Нептун (планета)
 |
|||||||||||
|
Відкриття[1]
|
|||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Відкривач | Адамс Джон-Кауч, Урбен Левер'є, Йоганн Готфрид Ґалле |
||||||||||
| Місце відкриття | Кембридж, Париж, Берлін | ||||||||||
| Дата відкриття | 24 вересня 1846 | ||||||||||
| Метод відкриття | Математичний розрахунок | ||||||||||
| Афелій | 4 553 946 490 | ||||||||||
| Перигелій | 4 452 940 833 | ||||||||||
| Велика піввісь | 4 503 443 661 км | ||||||||||
| Ексцентриситет | 0,011214269 | ||||||||||
| Орбітальний період | 164,78 роки | ||||||||||
| Синодичний період | 367,49 днів | ||||||||||
| Середня орбітальна швидкість | 5,43 км/сек | ||||||||||
| Середня аномалія | 267,767281° | ||||||||||
| Нахил орбіти | 1,767975° 6,43° відносно сонячного екватора |
||||||||||
| Супутники | 13 | ||||||||||
|
Фізичні характеристики
|
|||||||||||
| Екваторіальний радіус | 24 764 ± 15 км | ||||||||||
| Полярний радіус | 24 341 ± 30 км | ||||||||||
| Сплюснутість | 0,0171 ± 0,0013 | ||||||||||
| Площа поверхні | 7,6408×109 км² | ||||||||||
| Об'єм | 6,254×1013 км³ | ||||||||||
| Маса | 1,0243×1026 кг | ||||||||||
| Середня густина | 1,638 г/см³ | ||||||||||
| Тяжіння на поверхні | 11,15 м/с² | ||||||||||
| Друга космічна швидкість | 23,5 км/c | ||||||||||
| Період обертання | 0,6713 днів 16 год 6 хв 36 с | ||||||||||
| Екваторіальна швидкість обертання | 2,68 км/с | ||||||||||
| Нахил осі | 28,32° | ||||||||||
| Альбедо | 0,41 | ||||||||||
|
Атмосфера[2]
|
|||||||||||
| Склад |
|
||||||||||
Непту́н — восьма за віддаленістю від Сонця, четверта за розміром і третя за масою планета Сонячної системи, що належить до планет-гігантів. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона в деяких місцях. Також орбіту Нептуна перетинає комета Галлея. Нептун є четвертою за діаметром і третьою за масою планетою у Сонячній системі. Маса Нептуна у 17,2 рази, а діаметр екватора у 3,9 рази більший за Землю. Планета названа на честь римського бога морів. Його астрономічний символ 
— стилізована версія тризубця Нептуна.
Нептун був відкритий 23 вересня 1846 року, і став першою планетою, яка була відкрита завдяки математичним розрахункам, а не шляхом регулярних спостережень. Припущення про наявність планети були пов’язані з непередбаченими змінами в орбіті Урану, гравітаційні сили якої могли призвести по появи цих відхилень. Згодом Нептун був знайдений у межах розрахованого розташування. Незабаром був відкритий і його супутник Тритон, проте інші 12 супутників, які відомі зараз, були відкриті тільки у XX столітті. Повз Нептун пролітав тільки один космічний апарат – «Вояджером-2», який пролетів поблизу планети 25 серпня 1989 року.
Зміст |
[ред.] Параметри планети
Нептун рухається навколо Сонця еліптичною, близькою до кругової орбітою (ексцентриситет 0,009); його середня відстань від Сонця у 30 разів більша, ніж у Землі, і становить приблизно 4497 млн км. Це значить, що світло від Сонця доходить до Нептуна трохи більше 4 годин. Тривалість «нептуніанського року», тобто час одного повного оберту навколо Сонця — 164,8 земних років. Екваторіальний діаметр планети 49 500 км, що майже вчетверо перевищує діаметр Землі, до того ж власне обертання настільки швидке, що доба на Нептуні триває всього 16 годин. Хоча середня густина Нептуна (1,66 г/см3) майже втроє менша земної, його маса (через великі розміри планети) в 17,23 рази більша, ніж у Землі. Нептун виглядає на небі як зірка 7,8 зоряної величини; при сильному збільшенні він має вигляд зеленуватого диска, позбавленого будь-яких деталей.
