,15 °C. Глубже идут газы, однако температура устойчиво повышается. Как и с Ураном, механизм нагрева неизвестен, но несоответствие большое: Уран излучает в 1,1 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла добавляет 161% к энергии, получаемой от Солнца. Хотя Нептун - самая далёкая от Солнца планета, его внутренней энергии оказывается достаточно, чтобы породить самые быстрые ветры в Солнечной системе.

Новое темное пятно Космический телескоп Хаббл обнаружил новое большое темное пятно, расположенное в северном полушарии Нептуна. Наклон Нептуна и его нынешнее положение почти не позволяют сейчас рассмотреть больше подробностей, в итоге пятно на снимке располагается вблизи лимба планеты. Новое пятно копирует подобный шторм на южном полушарии, который был обнаружен Вояджером-2 в 1989 году. В 1994 году снимки с телескопа Хаббл показали, что пятно в южном полушарии исчезло. Как и его предшественник, новый шторм окружен облаками на границе. Эти облака возникают, когда газ из нижних областей поднимается вверх, а затем охлаждается с образованием кристаллов метанового льда.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты (подобно разогреву Земли радиоактивным калием-40), диссоциация метана в другие цепные углеводороды в условиях атмосферы Нептуна, а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению гравитационных волн над тропопаузой.