Главная Фотогалерея Рефераты Новости Видеогалерея Статьи  
 
 
Содержание
 
   

Планета Нептун

Общие сведения

фото планеты НептунНептун - самая последняя планета по удаленности от Солнца. Такое название объект получил в честь мифического персонажа древних римлян - владыки морей.

Нептун обнаружили в 1846 году. Он стал первым небесным телом, которое открыли путем точных расчетов. Другие же космические объекты были открыты в ходе регулярных исследований. Заметив сильные перемены в орбите Урана, ученые того времени начали подозревать наличие еще одной планеты. Чуть позже Нептун нашли в предполагаемой области. После данного открытия была обнаружена и его самая крупная луна - Тритон.

История открытия планеты Нептун

Проводя свои наблюдения, Галилей принял Нептун за светило на ночном небосводе. По этой причине его не признали первооткрывателем планеты.
В 1612 году Нептун приблизился к точке стояния. Именно этот момент был переходным для планеты к обратному движению. Его можно наблюдать, например, когда Земля начинает перегонять по своей орбите внешнюю. И, в связи с тем, что Нептун подходил к точке стояния, его движение было очень медленным, чтобы зафиксировать это при помощи примитивных приспособлений того времени.

Чуть позднее - в 1821 году ученый Алексим Бувар представил свои таблицы орбиты Урана. В ходе дальнейших мероприятий по изучению планеты были отмечены существенные несоответствия реального его движения с этими таблицами. Британец Т.Хасси, исходя из результатов своих работ, выдвинул версию о том, что аномалии в орбите Урана, возможно, вызваны другим небесным объектом. В 1834 произошла встреча Хасси и Бувара, на которой последний дал обещание провести новые вычисления, необходимые для определения местонахождения новой планеты. Но известно, что после данной встречи Бувара более не занимала данная тема. В 1843 Д. Куч Адамсу удалось вычислить орбиту неизвестной планеты для «оправдания» несоответствий в орбите Урана. Астроном направил итоги своей работы Джоржу Эйри, который являлся королевским астрономом. Но, как выяснилось, и он не отнесся серьезно к рассмотрению подробностей этого дела.

Урбен Леверье в 1845 году приступил к собственным расчетам. Но сотрудники главной обсерватории Парижа отказывались воспринимать идеи ученого всерьез и содействовать поиску 8-ой планеты. В 1846 году, изучив работу Леверье по оценке долготы объекта и убедившись в том, что его результат схож с Результатов Адамса, Эйри попросил Д. Чэллиса - руководителя Кембриджской обсерватории, все же приступить к поиску. Самому Чэллису неоднократно доводилось видеть Нептун на ночном небе. Но ввиду того, что астроном все время откладывал проведение анализа наблюдений, ему также не удалось стать его первооткрывателем.

Через некоторое время Леверье убеждает работника Берлинской обсерватории - Иоганна Галле в успехе планируемого исследования. Затем Генрих Д.Арре предлагает Галле произвести сравнения с ранее созданной картой части небосвода с представленными Леверье новыми координатами. Это было необходимо для определения направления движения объекта на фоне звезд. Нептун открыли в эту же ночь. Далее в течение 2-х суток ученые продолжали наблюдения за областью неба, которую определил Леверье. Им было необходимо убедиться в том, что данный объект в действительности является планетой. Итак, 23 сентября 1846 года - официальная дата обнаружения 8-ой планеты системы нашей звезды.

Чуть позже из-за данного события возникло множество споров между французскими и английскими учеными по поводу того, кого же считать первооткрывателем. В итоге ими были признаны сразу двое ученых - Адамс и Леверье. Но после обнаружения бумаг в 1998, тайно присвоенных Дж. Эггеном, оказалось, что Леверье имеет намного больше прав называться первооткрывателем Нептуна, нежели его коллега.Урбен Леверье

Название

Восьмая планета не сразу получила свое законное название. Какоке-то время после ее обнаружения в кругу ученых она обозначалась, как «внешняя от Урана планета». Некоторые называли ее просто «планетой Леверье». Впервые название для объекта было предложено Галле. Ученый порекомендовал назвать ее «Янус». Англичанин Чайлз предложил название «Океан».

