Восьмая планета Солнечной системы Нептун: интересные факты и открытия. Нептун - удивительная планета
class="part1">
Подробно:
Планета Нептун
Общие сведения о Нептуне
© Владимир Каланов,
сайт
"Знания-сила".
После открытия Урана в 1781 году астрономы долго не могли объяснить причины отклонений в движении этой планеты по орбите от тех параметров, которые определялись законами движения планет, открытыми Иоганном Кеплером. Предполагали, что за орбитой Урана может находиться ещё одна крупная планета. Но правильность такого предположения нужно было доказать, для чего необходимо было выполнить сложные расчёты.
Нептун с расстояния 4,4 млн.км.
Нептун. Фото в условных цветах.
Открытие Непту́на
Открытие Непту́на "на кончике пера"
С древних времён люди знали о существовании пяти планет, которые видны невооруженным глазом: Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.
И вот талантливый английский математик Джон Кауч Адамс (1819-1892) , только что окончивший колледж Св. Джона в Кембридже, в 1844-1845 годах произвёл расчеты приблизительной массы трансура́новой планеты, элементы её эллиптической орбиты и гелиоцентрическую долготу. Впоследствии Адамс стал профессором астрономии и геометрии Кембриджского университета.
В основу расчётов Адамс положил предположение, что искомая планета должна находиться на расстоянии 38,4 астрономической единицы от Солнца. Такое расстояние Адамсу подсказало так называемое правило Тициуса-Боде, устанавливающее порядок приближенного расчета расстояния планет от Солнца. В дальнейшем мы постараемся рассказать об этом правиле более подробно.
Свои расчёты Адамс представил руководителю Гринвичской обсерватории, но на них не обратили внимания.
Несколькими месяцами позже, независимо от Адамса расчёты произвёл и французский астроном Урбе́н Жан Жозеф Леверье (1811-1877) и представил их в Гринвичскую обсерваторию. Здесь сразу вспомнили о расчетах Адамса, и с 1846 года была развёрнута программа наблюдений в Кембриджской обсерватории, но результатов она не дала.
Летом 1846 года Леверье́ сделал более подробный доклад в Парижской обсерватории, познакомил коллег со своими расчётами, которые были такими же и даже более точными, чем у Адамса. Но французские астрономы, оценив математическое мастерство Леверье́, к проблеме поиска трансура́новой планеты особого интереса не проявили. Это не могло не разочаровать мэтра Леверье́, и он 18 сентября 1846 г. отправил письмо ассистенту Берлинской обсерватории Иоганну Готфриду Галле (1812-1910) , в котором, в частности, писал: «… Потруди́тесь направить телескоп в созвездие Водолея. Вы обнаружите планету девятой звёздной величины в пределах 1° от точки эклиптики с долготой 326°…»
Открытие Непту́на на небе
23 сентября 1846 г., сразу же по получении письма, Иоганн Галле и его ассистент, студент-старшекурсник Генрих д’Арре направили телескоп в созвездие Водолея и обнаружили новую, восьмую планету почти точно в том месте, на которое указал Леверье́.
Парижская академия наук заявила вскоре, что новую планету "на кончике пера" открыл Урбен Леверье́. Англичане пытались протестовать и требовали признать первооткрывателем планеты Джона Адамса.
Кому же был отдан приоритет открытия - Англии или Франции? Приоритет открытия был признан за … Германией. В современных энциклопедических справочниках указано, что планету Нептун открыл в 1846 году Иоганн Галле по теоретическим предсказаниям У.Ж. Леверье и Дж.К. Адамса.
Нам кажется, что европейская наука поступила в этом вопросе справедливо по отношению ко всем троим учёным: Галле, Леверье́ и Адамсу. В истории науки осталось также и имя Генриха д’Арре, который тогда был ассистентом Иоганна Галле. Хотя, конечно, работа Галле и его ассистента по объёму и напряженности была значительно меньше той, которую проделали Адамс и Леверье́, выполнив сложные математические расчеты, за которые не взялись многие учёные-математики того времени, считая задачу неразрешимой.
