Нептун
Планета Нептун – восьмая и самая далекая в Солнечной системе. За свой необыкновенный синий цвет ее назвали в честь древнеримского бога морей и океанов.
Нептун входит в группу ледяных гигантов наряду с Ураном. От газовых гигантов Юпитера и Сатурна их отличает мантия, представляющая собой океан жидких аммиака и метана. Тот же метан в виде газа в атмосфере планеты придает ей узнаваемый синий оттенок.
История открытия и исследования
Нептун – единственная из планет Солнечной системы, которая не была обнаружена путем непосредственных наблюдений. История открытия планеты очень интересна.
Галилео Галилей в начале 17 века дважды наблюдал небесное тело в телескоп, но принимал его за звезду, расположенную по близости с Юпитером. Астрономы 19 века, наблюдавшие за движением Урана, обратили внимание на аномальное перемещение его по орбите, не соответствующее их расчетам. Англичанин Томас Джон Хасси в 1834 предположил, что такое поведение Урана может быть связано с наличием внешнего объекта. Одиннадцатью годами позднее британский математик Джон Кауч Адамс вычислил орбитальный путь еще не открытой восьмой планеты. Большинство членов астрономического сообщества не разделяло энтузиазма ученых по поводу нахождения нового планетарного тела в Солнечной системе.
Точнее Адамса в своих математических расчетах оказался французский математик Урбен Леверье. Опираясь на его расчеты, первую попытку найти «восьмерку» предприняли астрономы Кембриджской обсерватории. Но она была неуспешной. Объект был обнаружен лишь со второй попытки студентом Генрихом Д’Арре и директором Берлинской обсерватории Иоганном Энке. Официально Нептун был открыт 23 сентября 1846 года.
После обнаружения небесного тела разгорелись нешуточные споры, кто же на самом деле ее открыл – Леверье или Адамс. Только в 1998 году были найдены ценные бумаги из Гринвичской обсерватории, касающиеся истории этого события. После их детального изучения было установлено, что настоящим первооткрывателем восьмой планеты является все-таки Леверье, т.к. расчеты Адамса имели большую погрешность.
Долгое время после открытия небесное тело имело название «планета Леверье». Также были предложены такие варианты, как Янус и Океан. Современное название она получила от своего первооткрывателя. Леверье переименовал ее за синий цвет поверхности, ассоциировавшийся с древнеримским богом морей. Французского математика поддержал директор Пулковской обсерватории Василий Струве, и вскоре название прижилось за пределами Франции и Российской Империи.
Первым и пока единственным космическим аппаратом, сблизившимся с далеким гигантом, стал межпланетный зонд Вояджер-2. В 1989 году зонд пролетел всего в 4400 км от верхних слоев атмосферы ледяного гиганта, собрав сведения о его магнитосфере и погодных явлениях. Также Вояджер-2 открыл 6 нептуновых спутников и систему колец.
Общие сведения о планете
Нептун после разжалования Плутона является самой дальней из планет в Солнечной системе. Средняя удаленность его от центральной звезды составляет 4,5 млрд. км. Солнечный свет проходит расстояние до Нептуна за 253 минуты.
От Земли до Нептуна расстояние колеблется от минимального 4,3 млрд. км до максимального 4,553 млрд. км. Такая удаленность тел друг от друга не позволяет наблюдать нам планету на небосводе невооруженным глазом. Увидеть ее поможет телескоп с двухсоткратным увеличением и диаметром не менее 250 мм. Выглядит Нептун как шарообразное тело синего цвета. Такую окраску он получил благодаря своей газовой оболочке с большим содержанием метана, поглощающего красную часть спектра.
Особенностью Нептуна является невероятная скорость перемещения атмосферных масс. Вихри в его атмосфере могут достигать 600м/с, что делает их самыми быстрыми среди планетарных ураганов Солнечной системы.
Орбита и радиус
Орбита Нептуна обладает низким эксцентриситетом, по величине превосходя лишь венерианскую (0.011 и 0.007 соответственно). Полный оборот вокруг Солнца он проходит за 164,8 года, двигаясь по орбите со средней скоростью 5,44 км/с. Новый год со времен открытия небесного тела начался 12 июля 2011 года.
Наклон оси вращения к плоскости орбиты Нептуна составляет 28,3°. Это схоже с земным и марсианским значениями, что свидетельствует о сезонности климата. Однако из-за удаленности от Солнца сезоны здесь длятся по 40 лет.
Вокруг своей оси гигант оборачивается за 16 часов. Это касается его магнитного поля. С атмосферой дела обстоят иначе. Экваториальный пояс газовой оболочки совершает полный оборот вокруг оси за 18 часов, а полярные области – за 12. Такая разница в скорости обусловила возникновение самых сильных ураганов в Солнечной системе.
Физические характеристики
- Размер Нептуна: средний радиус – 24, 62 тыс. км, площадь поверхности – 7,65*10 9 кв. км.
- Масса Нептуна – 1,024*10 26 кг.
- Среднее значение плотности – 1,64 г/ куб. см.
