Нептун

НЕПТУ́Н — восьмая, наиболее удалённая от Солнца планета Солнечной системы, астрономич. знак ♆.

Нептун как планета Солнечной системы

Основной источник раздела: Большая российская энциклопедия

История открытия

Впервые Нептун наблюдал Г. Галилей в конце 1612 – начплн 1613: он обнаружил небольшое перемещение светила среди звёзд, но не сделал выводов о существовании новой планеты. В 1843 Джон Кауч Адамс предположил, что замеченные ранее отклонения положения Урана от предвычисленных значений объясняются влиянием на Уран внешней, неизвестной тогда планеты; в 1845 он вычислил её вероятное положение. В 1845–46 более точные расчёты провёл и опубликовал У. Леверье. В 1846 немецкие астрономы И. Галле и Г. д’Аррест обнаружили новую планету вблизи теоретически предсказанных координат. Для планеты предлагались названия: Янус, Океан, Нептун, Леверье. Однако уже к концу 1846 закрепилось название «Нептун» (в честь бога Нептуна в древнеримской мифологии) как более соответствующее традиции именования планет. В современной физике планет «нептунами» часто называют обширный класс экзопланет (внесолнечных планет) с массами 10–20 масс Земли и сходным с Нептуном строением.

Через 17 дней после открытия Нептуна английский астроном У. Лассел обнаружил его крупнейший спутник, названный Тритоном (в греч. мифологии – сын Посейдона, соответствующего римскому богу Нептуну). Следующий спутник Нептуна (Нереида) был открыт лишь в 1949.

Общая характеристика планеты

Масса Нептуна 1,043·10²⁶ кг (17,2 массы Земли). Большая полуось орбиты Нептуна составляет 30,1 а. е. (4503 млн. км). Излучение Солнца достигает Нептуна за 4 ч 10 мин. Орбита Нептуна наклонена к плоскости эклиптики под углом 1,77°, к плоскости экватора Солнца – под углом 6,43°. Эксцентриситет орбиты Нептуна равен 0,011. Сидерический период обращения вокруг Солнца около 164,79 земных лет (со времени своего открытия к началу 20 века Нептун сделал лишь один оборот вокруг Солнца). Средняя орбитальная скорость планеты 5,44 км/с. Экваториальный радиус Нептуна 24764 км (около 3,9 радиусов Земли), полярное сжатие 0,0171. Ср. плотность 1638 кг/м³. Период вращения, найденный по модуляции магнитного поля, составляет 16 ч 6 мин 36 с. Нептун не имеет твёрдой поверхности, периоды вращения видимой поверхности его широтных зон различаются. Ускорение свободного падения на экваторе 11,34 м/с², причём центробежные силы, возникающие из-за быстрого вращения Нептуна, уменьшают ускорение свободного падения на 0,29 м/с². Средний поток солнечного излучения на орбите Нептуна 1,609 Вт/м² (в 906 раз меньше, чем на орбите Земли). Видимая звёздная величина Нептуна на земном небе около 8 (в 7 раз слабее предела, доступного невооружённому глазу). Угол, под которым виден диск Нептуна с Земли, составляет 2,3″, поэтому в наземных наблюдениях различить какие-либо детали на Нептуне практически не удаётся.

Состав и строение

До конца 20 века Нептун относили к группе планет-гигантов. Однако после получения информации, переданной космическим аппаратом «Вояджер-2» (сблизившегося с Нептуном в 1989), а также появления новых теоретических работ и организации наблюдений с орбитальной обсерватории «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST) представления о Нептуне подверглись существенному пересмотру. Нептун и Уран были выделены из группы планет-гигантов в отдельный класс – ледяных гигантов, или планет-океанов. «Льдами» в данном случае называют летучие вещества (для Нептуна – прежде всего воду, метан и аммиак), которые в определённых физических условиях переходят в твёрдую фазу. По современным оценкам, масса таких льдов (главным образом водяного льда) около 62% массы Нептуна; на скальные (силикатные) породы приходится около 24% массы Нептуна, а на гелий-водородную (H/He) атмосферу – лишь около 13% массы Нептуна (в то время как H/He составляют более 90% массы Юпитера и около 80% массы Сатурна).

Представления о внутреннем строении Нептуна опираются на теорию фигур газо-жидких тел. Расчётные модели основаны на том, что вращение изменяет структуру газо-жидкого тела и приводит к отклонению гравитационного потенциала от сферически-симметричного. Большинство расчётов базируется на так называемой трёхслойной модели планеты: ядро из скальных (силикатных) пород, железа и никеля; средний (жидкий) слой, состоящий из смеси скальных пород, льда и ионизованных H/He; атмосфера (преимущественно H/He). Масса ядра оценивается в 7% от массы планеты, температура в центре может достигать 5400 К, давление 7 млн. атм (7·10¹¹ Па) и более.