 Но как первооткрыватель, Леверье счел, что именно он должен наречь обнаруженный им объект. Ученый решил назвать его Нептуном, ссылаясь на одобрение этого решения французским бюро долгот. Известно, что ранее астроном хотел наречь планету своим именем, но данное решение вызвало протест за границей.

Василий Струве -руководитель Пулковской обсерватории счел «Нептун» наиболее подходящим названием для планеты. Древние римляне считали Нептун покровителем морей, также, как греки Посейдона.

Статус планеты Нептун

После обнаружения вплоть до 30-го года прошлого века Нептун считали крайним крупным объектом Солнечной системы. Но после более позднеего открытия Плутона, Нептун превратился в предпоследнюю планету. Но при тщательном изучении пояса Койпера, ученые старались определиться со следующим вопросом: причислять ли Плутон к планетам, или же считать его обитателем пояса Койпера? Только в 2006 году было решено оставить Плутону статус карликовой планеты. А значит и Нептун снова стали считать последней планетой в Солнечной системе.

Эволюция представления о планете Нептун

В середине прошлого века информация о Нептуне кардинально разнились с сегодняшними данными. Например, ранее масса Нептуна приравнивалась к 1726 земным, вместо действительных 1515. Также предполагалось, что размер радиуса экватора - 3,00, вместо настоящих 3,88 от радиуса Земли.

Также до полного исследования Нептуна «Вояджером-2» считалось, что его магнитное поле идентично магнитным полям Земли и Сатурна. Но после долгих наблюдений оказалось, что оно имеет форму «наклонного ротатора».

Физические характеристики планеты Нептун

Имея массу 1,0243•1026 кг, можно сказать, что Нептун по своим габаритам занимает среднее положение между Землей и крупными газовыми планетам. Его массовые показатели в 17 раз превышают земные. В то время, как Нептун составляет только 1⁄19 массы Юпитера. Уран с Нептуном принято причислять к подклассу газовых гигантов. Иногда их называют «ледяными гигантами». Это связанно с их "скромными" габаритами и высокой концентрацией легких элементов. Нептун также используют при изучении экзопланет, как метоним. Известные космические тела с идентичной ему массой нередко зовутся «Нептунами».

Орбита и вращение планеты Нептун

Дистанция между Нептуном и нашей звездой равна 4,55 млрд км. Полный цикл вокруг нее Нептун завершает почти за 165 лет. Сама планета находится от Земли на дистанции 4,3036 млрд км. В 2011 году Нептун полностью завершил первый оборот вокруг звезды со времен его обнаружения.

Сидерический период обращения Нептуна - 16,11 часа. В связи с тем, что поверхность Нептуна не твердая, принцип вращения его атмосферы характеризуется, как дифференциальный. Область экватора планеты обращается с 18-ти часовым периодом. Это относительно медленно по сравнению со скоростью вращения магнитного поля Нептуна. Его полярные области совершают полный оборот вокруг себя за 12 земных часов. Из всех объектов, обитающих во внутренней части нашей Солнечной системы, данный принцип вращения отмечается только у Нептуна. Этот феномен является первопричиной широтного сдвига ветров.

Орбитальные резонансы

Известно, что Нептун оказывает достаточно сильное влияние даже на тела пояса Койпера. Нужно напомнить, что данный пояс является неким кольцом. Оно включает в себя малогабаритные ледяные планеты. Пояс чем-то схож с астероидным поясом, находящимся между Юпитером и Марсом. Пояс Койпера берет начало от определенной зоны орбиты Нептуна (30 а.е) и тянется до 55 а.е от звезды. Влияние гравитации Нептуна на объекты пояса Койпера значительное. Известно, что за все существования Солнечной системы многие объекты были «выведены» из области пояса под влиянием гравитации Нептуна. Вследствие чего на месте исчезнувших тел образовались пустоты.

Орбиты объектов, удерживаемых в области этого пояса, на протяжении значительных промежутков времени, определяются вековыми резонансами с Нептуном. Из них есть и такие, для которых данные промежутки сопоставимы со всем периодом существования нашей звездной системы.

Атмосфера и климат

Внутреннее устройство Нептуна

Если говорить о внутреннем устройстве планеты, то нужно отметить, как оно схоже с внутренним строением планеты Уран. Сама атмосфера Нептуна составляет около 10-20% от его суммарной массы. В зоне ядра давление достигает 10 ГПА. Самые низкие слои атмосферы насыщены большим количеством метана, аммиака и воды.