- Ускорение свободного падения в экваториальной части планеты – 11,2 м/с 2 .
По строению Нептун напоминает своего соседа по Солнечной системе, ледяного гиганта Урана. Под газовой оболочкой, занимающей до 20% массы планеты, расположена ледяная мантия. Она представляет собой смесь жидких аммиака и метана. На самом деле, ледяной эту оболочку назвать трудно. Ее температура колеблется от 1700°С до 4700°С и она представляет собой огромный кипящий океан. Льдом эту жидкость прозвали за ее необычайную плотность.
Под мантией, уходящей вглубь на 7000 км, расположено ядро Нептуна. Оно состоит из железа и солей кремния, подвергнутый давлению в 7 мегабар и температуре в 5500°С.
Атмосфера
Верхние слои атмосферы Нептуна представляют собой водородно-гелиевую смесь с соотношением компонентов 4:1.Чем ближе к ледяной оболочке, тем больше в атмосфере метановых примесей. Это простейшее углеводородное соединение придает объекту синий цвет. Также в нижних слоях газовой оболочки формируются аммиачные и сероводородные облака.
Атмосфера Нептуна, как и большинства крупных тел Солнечной системы, имеет четыре основные области: тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера. В тропосфере по мере удаления от поверхности ледяного гиганта температура опускается до минимума в — 213°С, а затем в верхних слоях атмосферы поднимается до -103°С. Термосфера прогревается до аномальных 470°.
Погода и климат
Вычислить среднюю температуру Нептуна невозможно, т.к. он не имеет твердой поверхности. Ядро планеты разогрето до 5500°С, в мантии температура колеблется от 4700°С до 1700°С, а самое холодное место – верхняя часть тропосферы – охлаждается до -213°.
За счет схожего с Землей наклона оси вращения восьмая планета подвержена смене сезонов. Правда, длятся они очень долго – чуть более 40 лет. С 1980 года лето продолжается на южной стороне, а в 2020 оно придет в северную ее часть.
Верхние слои атмосферы в области экватора вращаются медленней, чем в области полюсов. За счет этого возникают гигантские ураганы, достигающие невероятных 600 м/с. Самым крупным вихрем считается Большое темное пятно, которое наблюдалось в период с 1989 по 1994 год. Его размеры достигали 13*6,6 тыс. км. В это же время здесь бушевали еще два крупных урагана, расположенные южнее предыдущего. В 2017 году в области экватора был зафиксирован вихрь диаметром 9 тыс. км.
Кольца Нептуна
Кольцевая система планеты оставалась не обнаруженной более 120 лет с момента ее открытия. В 1968 году было выдвинуто предположение о наличии у колец Нептуна, что сумел подтвердить межпланетный зонд Вояджер-2 в 1989 году.
Всего восьмая планета имеет 5 колец. Самым близким к ее поверхности является кольцо Галле, расположенное на расстоянии 42 тыс. км. Далее последовательно идут кольца Леверье, Ласселла и Араго. Последнее кольцо Нептуна, названное в честь британского математика Адамса, удалено от планеты на 63 тыс. км. Оно имеет пять дуг, называющихся Храбрость, Свобода, Равенство 1, Равенство 2 и Братство.
Состоят кольца Нептуна из водяного льда и кремниевых солей. Предположительно, в их состав также входят органические вещества, предающие кольцевой системе красный оттенок.
Спутники
Всего у самой дальней планеты в нашей системе имеется 14 естественных спутников, открытых на данный момент. Крупнейшей нептуновой луной является Тритон, открытый всего через 17 дней после обнаружения самой планеты. Его поверхность представляет собой ледяную оболочку со множеством активных криовулканов.
Тритон — крупнейший планетарный спутник, движущийся в обратном направлении по отношению к своей планете. Именно благодаря этому спутнику Нептун не стал самой холодной планетой в нашей звездной системе. Их приливное взаимодействие увеличивает температуру планеты, заставляя ее излучать больше тепловой энергии, чем Уран. По мнению ученых, Тритон постепенно сближается с «хозяином» и в итоге войдет в его орбиту, распавшись на части. Тогда Нептун станет объектом с самой мощной кольцевой системой.
Нереида – вторая открытая нептунова луна. Свое название она получила в честь морских нимф, героинь мифов Древней Греции. По размерам Нереида занимает третье место среди спутников ледяного гиганта.
Еще 6 спутников в 1989 году обнаружил Вояджер-2. Свои названия они получили в честь морских нимф и божеств древнегреческой мифологии. Все они покрыты льдом и имеют каменное ядро.
С 2012 по 2013 год было еще открыто шесть мелких спутников диаметром до 60 км.
Земля и Нептун
Попробуем сравнить третью и восьмую планеты Солнечной системы:
- По массе ледяной гигант в 17 раз превышает Землю, а по размерам всего в 4.
- Угол оси наклона к плоскости орбиты у обоих тел имеет приблизительно одинаковое значение, что обуславливают смену пор года.
