Таинственный и незнакомый Нептун, восьмая планета Солнечной системы

На самой окраине Солнечной системы расположилась планета синего цвета – Нептун. До недавнего времени эта планета имела восьмой порядковый номер в планетарном ряду, замыкая группу планет газовых гигантов. Сегодня, когда Плутон был переведен в разряд карликовых планет, Нептун оказался последней из известных планет Солнечной системы. Что представляет собой этот далекий мир? Какова из себя последняя планета системы нашей звезды?

Солнце, находясь на расстоянии 4,5 млрд км от планеты, выглядит яркой крупной звездой

История открытия восьмой планеты

В 1846 году в истории астрономии произошло знаменательное событие. Впервые крупный небесный объект был открыт не в результате визуального наблюдения за небесной сферой. Планету удалось обнаружить путем математических расчетов, которые позволили вычислить месторасположение объекта. На подобные действия ученых толкнуло необычное поведение Урана, седьмой планеты Солнечной системы. Еще в 1781 году астрономы, наблюдая за третьим газовым гигантом, обнаружили периодические колебания орбитального пути Урана, которые свидетельствовали о том, что на планету оказывают воздействие сторонние гравитационные силы. Этот факт давал повод предполагать, что за орбитой Урана существует какое-то крупное небесное тело.

Ввиду близкого соседства Урана и Нептуна(расстояние между объектами составляет 10, 876 а.е.) планеты тесно взаимодействуют друг с другом, оказывая влияние на орбитальные параметры друг друга

Однако первые предположения долгое время оставались лишь гипотезами, пока в 1845-46 годах английский астроном и математик Джон Коуч Адамс не сел за математические расчеты. Несмотря на то, что его научный труд, доказывавший существование еще одной планеты, не вызвал ажиотаж в научном сообществе, усилия Адамса не пропали даром. Буквально через год, француз Лаверье в аналогичной работе подтвердил правильность вычислений Адамса, добавив доказательств в пользу существования новой планеты. Только после того, как были получены два независимых друг от друга расчета, научное сообщество принялось лихорадочно искать в ночном небе таинственный объект на определенном расчетами участке Солнечной системы. Поставить точку в этом вопросе удалось немцу Иоганну Галле, который уже 23 сентября 1846 года действительно обнаружил на окраинах Солнечной системы новую планету.

С названием особых сложностей не возникало. Планетарный диск при наблюдении в телескоп имел отчетливый синий оттенок. Это и дало повод присвоить новой планете название в честь Нептуна, древнеримского бога морей. Таким образом, вслед за Юпитером, Сатурном и Ураном небесный свод пополнился еще одним богом. Заслуга в этом принадлежит директору Пулковской обсерватории Василию Струве, первым предложившему такое название.

Схема расстояний: Нептун – Земля и Нептун – Солнце. Для обозначения столь огромных расстояний в астрофизике принято оперировать астрономическими единицами – А.Е.

Обнаруженное небесное тело оказалось довольно крупных размеров, которое действительно могло оказывать влияние на положение Урана на орбите. Вновь открытая планета расположилась на задворках Солнечной системы, на расстоянии в 4,5 млрд. километров от Солнца. Нашу Землю от восьмой планеты отделяет ничуть не меньшее расстояние – 4,3 млрд. километров.

Астрофизические параметры восьмой планеты

Находясь на таком огромном расстоянии, Нептун едва заметен в оптические приборы. Это объясняется тем, что планета еле ползет по небесному своду и ее легко спутать с тускло мерцающей звездочкой. Орбитальный путь морского бога занимает 60 тыс. лет. Другими словами, когда Нептун снова вернется в то место, где был обнаружен в 1846 году, на Земле пройдет 60 тыс. лет.

Расположение планет Солнечной системы по порядку. За четырьмя планетами земной группы следует четыре планеты-газовых гиганта, ряд которых замыкает Нептун.

Астрофизические параметры орбиты восьмой планеты были вычислены еще на раннем этапе. Было установлено, что Нептун имеет следующие орбитальные характеристики:

• в перигелии планета находится от Солнца на расстоянии 4 452 940 833 км;
• в афелии Нептун приближается к главному светилу на расстояние 4 553 946 490 км;
• эксцентриситет орбиты составляет всего 0,011214269;
• Нептун движется по орбите со скоростью 5,43 км/с;
• нептуновские сутки длятся 15 часов и 8 минут;
• осевой наклон Нептуна составляет 28,32°.

Из приведенных данных видно, что планета довольно вальяжно ведет себя в космосе, если не считать высокую скорость, с которой Нептун вращается вокруг собственной оси. Угол наклона объекта по отношению к плоскости эклиптики позволяет Солнцу равномерно освещать поверхность этого далекого и холодного мира. Такое положение объекта обеспечивает смену сезонов, длительность которых составляет около 40 лет.

Что касается физических параметров, то точные данные были получены только в конце XX века. Нептун оказался четвертой по размеру планетой Солнечной системы, уступая своим старшим братьям Юпитеру, Сатурну и Урану. Диаметр этого далекого объекта составляет 49244 км. Характерно, что расхождения между полярным и экваториальным сжатием у Нептуна незначительны. Планета представляет собой практически идеальный шар, который почти в 4 раз больше по размерам нашей планеты. Масса Нептуна составляет 1,0243·10²⁶ кг. Это меньше чем у Юпитера и Сатурна, зато в 17 раз больше массы Земли.

Сравнение размеров планеты Нептун с другими планетами Солнечной системы. Уран и Нептун явно выделяются по отношению к размерам газовых гигантов Юпитера и Сатурна.