Нептун має магнітне поле, напруженість якого на полюсах приблизно вдвічі більша, ніж на Землі.
Ефективна температура поверхні планети становить близько 38 К. У центрі ядра Нептуна температура досягає 7000 К за тиску 7-8 мегабар.
[ред.] Хімічний склад, фізичні умови і будова
1. Верхня атмосфера і шар хмар.
2. Атмосфера (водень, гелій, метан)
3. Мантія (водяний, аміачний, метановий лід)
4. Кам'яне ядро
Нептун має хімічний склад, мабуть, подібний до Урану: різноманітні "льоди" або затверділі гази, які містять близько 15% водню і невелику кількість гелію. Як і Уран, і на відміну від Юпітера із Сатурном, Нептун, можливо, не має чіткого внутрішнього розшарування. Але найбільш вірогідно, що у нього є невелике тверде ядро (рівне по масі Землі)[Джерело?]. Атмосфера Нептуна — це, здебільшого, водень і гелій з невеликою домішкою метану: синій колір Нептуна є результатом поглинання цим газом червоного світла в атмосфері, як на Урані. В атмосфері Нептуна було виявлено явища, схожі з земними полярними сяйвами.
Подібно до типових газових планет, Нептун відомий сильними бурями і вихорами, швидкими вітрами, що дмуть на обмежених смугах, поряд з екватором. На Нептуні найшвидші вітри в Сонячній системі, вони розганяються до 1000 км/год. Вітри дмуть на Нептуні в західному напрямку, проти обертання планети. У низьких широтах вітер дме паралельно екватору у зворотному напрямку, його швидкість складає близько 100 м/сек. Слід зауважити, що в планет-гігантів швидкість потоків і плинів у їхніх атмосферах збільшується з відстанню від Сонця. Ця закономірність поки що не має пояснення. На знімках можна побачити хмари в атмосфері Нептуна. Подібно до Юпітера і Сатурна, Нептун має внутрішнє джерело тепла — він випромінює більш ніж удвічі енергії, ніж одержує від Сонця. Таке інтенсивне інфрачервоне випромінювання свідчить про нагрівання, імовірно спричинене гравітаційним стисненням планети.
[ред.] Атмосфера
Атмосфера Нептуна складається з водню (приблизно 67%), гелію (31%) і метану (2%). Крім цих основних компонентів, вона містить також незначні домішки речовин, що є результатом фотолізу метану: ацетилен C2H2, діацетилен C4H2, етилен C2H4 і етан C2H6, а також чадний газ CO і молекулярний азот N2.
Основний шар хмар розташовано на рівні тиску близько 3 атмосфер, він складається із замерзлого сірководню H2S, можливо, із невеликою домішкою аміаку NH3. Температура в цій області становить близько 100 К (-173 °C). Вище основного шару, у холодній прозорій атмосфері конденсуються рідкісні білі хмари із замерзлого метану CH4. Ці хмари підіймаються на висоту 50-150 км і відкидають тіні на основний хмарний покрив, як це видно на знімках Вояджера-2.
Нижче першого шару хмар, на рівні тиску близько 20 атмосфер і температури близько 200 К (-70 °C), розташовано другий шар хмар з гідросульфіду амонію NH4SH. Ще глибше розташовано хмари з водяного льоду.