Открытую планету назвали Нептуном по имени древнеримского бога морей (у древних греков на "должности" бога морей числился Посейдон). Имя Непту́на было выбрано, конечно, по традиции, но оказалось достаточно удачным в том смысле, что поверхность планеты цветом напоминает синее море, где хозяйничает Нептун. Кстати говоря, о цвете планеты стало возможным определённо судить лишь спустя почти полтора века после её открытия, когда в августе 1989 года американский космический аппарат , выполнив программу исследований вблизи Юпитера, Сатурна и Урана, пролетел над северным полюсом Непту́на на высоте всего 4500 км и передал на Землю снимки этой планеты. «Вояджер-2» остаётся пока единственным аппаратом, направленным в окрестности Непту́на. Правда, некоторые све́дения внешнего характера о Нептуне получены также с помощью , хотя он и находится на околозе́мной орбите, т.е. в ближайшем космосе.
Планета Нептун вполне могла быть открыта ещё Галилеем, который заметил её, но принял за необычную звезду. С тех пор ещё почти двести лет, до 1846 года, одна из планет-гигантов Солнечной системы пребывала в неизвестности.
Общие сведения о Нептуне
Нептун, восьмая по расстоянию от Солнца планета, удалена от светила примерно на 4,5 миллиарда километров (30 а.е.) (min. 4,456, max. 4,537 млрд. км).
Нептун, как и , относится к группе газообразных планет-гигантов. Диаметр его экватора равен 49528 км, что почти в четыре раза больше земного (12756 км). Период вращения вокруг своей оси – 16 ч. 06 мин. Период обращения вокруг Солнца т.е. продолжительность года на Нептуне составляет почти 165 земных лет. Объём Непту́на в 57,7 раза больше объёма Земли, а масса в 17,1 раза больше земной. Средняя плотность вещества равна 1,64 (г/см³) , что заметно больше, чем на Уране (1,29 (г/см³) ), но значительно меньше, чем на Земле (5,5 (г/см³) ). Сила тяготения на Нептуне почти в полтора раза больше земной.
Со времён глубокой древности и до 1781 года люди считали Сатурн самой далёкой планетой. Открытый в 1781 году Уран "раздвинул" границы Солнечной системы вдвое (от 1,5 млрд. км до 3 млрд. км).
Но через 65 лет (1846 г.) открыли Нептун, и он "раздвинул" границы Солнечной системы ещё в полтора раза, т.е. до 4,5 млрд. км во все стороны от Солнца.
Как мы увидим в дальнейшем, и это не стало пределом для пространства, занимаемого нашей Солнечной системой. Через 84 года после открытия Непту́на, в марте 1930 года, американец Клайд Томбо открыл ещё одну планету – , вращающуюся вокруг Солнца на среднем от него расстоянии около 6 млрд. км.
Правда, Международный Астрономический Союз в 2006 году лишил Плутон "звания" планеты. По мнению учёных, маловат ростом оказался Плутон для такого звания, а потому переведён был в разряд карликов. Но это не меняет суть де́ла - всё равно Плутон как космическое тело входит в состав Солнечной системы. И никто не поручится, что за орбитой Плутона больше нет космических тел, которые могли бы войти в состав Солнечной системы на правах планет. Во всяком случае и за орбитой Плутона пространство наполнено разнообразными космическими объектами, что подтверждается наличием так называемого по́яса Эджворта-Ко́йпера, простирающегося на 30-100 а.е. Об этом поясе мы поговорим чуть позже (см. на "Знания-сила").
Атмосфера и поверхность Непту́на
Атмосфера Нептуна
Рельеф облаков Нептуна
Атмосфера Непту́на состоит в основном из водорода, гелия, метана и аммиака́. Метан поглощает красную часть спектра и пропускает синий и зелёный цвета́. Поэтому цвет поверхности Непту́на кажется зеленовато-голубым.