Внутреннее устройство планеты Нептун:

1. Верхний атмосферный слой, в том числе образования облаков, находящиеся на ее высоких уровнях.

2. Атмосфера, в которой преобладает метан, водород и гелий.

3. Мантия, в которой содержится значительное количество метанового льда, воды и аммиака.

4. Каменно-ледяное ядро со временем темная и сильно нагретая область начинает преобразовываться в жидкую мантию. Показатели ее температуры колеблются от 2000 до 5000 К. Массовые показатели мантии превосходят земные в 10-15 раз. Ученые полагают, что она насыщена большим количеством метана, воды и аммиака. Данная материя также по устоявшимся среди ученых терминов называют ледяной. И это, несмотря на то, что в действительности она очень горяча. Жидкая мантия обладает отличной электропроводностью. Именно поэтому ее зачастую называют океаном жидкого аммиака. Ученые полагают, что ядро Нептуна обволакивает «алмазная жидкость». Его масса примерно в 1,2 раза превышает земную. Ядро состоит по большей части из следующих элементов: никеля, силикатов и железа.

Магнитосфера планеты Нептуна

Своим магнитным полем и магнитосферой он сильно схож с Ураном. Они также достаточно сильно наклонены от оси планеты. До изучения Нептуна «Вояджером-2» астрофизики считали, что наклон магнитосферы Урана является, так называемым, «побочным эффектом» бокового вращения. Но сегодня, получив больше информации, ученые убеждены, что такая особенность магнитосферы объясняется действием приливов во внутренних зонах.

Магнитное поле планеты имеет комплексную геометрию. В нее входит существенные включения от небиполярных компонентов, таких как квадрипольный момент. По своей мощности он превосходит дипольный. Например, у Земли, Сатурна и Юпитера он относительно мал, в связи с чем их поля не так сильно "отходят" от оси.

Головная ударная волна планеты - область магнитосферы, в которой случается изменение скорости солнечного ветра. Здесь его движение начинает ощутимо замедляться. Эта зона располагается на дистанции, измеряемой в 34,9 планетарных радиусах. Магнитопауза - это зона, где солнечные ветра уравновешиваются сильным давлением. Она находится на расстоянии 25 радиусов планеты. Длина хвоста магнитосферы простирается на расстояние, равное 72 радиусам или более.

Атмосфера планеты Нептун

В верхних слоях атмосферы Нептуна имеется гелий (19%) и водород ( 80%). В небольших количествах здесь также находится и метан. Видимые полосы его поглощения видны при наблюдениях в инфракрасном диапазоне. Известно, что метан хорошо поглощает красный цвет, именно поэтому атмосфера планеты имеет преимущественно синий оттенок.

Процентное содержание метана в атмосфере Нептуна практически такое же, как и у Урана. Поэтому ученые предполагают, что существует еще один особый элемент, которые придает атмосфере синеватый оттенок.

Атмосфера Нептуна делится на тропосферу и стратосферу. В тропосфере температура понижается по мере удаленности от поверхности. А в стратосфере наоборот - температура по мере приближения к поверхности повышается. Пограничной "подушкой" между ними является тропопауза. Она состоит из образований облаков, имеющих разный химический состав.

При давлении, оценивающемся 5 барами, начинают образовываться аммиачные и сероводородные облака. При давлении выше 5 бар формируются новые облака из сульфида аммония и воды. По мере приближения к поверхности планеты, при давлении в 50 бар, появляются облака из водяного пара.

Образования облаков, находящихся на высоком уровне, наблюдались «Вояджером-2» по их теням, которые проецировались на плотный нижний слой. На нем также можно было разглядеть облачные полосы, «окутывающие» планету.
Тщательные исследования Нептуна помогли ученым выявить, что низкие уровни его стратосферы мутнеют под влиянием испарений ультрафиолетового фотолиза метана. В стратосфере Нептуна были также найдены: циановодород и угарный газ. В целом температура стратосферы Нептуна значительно выше, чем температура стратосферы Урана. Причина тому- наиболее высокое процентное содержание в ней углерода. По непонятным причинам термосфера Нептуна имеет чрезвычайно высокую температуру - 750 К. Это нехарактерно для планеты, которая находится на достаточно большой дистанции от Солнца. Это значит, что на таком расстоянии термосфера не может прогреваться ультрафиолетовой радиацией до такого уровня. Ученые считают, что данная аномалия связана с взаимодействием термосферы с ионами магнитного поля Нептуна. Существует также и другая версия, объясняющая данный феномен. Считается, что разогрев термосферы осуществляется с подачи волн гравитации внутренней части планеты. Затем они просто развеиваются в атмосфере. Известно, что в термосфере имеется наличие следов угарного газа и воды. Астрофизики считают, что они оказались здесь посредством внешних источников.