Температурний мінімум (тропопауза) в атмосфері Нептуна становить 50 К (-223 °C) і досягається за тиску 0,1 атмосфери. За такої низької температури конденсуються пари продуктів фотолізу метану (ацетилен, діацетілен та ін.), утворюючи тонкий надхмарний серпанок. Вище тропопаузи лежить стратосфера - область атмосфери, де температура зростає з висотою. На рівні тиску 10-8—10-7 атмосфер за температури 160 К (-110 °C) розташована мезопауза - область постійної температури, вище якої простягається термосфера. Температура термосфери досягає 750 К.
[ред.] Велика Темна Пляма
- Детальніше у статті Велика темна пляма
Після прольоту "Вояджера-2" 1989 року повз планету, найвідомішою деталлю на Нептуні стала Велика Темна Пляма в південній півкулі. Вона вдвічі менша за Велику Червону Пляму Юпітера (тобто в діаметрі приблизно дорівнює Землі). Розташовуючись на 20 ° на південь від екватора, вона оберталася проти годинникової стрілки з періодом близько 16 днів. Вітри Нептуна несли Велику Темну Пляму на захід зі швидкістю 300 метрів за секунду. "Вояджер-2" також побачив меншу темну пляму в південній півкулі і невелику непостійну білу хмару. Вона могла бути потоком, що відходить від нижніх прошарків атмосфери до верхніх, але справжня природа її залишається поки невідомою.
Цікаво, що спостереження 1994 року показали, що Велика Темна Пляма зникла. Вона або просто розсіялася, або до певного часу її закрили інші частини атмосфери. Через декілька місяців було виявлено нову темну Пляму в північній півкулі Нептуна. Це вказує на те, що атмосфера Нептуна змінюється швидко, можливо через невеликі зміни в температурах верхніх і нижніх хмар.
[ред.] Кільця Нептуна
- Детальніше у статті Кільця Нептуна
Нептун також має кільця — два широких і два вузьких. Їх було відкрито під час затемнення Нептуном однієї з зірок 1981 року. Спостереження з Землі дозволили побачити тільки слабкі дуги замість повних кілець, але фотографії "Вояджера-2" в серпні 1989-го року показали їх повністю. Одне з кілець має складну викривлену структуру. Подібно Урановим і Юпітеровим, кільця Нептуна дуже темні і будова їх невідома. Але це не перешкоджало дати їм назви: зовнішнє - Адамс (яке містить три дуги, що виділяються, які чомусь охрестили Свободою, Рівністю і Братерством), потім - безіменне кільце, що збігається з орбітою супутника Нептуна Галатеї, слідом - Левер'є (чиї зовнішні розширення названі Ласель і Араго), і, нарешті, слабке, але широке кільце Галле. Як видно, назви кілець увіковічнили тих, хто брав участь у відкритті Нептуна.
[ред.] Магнітосфера
Магнітне поле Нептуна, як і поле Урану, орієнтоване незвичайно і, мабуть, створюється течією провідної речовини (можливо, води), розташованої в середніх шарах планети, вище ядра. Магнітна вісь нахилена на 47 градусів до осі обертання, до того ж, вісь симетрії магнітного поля Нептуна не проходить через центр планети, а відхилена від нього більш ніж на піврадіуса, що нагадує властивості магнітного поля навколо Урану. Відповідно, і напруженість поля на поверхні в різних її місцях змінюється від третини до потроєного значення земної. Навіть в якійсь одній точці поверхні поле також мінливе, як і положення та інтенсивність джерела в надрах планети.
Завдяки випадку, при підльоті до Нептуну, "Вояджер" рухався майже точно в напрямку південного магнітного полюса планети, що дало можливість ученим здійснити низку унікальних досліджень, багато результатів яких до цих пір не позбавлено таємничості і незрозумілості. В атмосфері було виявлено явища, подібні до земних полярних сяйв та зроблено припущення про будівлю Нептуна. Досліджуючи магнітні явища, "Вояджеру" вдалося точно встановити період обертання Нептуна навколо своєї осі - 16 годин 7 хвилин.