Состав атмосферы следующий:
Основные компоненты: водород (H 2) 80±3,2 %; гелий (He) 19±3,2 %; метан (CH 4)
1,5±0,5 %.
Компоненты примесей:
ацетилен (C 2 H 2)
, диацетилен (C 4 H 2)
, этилен (C 2 H 4)
и этан (C 2 H 6)
, а также
угарный газ (CO)
и молекулярный азот (N 2);
Аэрозоли: аммиачный лёд, водный лед, гидросульфидно-аммониевый (NH 4 SH)
лёд, метановый лёд
(? - под вопросом).
Температура: на уровне давления 1 bar: 72 K (–201 °C);
на уровне давления 0.1 bar: 55 K (–218 °C).
Начиная с высоты около 50 км от поверхностных слоёв атмосферы и далее до высоты в несколько тысяч километров планету покрывают серебристые перистые облака́, состоящие преимущественно из замерзшего метана (см. фото справа вверху). Среди облаков наблюдаются образования, напоминающие циклонные завихрения атмосферы, подобно тому, как это имеет место на Юпитере. Такие завихрения выглядят в виде пятен и периодически возникают и исчезают.
Атмосфера постепенно переходит в жидкое, а затем и твёрдое тело планеты, как предполагается, состоящее в основном из тех же веществ - водорода, гелия, метана.
Атмосфера Непту́на очень активна: на планете дуют очень сильные ветры. Если ветры на Уране со скоростью до 600 км/ч мы называли ураганными, то как назвать ветры на Нептуне, которые дуют со скоростью 1000 км/ч? Более сильных ветро́в нет ни на одной другой планете Солнечной системы.
Нептун является восьмой планетой от Солнца и последней из известных планет. Не смотря на то, что это третья по массивности планета, она является всего лишь четвертой с точки зрения диаметра. Благодаря своей синей окраске Нептун получил имя римского бога моря.
По мере совершения тех или иных научных открытий у ученых часто возникают споры, какая именно из теорий заслуживает доверия. Открытие Нептуна является наглядным примером таких разногласий.
После того, как 1781 году была открыта планета , астрономы заметили, что его орбита подвержена значительным колебаниям, которых в принципе быть не должно. В качестве обоснования этого непонятного явления была предложена гипотеза о существовании планеты, гравитационное поле которой и вызывает орбитальные отклонения Урана.
Тем не менее, первые научные труды, связанные с существования Нептуна появились только в 1845-1846 году, когда английский астроном Джон Коуч Адамс опубликовал свои расчеты о положении этой тогда еще неизвестной планеты. Однако, несмотря на то, что он предоставил свою работу Королевскому научному сообществу (ведущей английской научно-исследовательской организации), его труд не вызвал ожидаемого интереса. И только год спустя французский астроном Жан Жозеф Леверье также представил расчеты, которые были поразительно похожи на расчеты Адамса. В результате независимых оценок научной работы двух ученых, научное сообщество наконец-то согласилось с их выводами и начало поиски планеты в области неба, на которую указывали исследования Адамс и Леверье. Планета как таковая была обнаружена 23 сентября 1846 года немецким астрономом Иоганном Галлом.
До облета космическим аппаратом Voyager 2 в 1989 году, о планете Нептун у человечества было очень мало информации. Миссия позволила получить данные о кольцах Нептуна, числе лун, атмосфере и вращении. Кроме того, Voyager 2 выявил существенные особенности спутника Нептуна под названием Тритон. На сегодняшний день мировые космические агентства не планируют каких-либо миссий к этой планете.
Верхние слои атмосферы Нептуна на 80% состоят из водорода (H2), 19% гелия и небольших примесей метана. Подобно Урану, синяя окраска Нептуна обусловлена его атмосферным метаном, который поглощает свет на длине волны, которая соответствует красному цвету. Однако, в отличие от Урана, у Нептуна более глубокий синий цвет, что говорит о присутствии в атмосфере Нептуна компонентов, которых нет в атмосфере Урана.