Климат планеты Нептун

На Нептуне преобладают штормы и ветра, достигающие скорости до 600 м/с. В процессе наблюдения за принципом движения облаков ученые вычислили еще одну закономерность: скорость ветров изменяется при движении от восточной области к западной. На верхних уровнях атмосферы преобладают ветра, средняя скорость движения которых равна 400 м/с. В зоне экватора и полюсов - 250 м/с.

Ветра Нептуна в основном дуют в направлении противоположном его вращению. Схема движения ветров, составленная учеными, указывает на то, что в более высоких широтах направление ветров все же совпадает с направлением вращения планеты вокруг своей оси. В более низких широтах ветра движутся преимущественно в противоположном направлении. Ученые считают, что объяснение данным различиям является «скин-эффект», а не иные атмосферные процессы. В атмосфере планеты  ацетилен, метан и этан находятся в большем количестве, нежели, чем в зоне его полюсов.

Данные наблюдения практически являются объяснением существования апвеллинга в экваториальной зоне планеты. В 2007 было выяснено то, что температура в верхней области тропосферы на 10 градусов выше, чем в остальных частях планеты. Такой существенный перепад по мнению ученых повлиял на метан, изначально находившийся в застывшем состоянии. Он стал просачиваться в космическое пространство через южный полюс Нептуна. Главная причина этой аномалии по общепринятому мнению является угол наклона самого объекта.

По мере продвижения планеты к противоположной стороне звезды, ее южный полюс начнет затеняться. Это указывает на то, что Нептун будет обращен к звезде уже северным полюсом. И «высвобождение» метана в космос теперь будет осуществляться из области северного полюса.

Штормы на планете Нептун

В 1989 года космической машиной «Воядже-2» было обнаружено «Большое темное пятно». Оно представляет собой устойчивый шторм, размеры которого достигают 13 000 × 6600 км. Данная аномалия ассоциировалась у ученых с известным «Большим красным пятном», присутствующим на Юпитере. Но в 1994 году космическим телескопом «Хаббл» темное пятно Нептуна не было обнаружено на том месте, где его зафиксировал «Вояджер-2». Вместо черного пятна здесь было замечено другое образование - Стулкер. Это шторм, зафиксированный в южной стороне от «Большого темного пятна». Малое темное пятно представляет собой второй по мощности шторм, который был открыт в процессе приближения машины к планете, которое произошло в 1989 году. Сначала оно визуализировалось, как затемненная область. Но по мере приближения «Вояджера-2» к Нептуну, его очертания на снимках стали четче, за счет чего ученые сразу заметили на нем различные облачные образования: густые, более разреженные, яркие и темные. 

Астрофизики считают, что более темные пятна образуются в нижних слоях тропосферы, нежели более яркие и разреженные облака 
Данные штормы устойчивые со средней продолжительностью «жизни» до нескольких месяцев. Значит можно сделать вывод, что они имеют вихревую структуру. Лучше всего с темными пятнами сливаются более яркие облака метана, которые рождаются в тропопаузе. 

 Постоянство данных облаков указывает на то, что старые «темные пятна» все же могут продолжать существовать в качестве циклонов. Но в этом случае их темный окрас будет потерян. Данные образования могут рассеиваться, если они находятся вблизи экватора. 

Внутреннее тепло планеты Нептун

Несмотря на то, что Нептун и Уран схожи во многом, у Нептуна погодное разнообразие намного больше. Это объясняется его повышенной внутренней температурой. И это, несмотря на то, что Нептун располагается на большей дистанции от Солнца, нежели Уран.