Вычисления, полученные уже в позднее время с борта космического зонда «Вояджер-2» позволили получить представления о плотности восьмой планеты, которая составляет 1,638 г/см³. Это в три раза меньше аналогичного параметра у Земли. Ввиду этого планета была причислена к категории планет-газовых гигантов. Несмотря на это, ученые считают Нептун планетой переходного типа от планет земной группы к планетарным объектам газообразной и ледяной структуры. Превосходя Землю по массе в 17 раз, Нептун значительно уступает в массе Юпитеру – всего 1/19 от массы самой крупной планеты. Сила тяжести у синей планеты уступает только параметрам Юпитера.

Основные характеристики Нептуна

После длительных наблюдений выявилось, что Нептун не имеет твердой поверхности. Как и у других планет-гигантов, для восьмой планеты характерно отсутствие четкой границы между атмосферой и мнимой поверхностью. Атмосфера Нептуна пребывает в постоянном движении, совершая дифференциальное вращение. В экваториальной зоне период вращения планеты на 5 часов дольше, чем на полюсах. Из-за такой разницы в атмосфере синего гиганта возникает колоссальный воздушный сдвиг, способствующий возникновению сильнейших ветров. На восьмой планете постоянно дуют ветра, скорость которых составляет космических скоростей – 600 с. Резкая смена направлений воздушных потоков является причиной возникновения бурь, большая часть которых по своим масштабам сравнима с размерами Красного пятна Юпитера.

Темное пятно в атмосфере Нептуна. Объект, очень сильно напоминающий по структуре и динамике Красное пятно – район колоссальной бури на Юпитере.

Химический состав атмосферы далекой планеты напоминает по составу структуру звездного вещества. В воздушной оболочке Нептуна преобладает водород, количество которого в зависимости от высоты слоев варьируется в пределах 50-80%. Остальная часть воздушного поверхностного слоя – гелий 19%, чуть менее 1,5% приходится на метан. Синяя расцветка космического бога объясняется присутствием в атмосфере метана, который в спектральном диапазоне полностью поглощает волны красного цвета. В отличие от Урана, который выглядит бледным пятном в объективе телескопа, Нептун имеет насыщенный синий цвет. Это наводит ученых на мысль о присутствии в атмосфере планеты помимо метана и других компонентов, влияющих на спектр цветового диапазона. Это могут быть аэрозоли, представленные в виде кристалликов аммиака и водяного льда.

Точная глубина атмосферного слоя пока неизвестна. Имеется информация о наличии двух слоев – тропосферы и стратосферы. Благодаря данным, полученным с борта «Вояджера-2», удалось вычислить атмосферное давление в тропопаузе, которое составляет всего 0,1 бар. Что касается температурного баланса, то ввиду огромной удаленности от Солнца, на Нептуне царит царство холода. Температуры достигают отметки 200 °С со знаком минус. Загадкой для ученых является высокая температура, отмеченная в термосфере. В этой области отмечен значительный скачок температуры, которая достигает значений в 476 градусов Цельсия со знаком плюс.

Атмосфера Нептуна на 80% состоит из водорода (H₂). Гелия в воздушной оболочке планеты 15%. По своему химическому составу газовый гигант напоминает звезду в начальной стадии формирования.

Наличие высокой температуры в термосфере планеты свидетельствует о присутствии в атмосфере Нептуна процессов ионизации. По другой версии гравитационные силы самой планеты взаимодействуют с атмосферой, порождая в процессе трения кинетическую энергию.

Что касается непосредственно самой планеты, то возможно у Нептуна имеется твердое ядро. Об этом свидетельствует сильное магнитное поле планеты. Вокруг ядра располагается толстый слой мантии, представляющей собой горячую и раскаленную жидкую субстанцию. Предположительно нептуновская мантия состоит из аммиака, метана и воды. Мнимая поверхность планеты – горячий лед. Ввиду последнего фактора планета считается ледяным гигантом, где большая часть газов представлена в замороженном виде.

По своему строению Нептун очень схож на строение других планет газовых гигантов, однако в отличие от Юпитера и Урана, газообразные компоненты представлены замороженным льдом

Последние исследования Нептуна и известные открытия

Огромное расстояние, которое разделяет наши миры, не позволяют проводить интенсивные и детальные исследования Нептуна. Солнечному свету требуется четыре часа, чтобы коснуться поверхности атмосферы восьмой планеты. На данный момент только один космический аппарат, запущенный с Земли, сумел достичь окрестностей Нептуна. Это произошло в 1989 году, спустя 12 лет после космического старта «Вояджера-2». С открытием Нептуна размеры Солнечной системы увеличились почти в два раза. Еще в момент открытия планеты удалось обнаружить ее крупнейший спутник, получивший мрачное название Тритон. Этот спутник имеет сферическую планетарную форму. Впоследствии удалось выявить еще 12 лун, которые имеют неправильную форму.

У Нептуна имеется 13 естественных спутников. Самые крупные из них – Тритон, Нереида, Протей и Таласса.

После полета «Вояджера» стало ясно, что Тритон является самым холодным местом в Солнечной системе. На поверхности спутника была зафиксирована температура -235⁰ С.

Ученые допускают, что эти объекты были захвачены планетой-гигантом из пояса Койпера. Аналогична и природа колец Нептуна. На сегодняшний день удалось обнаружить три главных кольца планеты: кольца Адамса, Лаверье и Галле.

Последующие изучения самой далекой планеты Солнечной системы были связаны с полетом АМС «Нептун Орбитер». Запуск планировалось осуществить в 2016 году, однако старт зонда пришлось отложить. Предположительно сейчас ведутся работы для расширения задач для будущих исследований, которые будут включать в себя работу зонда в окраинных областях Солнечной системы.