Погодные условия на Нептуне имеют две отличительные черты. Во-первых, как было замечено во время пролета миссии Voyager-2, это так называемые темные пятна. Эти бури сопоставимы по своим масштабам с Большим красным пятном на Юпитере, однако сильно отличаются по своей продолжительности. Шторм известный как Большое Красное Пятно длится уже в течение многих столетий, а темные пятна Нептуна способны существовать не более нескольких лет. Информацию об этом удалось подтвердить благодаря наблюдениям космического телескопа «Хаббл», который был направлен на планету всего через четыре года после того, как Voyager 2 совершил свой облет.
Вторым примечательным погодным явлением планеты является стремительно перемещающиеся шторма белого цвета, которые получили называние «Скутер». Как показали наблюдения, это своеобразный тип ливневой системы, размеры которой намного меньше, чем размеры темных пятен, а продолжительность жизни еще короче.
Подобно атмосферам других газовых гигантов, атмосфера Нептуна делится на широтные полосы. Скорость ветра в некоторых из этих полос достигает почти 600 м/с, то есть ветра планеты можно назвать самыми быстрыми в Солнечной системе.
Структура Нептуна
Наклон оси Нептуна составляет 28,3°, что относительно близко к 23.5° Земли. Учитывая значительную удаленность планеты от Солнца, наличие у Нептуна сравнимых с земными сезонов является достаточно удивительным и до конца неизученным для ученых явлением.
Спутники и кольца Нептуна
На сегодняшний день известно, что Нептун имеет тринадцать спутников. Из этих тринадцати только одна обладает большой и сферической формой. Существует научная теория, согласно которой Тритон - самый крупный из спутников Нептуна, представляет собой карликовую планету, которая была захвачена гравитационным полем и поэтому его естественное происхождение остается под вопросом. Доказательства этой теории исходит от ретроградной орбиты Тритона - спутник вращается в противоположном направлении по отношению к Нептуну. Кроме того, С зарегистрированной температурой поверхности -235 °C, Тритон является самым холодным известный объектом в Солнечной системе.
Считается, что Нептун имеет три основных кольца: Адамса, Леверье и Галле. Эта кольцевая система намного слабее, чем у других газовых гигантов. Кольцевая система планеты настолько тусклая, что некоторое время считалось кольца неполноценны. Однако изображения, которые передал Voyager 2 показали, что это на самом деле не так и кольца полностью опоясывают планету.
Для полного оборота по орбите вокруг Солнца Нептуну требуется 164.8 земных лет. 11 июля 2011 года было обозначено завершение первого полного оборота планеты с момента ее открытия в 1846 году.
Нептун был обнаружен Жаном Жозефом Леверье. Планета оставалась неизвестной для древних цивилизаций в силу того, что не была видно с Земли невооруженным взглядом. Первоначально планета называлась Леверье, в честь ее первооткрывателя. Но научное сообщество быстро отказалось от этого названия и было выбрано название Нептун.
Планета была названа Нептун в честь древнеримского бога моря.
Нептун обладает второй по величине силой тяжести в Солнечной системе, уступая только Юпитеру.
Самый большой спутник Нептуна носит название Тритон, он был обнаружен спустя 17 дней после того, как был обнаружен сам Нептун.
В атмосфере Нептуна можно наблюдать шторм, похожий на Большое красное пятно Юпитера. Данный шторм имеет объем сопоставимый с объемом Земли и известен также как Великое Темное Пятно.
> Поверхность Нептуна
Поверхность планеты Нептун – ледяного гиганта Солнечной системы: состав, структура с фото, температура, темное пятно от Хаббла, исследование Вояджера-2.