Поверхностные температурные показатели данных планет приблизительно одинаковые. В верхних слоях тропосферы Нептуна температура равна -222°C. В глубинах при давлении, равном 1 бару, температурные показатели равны -201°C. Более глубокие нижние слои состоят из газов, но температура в данной области повышается. Причина именно такого распределения тепла, как и принцип нагрева, учеными пока не выяснены. Известно лишь то, что от Урана исходит в 1,1 раз количества энергии больше, чем он получает от звезды. От Нептуна исходит в 2,61 раза больше количества энергии, чем он принимает от Солнца. Количество производимого им тепла равно 161% от получаемой им звездной энергии. При том, что Нептун является самой удаленной от звезды планетой, его энергетического потенциала хватает, чтобы ветра до невероятных скоростей, которые только могут быть в пределах Солнечной системы. Данному феномену ученые дают сразу несколько толкований. Перовое - радиогенный нагрев, осуществляемый "сердцем" (ядром) Нептуна. Второе - преобразование метана в цепные углеводороды. Третье - конвекция, происходящая на более глубоких атмосферных слоях, которая провоцирует замедление гравитационных волн над областью тропопаузы.

Образование и миграция Планеты Нептун

Ученым даже сегодня трудно воссоздать процесс образования ледяных гигантов, к которым относятся Нептун и Уран. Нынешние модели указывают на то, что плотность вещества во внешней зоне Солнечной системы была чересчур низкой для образования объектов подобных размеров методом аккреции материи на ядро. Сегодня существует масса гипотез об эволюции этих двух тел. Сутью одной из самых распространенных теорий является то, что эти ледяные планеты образовались вследствие нестабильности протопланетного диска. И уже на последних стадиях формирования их атмосферы начали уноситься в космос под воздействием массивных светил класса B и O.

Суть менее популярной гипотезы - Нептун с Ураном формировались на минимальном расстоянии от Солнца. В данной области плотность вещества была выше, и вскоре планеты оказались на текущих орбитах. Теория о "переходе" Нептуна достаточно известна. Ею подразумевается, что при движении Нептуна наружу, он систематически пересекался с телами, относящимися к прото-поясу Койпера. Планета формировала новые резонансы и беспорядочно "корректировала" текущие орбиты. Предполагается, что тела рассеянного диска имеют такое положение по причине этого резонансного воздействия, спровоцированного миграцией Нептуна.

В 2004 году Аллесандро Мобиделлии предложил новую модель. Ее суть - приближение Нептуна к поясу Койпера, спровоцированное резонансным формированием 1:2 в орбите Сатурна и Нептуна. Они сыграли роль гравитационных усилителей, подтолкнувшие Нептун и Уран на новые орбиты. Кроме этого, такой резонанс способствовал изменению их местонахождения. Вполне возможно, что причиной выталкивания тел из области пояса Койпера явилась «Поздняя тяжелая бомбардировка». По мнению ученых она произошла 600 млн лет после завершения становления Солнечной системы.

Спутники и кольца

Спутники планеты Нептун

На сегодня существует 14 известных спутников Нептуна. Масса самого крупного - 99,5% от общей массы всех лун планеты. Данный объект был назван Тритоном. Его открыл Уильям Лассел. Это произошло ровно через 15 дней после официального объявления об открытии Нептуна. В отличии от иных лун, находящихся в Солнечной системе, у Тритона имеется ретроградная орбита. Не исключено, что он был притянут гравитацией Нептуна, а не был сформирован в своем текущем месте обращения. Многие ученые полагают, что он мог изначально быть карликовой планетой, принадлежащей к поясу Койпера. Из-за воздействия приливного ускорения Тритон спиралеобразно и достаточно медленно продвигается к Нептуну. В конечном итоге он разрушится, когда подойдет к пределу Роша. Вследствие этого образуется новое кольцо, которое по массивности можно будет сравнить с кольцами Сатурна. По прогнозам ученых это событие произойдет через 10-100 млн лет.

В 1989 ученые получили данные о температуре, преобладающей на Тритоне. Она оставила -235 °C. В то время это было самое малое значение для тел нашей звездной системы, у которых отмечается геологическая активность. Тритон причисляется к одному из трех лун, обитающих в Солнечной системе, у которых имеется атмосфера. Двое из них - это Титан и Ио. Астрономы также не исключают у Тритона наличие внутреннего жидкого океана.