[ред.] Історія відкриття
- Детальніше у статті Історія відкриття Нептуна
Після того, як 1781 Вільям Гершель відкрив Уран і розрахував параметри його орбіти, незабаром виявилися аномалії в русі цієї планети: він то "відставав" від розрахованого, то "випереджав" його. Орбіта Урана не відповідала закону Ньютона. Це навело на думку про існування за Ураном ще однієї планети, що могла б своїм гравітаційним тяжінням викривлювати траєкторію 7-ї планети.
1832 року у звіті Британської Асоціації розвитку науки Джордж Ері, який згодом став королівським астрономом, відзначав, що за 11 років помилка в положенні Урану досягла майже півхвилини дуги. Незабаром після опублікування звіту Ері одержав від Британського астронома-аматора, преподобного доктора Хасея, лист, у якому висувалося припущення, що ці аномалії обумовлені впливом поки ще невідкритої "зауранової" планети. Очевидно, це було першою пропозицією шукати планету. Ері не схвалив ідею Хасея, і пошуки не було розпочато.
А ще за рік до цього талановитий молодий студент Дж.К.Адамс відзначив у своїх записах: “На початку цього тижня з'явивилася думка відразу ж після одержання ступеня взятися за дослідження аномалій руху Урану, що дотепер не пояснені. Треба знайти, чи можуть вони бути обумовлені впливом невідкритої планети і, якщо можливо, визначити хоча б приблизно елементи її орбіти, що може призвести до її відкриття”.
Адамс отримав можливість взятися до розв'язання цієї задачі лише за два роки, і до жовтня 1843 попередні обчислення було закінчено. Адамс вирішив показати їх Ері, проте зустрітися з королівським астрономом йому не вдалося. Адамс повернувся до Кембриджу, залишивши для Ері результати проведених розрахунків. З незрозумілих причин Ері відреагував на роботу Адамса негативно, ціною чого виявилася втрата Англією пріоритету у відкритті нової планети.
Незалежно від Адамса над проблемою зауранової планети працював у Франції інший вчений, У. Ж. Левер'є. 10 листопада 1845 він надав Французькій Академії Наук результати свого теоретичного аналізу руху Урану, звернувши увагу на розбіжності між даними спостережень та розрахунків: “Це можна пояснити впливом зовнішнього чинника, що я оціню в другому тракті”. Такі оцінки були здійснені в першій половині 1846 і Левер'є надав вказівки, де варто шукати нову планету.
Отримавши другий тракт Левер'є, Ері звернув увагу на збіг результатів досліджень Адамса і Левер'є, що стосуються руху гіпотетичної планети, яка “збурює” траєкторію Урану, і навіть підкреслив це на спеціальному засіданні Ради інспекторів Грінвіча. Але як і раніше він, не поспішав починати пошуки і став клопотатися про них лише в липні 1846 р., зрозумівши, яке обурення може викликати згодом його пасивність.
Тим часом 31 серпня 1846 Левер'є закінчив ще одне дослідження, у якому було отримано остаточну систему елементів орбіти невідомої планети та зазначене її місце на небі. Обчислення його базувалися на результатах спостережень Юпітера, Сатурна і власне Урану. Але у Франції, як і в Англії, астрономи все ще не ставали до пошуків, і 18 вересня Левер'є звернувся до Йоганна Галле, асистента Берлінської обсерваторії, який 23 вересня разом із студентом д'Арестом розпочав пошуки. У перший же вечір планету було виявлено, вона знаходилася зовсім близько від вказаного місця. Звістка про відкриття планети “на кінчику пера” стала яскравим тріумфом небесної механіки і незабаром облетіла весь науковий світ. За сталою традицією планета одержала назву Нептун на честь античного бога.
Близько року між Францією та Англією йшла боротьба за пріоритет відкриття, до якої, як це часто буває, самі герої безпосереднього відношення не мали. Зокрема, між Адамсом і Левер'є встановилося повне порозуміння, і вони залишалися друзями до кінця життя.