Нептун принадлежит к семейству ледяных гигантов Солнечной системы, поэтому лишен твердой поверхности. Наблюдаемая нами сине-зеленая дымка – результат иллюзии. Это верхушки глубоких газовых облаков, уступающих место воде и прочим расплавленным льдам.
Если вы попытаетесь пройтись по поверхности Нептуна, то тут же провалитесь вниз. При спуске увеличатся температура и давление. Так что точка поверхности отмечается на месте, где показатель давления достигает 1 бар.
Состав и структура поверхности Нептуна
При радиусе в 24622 км Нептун стоит на 4-м месте по величине среди солнечных планет. По массе (1.0243 х 10 26 кг) в 17 раз превосходит земную. Присутствие метана впитывает красные длины волн и отбивает синие. Ниже представлен рисунок строения Нептуна.
Состоит из скалистого ядра (силикаты и металлы), мантии (водные, метановые и аммиачные льды), а также гелиевой, метановой и водородной атмосферы. Последняя делится на тропосферу, термосферу и экзосферу.
В тропосфере температура уменьшается с высотой, а в стратосфере растет с повышением. В первой давление удерживается на 1-5 бар, поэтому здесь и расположена «поверхность».
Верхний слой состоит из водорода (80%) и гелия (19%). Можно отметить облачные формирования. Сверху температура позволяет метану конденсироваться, а также есть аммиачные, водные, сульфидно-аммониевые и сероводородные облака. В нижних областях давление достигает 50 бар, а температурная отметка – 0.
В термосфере наблюдается высокий нагрев (476.85°C). Нептун крайне далеко расположен от звезды, поэтому нужен другой механизм нагрева. Это может быть контакт атмосферы с ионами в магнитном поле или же гравитационные волны самой планеты.
Поверхность Нептуна лишена твердости, поэтому атмосфера вращается дифференциально. Экваториальная часть совершает обороты с периодом в 18 часов, магнитное поле – 16.1 часов, а полярная зона – 12 часов. Именно поэтому возникают сильные ветры. Три масштабных зафиксировал Вояджер-2 в 1989 году.
Первый шторм простирался на 13000 х 6600 км и смахивал на Большое Красное Пятно Юпитера. В 1994 году телескоп Хаббл попытался отыскать Большое Темное Пятно, но его не было. Зато на территории северного полушария образовалось новое.
Скутер – еще один шторм, представленный светлым облачным покровом. Они находятся южнее Большого Темного Пятна. В 1989 году также заметили и Маленькое Темное Пятно. Сначала оно казалось полностью темным, но когда аппарат приблизился, то удалось зафиксировать яркое ядро.
Внутренне тепло
Пока никто не знает, почему Нептун нагревается внутри. Планета расположена самой последней, но находится в одной температурной категории с Ураном. По факту, Нептун производит в 2.6 раз больше энергии, чем получает от звезды.
Внутренний нагрев в сочетании с морозным пространством приводит к серьезному температурному колебанию. Формируются ветры, способные разогнаться до 2100 км/ч. Внутри есть каменистое ядро, прогревающееся на тысячи градусов. Вы можете посмотреть какая поверхность Нептуна на верхнем фото, чтобы запомнить главные формирования атмосферы гиганта.
Снимки Нептуна, сделанные Хабблом с интервалом в 2 года
Планета Нептун — газовый гигант, поэтому у него просто не может быть поверхности, как например у нас на Земле. Сине-зеленый шар, который мы видим на фотографиях, в действительности это всего лишь верхний облачный слой. Поверхность как таковая отсутствует. Если бы мы смогли постепенно погружаться в атмосферу планеты, то по мере погружения увеличивалась бы температура и давление. В какой-то момент, атмосфера плавно переходит в океан, потом в ледяную мантию, вплоть до каменного ядра в центре.
Поверхность, которую мы видим на фотографиях, является одной из наиболее активных и динамичных мест в Солнечной системе.