Второй по времени обнаружения спутник Нептуна - Нереида. Она также обладает неправильной формой. Эксцентриситет ее орбиты считается самым высоким из всех подобных тел внутренней области Солнечной системы.

Осенью 1989 года машине «Вояджер-2» удалось обнаружить у Нептуна наличие 6-ти новых спутников. В небольшой степени внимание ученых привлек Протей, который имеет неправильную форму, подобную Тритону. Астрономы выделили его ввиду того, что он не был стянут в сферическую форму под действием собственной силы гравитации. Это значит, что Протей, во всей видимости, обладает огромной плотностью.

К самым близким спутникам Нептуна причисляются: Наяда, Галатея, Таласса и Деспита. Орбиты данных тел настолько приближены к планете, что затрагивают зону колец планеты. Ларисса в действительности была обнаружена в 1981 году во время наблюдений перекрытия светила, зафиксированное «Вояджером-2». Но в 1989, когда машина подошла на минимальное расстояние к Нептуну, оказалось что при данном покрытии было получен снимок спутника. В 2002-2003 годах машиной «Хаббл» был зафиксирован последний, самый малый известный спутник Нептуна.

Кольца планеты Нептун

У Нептуна также, как и у Сатурна, имеется кольцевая система. Эти кольца по мнению ученых состоят из ледяных фрагментов, которые покрыты силикатами. Некоторые астрономы считают, что их основной составляющей может быть углеродные соединения, которые и придают кольцам красноватый оттенок. 

Наблюдения за планетой Нептун

Нептун невозможно увидеть без специальной аппаратуры. И все потому, что он имеет слишком слабую яркость. А это значит, что спутники Юпитера, астероиды 2 Паллада, 6Геба, 4Веста, 7Ирида и 3 Юнона будут ярче него на ночном небосводе. Для профессиональных наблюдений за планетой нужен телескоп с увеличительной способность от от 200× и более. Только с таким аппаратом можно рассмотреть голубоватый диск Нептуна, напоминающий Уран. В более простые приспособления, наприме, бинокль, Нептун будет визуализироваться, как неяркая звезда. 

 Ввиду значительного большого расстояния между Землей и Нептуном, его угловой диаметр изменялся лишь в пределе с 2,2 до 2,4 угл. сек. Данное значение является самым малым на фоне значений других планет Солнечной системы. Именно поэтому невооруженным глазом наблюдение за планетой невозможно. Ранее, когда ученые осуществляли исследования при помощи более примитивных приспособлений, точность большинства информации о Нептуне была низкой. Только с появлением космической машины «Хаббл» астрономы смогли получить достоверную информацию о восьмой планете Солнечной системы. 

Что касается наземных наблюдений, то каждый 367-й день Нептун вступает в ретроградное движение. В следствие этого начинают образовываться иллюзорные петли, которые особенно заметы на фоне звезд в период каждого противостояния. В 2010 и 2011 года по данными петлями планеты была приведена к тем координатам, на которых она находилась во время открытия - в 1846 году.

Исследование Нептуна, проведенное в диапазоне радиоволн показало, что он систематически излучает вспышки. Это в какой-то мере объясняет принцип вращения магнитного поля Нептуна. 

Исследования планеты Нептун

 «Вояджер-2» смог приблизиться на максимальное расстояние к Нептуну в 1989 году. В процессе данной миссии космический аппарат также смог подойти и к Тритону. При сближении сигналы, посылаемые аппаратом, доходили зо Земли за 246 минут. В связи с этим, почти вся миссия «Вояджера-2» осуществлялась посредством заранее загруженных программ, предназначенных для управления во время сближения с Нептуном и его крупным спутником. Сначала «Вояджеру-2» удалось приблизиться к Нереиде, и только потом подойти к атмосфере планеты. После этого машина пролетела рядом с Тритоном. 

 «Вояджер-2» сумел подтвердить догадки ученых о существовании магнитного поля. В ходе данной миссии также удалось выяснить вопросы о наклоне орбиты. Путешествие машины к Нептуну также помогло узнать о его активной погодной системе. «Вояджером-2» было открыто 6 спутников и колец Нептуна. В 2016 году НАСА планировала новую миссию, которая называлась «Нептун Орбитер». Но сегодня о ее осуществлении руководители космического агентства даже не упоминают.


   
Поиск
Rambler's Top100