- Максимальное расстояние между ними составляет 4,6 млрд. км.
- Гравитация здесь в 1,13 раз больше земной.
Источник
Нептун: Как на восьмой планете появились моря из алмазов
Наиболее удалённая из официально утверждённых планет Солнечной системы — Нептун — относится к категории ледяных гигантов. В отличие от гигантов газовых, подобных Юпитеру или Сатурну, тела такого типа состоят не из водорода и гелия (доля газов не выше 7% от общей массы), а из «лёгких веществ». Это, главным образом, вода.
Тяжёлые вещества — металлы и силикаты, — впрочем, тоже на ледяных гигантах наличествуют. Где-то глубоко внутри. В случае Нептуна они образуют ядро 1.2 земных массы. То есть, это ещё 7% вещества планеты, которая тяжелее Земли в 17 раз. Остальные 86% — небулярные соединения, захваченные Нептуном из первичной туманности: вода, метан, аммиак и углекислота. Вода, как отмечалось выше, главным образом. Её примерно вчетверо больше, чем всего остального вместе. Так уж получилось , что кислород — очень распространённый во вселенной химический элемент.
Из названия «ледяной гигант», вроде бы, следует, что на Нептуне очень холодно (что и не удивительно в 30 астрономических единицах от Солнца), и вода присутствует на планете в форме льда. Но верно это лишь на половину. На Нептуне — в большей части его объёма — очень жарко. Об объёме, а не поверхности приходится говорить, так как у ледяных гигантов поверхности нет. Внешняя, состоящая из водорода, гелия и метана с небольшой примесью азота атмосфера, действительно имеет температуру всего 50-60 кельвинов на внешней границе метановых облаков, визуально воспринимаемой, как «поверхность» Нептуна. Но и это уже достаточно много по меркам дальних планет. Примерно, как на Титане, который втрое ближе к Солнцу. По мере же погружения в атмосферу температура быстро растёт.
Как и прочие гиганты ( непонятное исключение составляет Уран ), Нептун имеет внутренний источник энергии, и отдаёт в космос в 2.6 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Поток получается солидный, и атмосфера планеты бушует, образуя вихри, подобные юпитерианским пятнам. Тепло выделяется в недрах планеты в результате продолжающегося гравитационного сжатия. И немного, как следствие распада нестабильных изотопов. Все планеты сжимаются, — Земля в том числе , — но у каменистых тел основным является радиогенный источник разогрева. У ледяных и газовых — гравитационный.
По мере уплотнения, внешняя атмосфера переходит во внутреннюю, с высоким содержанием тяжёлых газов — водяного пара и углекислоты, нагревается, образуя обычную для гигантов «комфортную», условно жизнепригодную зону . После чего не вдруг, а минуя протяжённый слой постепенно сгущающегося тумана, незаметно переходит в жидкость, — чудовищно перегретый океан из воды и аммиака.
Впрочем, в отличие о Урана, наличие жидкой воды на Нептуне под вопросом. Эта планета, некогда поглотившая множество тел пояса Койпера , тяжелее Урана на 20%. Соответственно, температура и давление в её толще нарастают решительнее. Так что в зоне сверхкритического флюида — туманном слое, где температура вынуждает жидкость испаряться, а давление конденсироваться, — могут твориться вещи совсем уж странные. Прямо там, без отрыва от испарения и конденсации, вода может сразу и замерзать. Переходя, однако, в фазу не обычного, а экзотического льда, начиная с VII модификации.
Разница между модификациями водяного льда заключается в кристаллической решётке. Если у льда обычного (лёд I ) она такова, что молекулы занимают больший объём, чем в жидкости, то экзотические формы плотнее воды. И в этом вся соль. Давление не оставляет воде выбора, принуждая принимать более компактные формы.
Температура в недрах Нептуна достигает 5400 градусов, — а это на четверть больше, чем на поверхности Солнца . Перегретый экзотический лёд ведёт себя, как жидкость, жидкий кристалл, и… кстати, об алмазах. Вышеприведённая информация требовалась для пояснения, почему и насколько условия на Нептуне (скорее, впрочем, в Нептуне) суровы.
Условия в океане жидкого льда суровы настолько, что в этой среде разлагается метан. Метан, впрочем, разлагается везде. В космосе это главное его занятие . Но если в атмосфере Титана , теряя под ливнем космических лучей водород, он превращается в лёгкие хлопья сажи, то в океана Нептуна процесс выглядит несколько иначе.
Впаянные в жидкий лёд молекулы метана перемалываются кристаллической решёткой. Водород выходит во внешние слои, углерод же, прессуется, принимая под гнётом враждебного окружения наиболее компактную кристаллическую форму — форму алмаза. В этом качестве, будучи тяжелее даже экзотического льда, он закономерно тонет. Так что, под мантией ледяной, разделяя её с зоной расплавленного камня, на Нептуне может находиться целый океан из алмаза.
«Океан» — потому что и алмаз при таких температуре и давлении, оставаясь кристаллом, будет вести себя, как жидкость.
Источник