По какой-то причине, он выделяет больше тепла, чем получает от Солнца. Несмотря на то, что находится гораздо дальше от Солнца чем Уран и получает на 40% меньше солнечного света, температура его поверхности примерно такая же как и у Урана. Нептун выделяет в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Даже без Солнца, планета будет видна.
Образование ветров
Это большое количество выделяемого тепла сочетается с холодным пространством и создает огромную разницу температур.
Перепад температур создает ураганные ветры на планете. Максимальная скорость ветра на Юпитере достигает 500 км/час. Это в два раза больше скорости сильнейших ураганов на Земле. Но это ничто по сравнению с Нептуном. Астрономы подсчитали, что ветры дуют со скоростью 2400 км/час.
Когда космический корабль НАСА Вояджер-2 посетил его в 1989 году, он также обнаружил Большое Темное Пятно планеты — огромный шторм, похожий на Большое Красное Пятно Юпитера. Но в отличие от Юпитера, темное пятно не очень стабильное и исчезло в 1994 году, когда космический телескоп Хаббл пытался его найти.
| · · · · | |
Впервые планету Нептун заметил Галилео Галилей в 1612 году. Однако движение небесного тела было слишком медленным, и ученый посчитал его за обычную звезду. Открытие Нептуна как планеты состоялось лишь через два столетия - в 1846 году. Произошло это случайно. Специалисты заметили некоторые странности в движении Урана. Проведя серию расчётов, стало очевидно, что такие отклонения в траектории возможны только под действием притяжения соседних крупных небесных тел. Так начала свою космическую историю планета Нептун, о которой были открыты человечеству.
"Морской бог" в космическом пространстве
Благодаря удивительно синему цвету эту планету назвали именем древнеримского повелителя морей и океанов – Нептун. Космическое тело является восьмой в нашей Галактике, оно дальше других планет расположено от Солнца.
Нептун сопровождает множество спутников. Но выделяют всего два основных – Тритон и Нереида. Первый как главный спутник имеет свои отличительные особенности:
- Тритон – спутник-гигант, в прошлом – самостоятельная планета;
- диаметр составляет 2 700 км;
- является единственным внутренним спутником с обратным ходом, т.е. движется не против часовой стрелки, а по ней;
- находится относительно близко к своей планете – всего в 335 000 км;
- имеет свою атмосферу и облака, состоящие из метана и азота;
- поверхность окутана замёрзшими газами, в основном, азотом;
- на поверхности бьют азотные фонтаны, высота которых достигает 10 км.
Астрономы предполагают, что через 3,6 млрд. лет Тритон исчезнет навсегда. Его погубит гравитационное поле Нептуна, превратив в очередное околопланетное кольцо.
Нереида также имеет неординарные качества:
- отличается неправильной формой;
- является обладательницей сильно вытянутой орбиты;
- диаметр составляет 340 км;
- удалённость от Нептуна равна 6,2 млн. км;
- один оборот по своей орбите проходит за 360 дней.
Существует мнение, что Нереида в прошлом была астероидом, но попав в ловушку притяжения Нептуна, осталась на его орбите.
Исключительные особенности и интересные факты о планете Нептун
Рассмотреть Нептун невооружённым глазом невозможно, но если знать точное нахождение планеты на звёздном небе, то полюбоваться им можно и в мощный бинокль. А вот для полного исследования необходима серьёзная аппаратура. Получение и обработка информации о Нептуне является достаточно сложным процессом. Собранные интересные факты о данной планете позволяют узнать больше:
Исследование Нептуна является трудоёмким процессом. Из-за большой отдалённости от Земли телескопические данные обладают низкой точностью. Изучение планеты стало возможным лишь после появления телескопа «Хабл» и других наземных телескопов.
Кроме тогоНептун, о котором исследовался с помощью космического корабля «Вояджер - 2». Это единственный аппарат, сумевший подобраться ближе всех к этой точке Солнечной системы.