[ред.] Формування та міграція
Для формування крижаних гігантів - Нептуна і Урана - виявилося важко створити точну модель. Сучасні моделі вважають, що щільність матерії у зовнішніх регіонах Сонячної системи була занадто низькою для формування таких великих тіл традиційно прийнятим методом аккреции матерії на ядро. Щоб пояснити еволюцію Урана і Нептуна, було висунуто безліч гіпотез.
Одна з них вважає, що обидва крижаних гіганта не сформувалися методом аккреции, а з'явилися через нестабільності всередині початкового протопланетного диска, і пізніше їх атмосфери були « здуті » випромінюванням масивної зірки класу O або B [3] .
Інша концепція полягає в тому, що Уран і Нептун сформувалися близько до Сонця, де щільність матерії була вищою, і згодом перемістилися на поточні орбіти [4] . Гіпотеза переміщення Нептуна користується популярністю, тому що дозволяє пояснити поточні резонанси в поясі Койпера, особливо, резонанс 2:5. Коли Нептун рухався назовні, він стикався з об'єктами прото-пояса Койпера, створюючи нові резонанси і хаотично змінюючи існуючі орбіти. Вважається, що об'єкти розсіяного диска опинилися в поточному становищі через взаємодії з резонансами, створюваними міграцією Нептуна [5] .
Запропонована в 2004 році комп'ютерна модель Алессандро Морбіделлі з обсерваторії Лазурного берега в Ніцці припустила, що переміщення Нептуна до поясу Койпера могло бути ініційовано формуванням резонансу 1:2 на орбітах Юпітера й Сатурна, який послужив, свого роду, гравітаційним зусиллям, яке штовхнуло Уран і Нептун на більш високі орбіти й змусило їх поміняти місце розташування. Виштовхування об'єктів з поясу Койпера в результаті цієї міграції може також пояснити « пізнє важке бомбардування », що відбулося через 600 мільйонів років після формування Сонячної системи, і поява у Юпітера троянських астероїдів [6] .
[ред.] Супутники Нептуна
- Детальніше у статті Супутники Нептуна
Нептун має 13 супутників: 1 великий, 3 середніх і 9 маленьких. Інформацію про деякі з них наведено у таблиці.
| № | Назва (укр.) | Назва (лат.) | Попереднє позначення | Дата відкриття | Місце відкриття | Відкривачі |
|---|---|---|---|---|---|---|
| I | Тритон | Triton | — | 10.10.1846 |  Ліверпул |
В.Ласселл |
| II | Нереїда | Nereid | — | 1.05.1949 |  Форт-Дейвіс |
Дж.П.Койпер |
| III | Наяда | Naiad | S/1989 N 6 | 18.09.1989 | КА «Вояджер-2» | Р.Терріл |
| IV | Таласса | Thalassa | S/1989 N 5 | 18.09.1989 | КА «Вояджер-2» | Р.Терріл |
| V | Деспіна | Despina | S/1989 N 3 | 28.07.1989 | КА «Вояджер-2» | С.Сіннотт |
| VI | Галатея | Galathea | S/1989 N 4 | 28.07.1989 | КА «Вояджер-2» | С.Сіннотт |
| VII | Ларисса | Larissa | S/1981 N 1 S/1989 N 2 |
24.05.1981 28.07.1989 |
Тусон КА «Вояджер-2» |
Г.Рейтсема, В.Габбард, Л.Лебофскі, Д.Дж.Толен С.Сіннотт |
| VIII | Протей | Protheus | S/1989 N 1 | 16.06.1989 | КА «Вояджер-2» | С.Сіннотт |
| IX | Галімеда | Halimede | S/2002 N 1 | 14.08.2002 | .svg){kind=small} Ла-Серена |
М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич |
| X | Псамафа | Psamathe | S/2003 N 1 | 29.08.2003 | о.Мауна-Кеа |
С.Шеппард, Дж.Клейна, Д.Джуїтт |
| XI | Сао | Sao | S/2002 N 2 | 14.08.2002 | Ла-Серена |
М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич |
| XII | Лаомедея | Laomedeia | S/2002 N 3 | 13.08.2002 | Ла-Серена |
М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич |
| XIII | Несо | Neso | S/2002 N 4 | 14.08.2002 | Ла-Серена |
М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич |
[ред.] Тритон
- Детальніше у статті Тритон (супутник)
Тритон відкрито Вільямом Ласселем (о.Мальта, 1846). Він має 14 зоряну величину і є найбільшим серед супутників Нептуна. Відстань від Нептуна 394700 км, сидеричний період обертання 5 діб 21 год. 3 хв., діаметр близько 2707 км, що на 769 км менше діаметра Місяця, хоча маса його у 3,5 рази менша. Це єдиний супутник Сонячної системи, який обертається навколо своєї планети в протилежний бік від обертання самої планети навколо своєї осі. Є версії, що Тритон - захоплена колись Нептуном самостійна планета. Має велике альбедо — 60-90% (альбедо Місяця — 12%), бо здебільшого складається з водяного льоду. У Тритона було виявлено незначну газову оболонку, тиск якої на поверхні в 70 000 разів менше земного атмосферного тиску. Походження цієї атмосфери, що мала б давно розсіятися, пояснюють частими виверженнями на супутнику, що поповнюють її газами. Коли було отримано знімки Тритона, на його крижаній поверхні справді помітили гейзероподібні виверження азоту і темних часток пилу різного розміру. Все це розсіюється в навколишньому просторі. Є припущення, що після захоплення Нептуном супутник було розігріто припливними силами, і він був навіть рідким перший мільярд років після захоплення. Можливо, у надрах своїх він як і раніше зберіг цей агрегатний стан. Поверхня Тритона нагадує полярні шапки галілеєвих супутників Юпітера: Європи, Ганімеда, Іо, а також Аріеля (супутника Урана).
[ред.] Нереїда
Другий за розмірами супутник Нептуна. Середня відстань від Нептуна 6,2 млн. км, діаметр — близько 200 км. Нереїда — найвіддаленіший супутник Нептуна (серед відомих). Вона робить один оберт навколо планети за 360 днів. Орбіта Нереїди дуже витягнута, її ексцентриситет становить 0,75. Найбільша відстань від супутника до планети перевищує найменшу в сім разів. Нереїду було відкрито 1949 року Джерардом Койпером (США).
[ред.] Місії до Нептуна
1977 року Лабораторією Реактивного Руху(JPL[7]) році було запущено місію Вояджер-2, що пролетіла повз Нептун 1989 року. Наразі цей апарат є єдиним, що наближався до планети.
НАСА вивчала можливість досліджень Нептуна за допомогою космічного апарата на орбіті планети, але місію Neptune/Triton Orbiter ухвалено не було.
[ред.] Джерела
- ↑ Алексей Левин. Охота на планету: Нептун// Популярная механика. — (№5 2009). (рос.)
- ↑ Вика Воробьёва. «Нептун». Планетные системи. http://www.allplanets.ru/statyi.htm. Процитовано 2010-09-19. (рос.)
- ↑ «Помилка шаблону {{Cite web}}: не визначений параметр
|title=». 2002-09-30 url=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V61-46SVX4B-1&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=8356c9b57117437b185f44aca5ae71d0. - ↑ «Помилка шаблону {{Cite web}}: не визначений параметр
|title=». - ↑ «Помилка шаблону {{Cite web}}: не визначений параметр
|title=». 2005. - ↑ «Помилка шаблону {{Cite web}}: не визначений параметр
|title=». - ↑ http://jpl.nasa.gov
|
||||||||||||||||||||||