Атмосфера

Фотография Нептуна, полученная КА «Вояджер-2» (1989). В центре – Большое тёмное пятно, размеры которого сравнимы с размерами Земли.

Облака (по виду подобные земным перистым) на высоте около 100 км над основным облачным слоем Нептуна. Снимок сделан космическим аппаратом «Вояджер-2».

Высота атмосферы Нептуна – около 3000 км. Её верхние слои на 80% состоят из молекулярного водорода, на 19% из гелия, около 1% приходится на метан, имеются следы этана, ацетилена, а также аммиака и гидросульфида аммония, которые образуют облачный покров Нептуна. Спектральные полосы поглощения метана в красном и ближнем инфракрасном диапазонах придают Нептуну сине-голубой цвет. Однако цвет Нептуна отличается от зеленоватого цвета Урана при сходстве в составе и температуре видимой поверхности этих планет. Расчёты показывают, что для обеспечения такого цвета Нептуна в его атмосфере должен присутствовать ещё какой-то неизвестный поглотитель. Температура в атмосфере Нептуна на уровне давления 1 атм (10⁵ Па) составляет 72 К и растёт с глубиной. В верхней части тропосферы температура на 20 градусов ниже. Такая температура намного превышает равновесную: Нептун излучает в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. На мощные собственные источники энергии указывают также бурные метеорологические процессы в атмосфере Нептуна: скорость ветров достигает сверхзвуковых значений. Направление значительной части зональных ветров противоположно вращению планеты. С космического аппарата «Вояджер-2» при сближении с Нептуна было обнаружено несколько гигантских атмосферных вихрей, наибольший из которых – так называемое Большое тёмное пятно в южном полушарии протяжённостью более 10 тыс. км, напоминает Большое красное пятно на Юпитере. Продолжительность существования подобных вихрей неизвестна, но в 1994 наблюдения с HST этого вихря не обнаружили, хотя появилось новое пятно в северном полушарии. На высоте около 100 км над основным видимым облачным слоем располагаются вытянутые облака из конденсированного метана с примесями. Выше наблюдается дымка из углеродсодержащих соединений, образующихся при фотолизе метана. Облака водного состава должны находиться в глубине атмосферы, на уровне давления около 50 атм (5·106

Па) и температуры 0 °С. Во внешней части атмосферы (в разреженной термосфере) температура достигает 750 К. Механизм разогрева термосферы остаётся недостаточно ясным.

Магнитосфера

Схема дипольного магнитного поля, которым можно представить магнитное поле Нептуна.

Магнитное поле Нептуна имеет необычную структуру, названную «наклонным ротатором». Приближённо магнитное поле Нептуна можно представить магнитным диполем, но имеются значительные составляющие и высших (недипольных) порядков. Ось магнитного диполя отклонена на 47° от оси вращения, которая, в свою очередь, наклонена на 29° к плоскости орбиты. В результате ось диполя описывает (с периодом 16,11 ч) в пространстве конус с углом раскрыва 94°. Кроме того, ось диполя смещена на 13 тыс. км от центра планеты. По-видимому, поле возбуждается в жидкой проводящей среде, то есть в среднем слое Нептуна («океане»), на уровне 0,55 радиуса Нептуна. Смещение оси, возможно, объясняется взаимодействием глобального океана с твёрдым ядром Нептуна Величина магнитной индукции на экваторе Нептуна составляет (14–19)·10^–6 Тл. Магнитосфера взаимодействует с солнечным ветром и на расстоянии 35 радиусов Нептуна создаёт ударную волну. Хвост магнитосферы простирается на расстояние не менее 72 радиусов Нептуна. Зарегистрировано радиоизлучение Нептуна, состоящее из фонового непрерывного излучения и нерегулярных вспышек.

Кольца и спутники

Система Нептуна включает сложную структуру из 5 узких арочных колец и спутников (на 2012 открыто 13). Кольца расположены в интервале расстояний 41,9–62,9 тыс. км от центра Нептуна. Неравномерное распределение частиц в кольцах Нептуна указывает на наличие резонансных явлений между кольцами и спутниками и микроспутниками Нептуна (в том числе, возможно, со спутниками, плоскость орбиты которых не совпадает с плоскостью колец).

Почти все спутники Нептуна представляют собой тела неправильной формы с размерами от десятков км до 150 км (два спутника имеют размеры 350–400 км). Тритон – крупнейший спутник Нептуна и один из крупнейших спутников в Солнечной системе (см. Спутники планет) – имеет форму шара диаметром 2705 км. Большинство малых спутников Нептуна находится в зоне его колец.

Происхождение

Литература статьи "Большой российской энциклопедии"

Нептун в астрологии

Обстоятельства неопределённого характера.

Примечания