НЕПТУН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, РУХ, БУДОВА - АРТЕ - 2025

Нептун - восьма планета Сонячної системи за орбітальною відстані, крижаний гігант і найвіддаленіший з усіх. Це так, оскільки Плутон перестав вважати планетою в 2006 році, перетворившись на карликову планету, що входить до поясу Койпера.

На нічному небі Нептун схожий на маленьку синювату крапку, про яку було відомо дуже мало, поки космічні місії наприкінці 1980-х років, такі як Voyager 2, не надали даних про планету та її супутники.

Малюнок 1. Нептун, сфотографований Voyager 2 у 1989 році, на зображенні показані темні плями через атмосферні бурі. (Джерело: NASA)

Зображення Voyager 2 вперше показали планету із синьо-зеленою поверхнею, з сильними бурями та швидкими течіями вітру, створюючи темні антициклонічні плями. Вони дуже схожі на Юпітера, хоча і не такі постійні в часі, як ці.

Атмосфера Нептуна багата метаном і має дуже слабку кільцеву систему. Планета має магнітосферу, саме тому, як вважається, має металеве ядро.

Наразі підраховано 15 супутників Нептуна, серед яких основні супутники - Тритон та Нереїда.

Відкриття та історія

Відкриття Нептуна стало результатом математичного передбачення, заснованого на спостереженнях порушень на орбітах планет Уран і Сатурн. Раніше в 1610 році Галілей уже бачив Нептун тим самим телескопом, який він використовував для виявлення супутників Юпітера, але він сприйняв це як зірку.

Набагато пізніше, у 1846 році, французький математик, що спеціалізувався на небесній механіці Урбайн Ле Вер'є, вивчав певні збурення на орбітах Сатурна та Урана. Найкращим поясненням було запропонувати існування нової планети, з якої він передбачив орбіту та положення на небі. Наступним кроком було знайти планету, тому Ле Вер'єр переконав німецького астронома Йоганна Готфріда Галле шукати її.

В ніч на 23 вересня 1846 р. Галле зі своєї обсерваторії в Берліні підтвердив існування нової планети, і протягом кількох днів з'явився найбільший супутник Тритона.

Майже одночасно в Кембриджі, Англія, молодий математик Джон Куш Адамс, який також певний час працював над проблемою, зробив подібні прогнози.

Нептун зобов’язаний своїм ім’ям бога моря в римській міфології (рівнозначно грецькому богу Посейдону), дотримуючись традиції називати планети за божествами римського пантеону.

Загальна характеристика

Діаметр Нептуна майже в 4 рази перевищує діаметр Землі, але приблизно на третину гігантського Юпітера.

Малюнок 2. Нептун порівняно із Землею. (Джерело: wikimedia commons)

Її маса в 17 разів більша від Землі, а об'єм у 57 разів більший. За масою вона займає третє місце серед планет Сонячної системи і четверте за розміром.

Підсумок основних фізичних характеристик Нептуна

-Маса: 1024 × 10 ²⁶ кг (17,147 разів більше, ніж у Землі)

-Средній радіус : 24 622 км, що еквівалентно 3,87 кратному радіусу Землі.

Форма: сплюснута на полюсах у коефіцієнт 0,983.

-Мій радіус орбіти: 4 498 х 10 ⁹ км, що еквівалентно 30,07 АС

- нахил осі обертання : 30º по відношенню до площини орбіти.

-Температура: -220ºC (хмари)

-Гравітація: 11,15 м / с ² (1,14 г)

-Власне магнітне поле: Так, 14 мікротесла на екваторі.

-Атмосфера: Водень 84%, Гелій 12%, Метан 2%, Аміак 0,01%.

-Щільність: 1640 кг / м ³

-Сателіти: 15 відомих на сьогоднішній день.

-Кільця: Так, вони тонкі і складаються з частинок льоду та силікатів.

Перекладацький рух

Нептун, восьма планета Сонячної системи - газовий гігант, орбіта навколо Сонця має середній радіус 30 АС. Астрономічна одиниця АС дорівнює 150 мільйонам кілометрів і є середньою відстані між Сонцем і Землею.

Малюнок 3. Анімація, що показує орбіту Нептуна червоним кольором, разом з Ураном, який є синьою точкою. Джерело: Wikimedia Commons.

Це означає, що радіус шляху Нептуна в 30 разів більший від Землі, тому для повного обертання навколо Сонця потрібно 165 років.

Веселі факти про Нептуна

-Це планета, віддалена від Сонця, оскільки Плутон, що знаходиться за орбітою Нептуна, зараз є карликовою планетою.

-Нептун - найменша з чотирьох планет-гігантів (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун).

-Гравітація Нептуна дуже схожа на земну.

-Це найхолодніша планета Сонячної системи, із середньою температурою -221,4ºC.

-У нього є система кілець, але на відміну від Сатурна, вони не є суцільними, а натомість утворюють дуги по його орбітальному шляху.

-Нептун - найгустіша з планет-гігантів.

-У ньому є урагани з найшвидшими вітрами Сонячної системи, які можуть досягти вражаючих 2100 км / год.

-Нептун має Велику Темну пляму, вир розміром з планету Земля. Це місце, сфотографоване в 1989 році, зникло в 1994 році, але породило нову Темну пляму.

-Трітон, найбільший супутник Нептуна, обертається в зворотному напрямку до інших його супутників, саме тому вважається, що він потрапив у пастку планети і не сформувався одночасно з нею.

-Трітон (найбільший супутник Нептуна) має вулкани та азотні гейзери, однак це одна з найхолодніших зірок у Сонячній системі (-235ºC).

-Місія Voyager 2 пройшла 3000 км від північного полюса планети Нептун у 1989 році.

-12 липня 2011 року Нептун завершив свою першу повну орбіту з моменту відкриття 23 вересня 1846 року.

Обертальний рух

Малюнок 4. Нептуну потрібно майже 16 годин, щоб зробити повний оберт навколо своєї осі. Джерело: NASA.

Обертання Нептуна - це 15 годин, 57 хвилин і 59 секунд, згідно з найточнішим вимірюванням на сьогоднішній день.

Непросте завдання визначити швидкість обертання планети, яка лише показує поверхню її атмосфери і яка також рухається. Набагато простіше визначити швидкість обертання скельних планет.

Коли Voyager 2 в 1989 році досяг Нептуна, було обчислено період обертання 16 годин 6,5 секунд. Сьогодні це вимірювання, як відомо, є неточним, завдяки кропітким вимірам планетарного вченого Еріха Каркошка з університету Арізони.

Швидкість обертання та магнітне поле

Швидкість обертання інших планет-гігантів вимірюється імпульсами, що випромінюються магнітним полем. Однак цей метод не застосовується до Нептуна, оскільки ні вісь, ні центр магнітного диполя не збігаються з віссю обертання планети, як ми бачимо на наступному порівняльному зображенні:

Малюнок 5. Магнітне поле планет-гігантів. Джерело: Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.

На зображенні показана модель магнітного поля, виробленого диполем (магнітом), розташованим більш-менш у центрі планети. Ця модель також підходить для магнітного поля Землі.

Але поле Нептуна є аномальним, в тому сенсі, що квадрупольний і вхід вищого порядку можуть бути більшими, ніж дипольне поле. І як ми бачимо на малюнку, диполь зміщений від центру.

Тож Каркошка придумав інший метод, використовуючи понад п'ятсот зображень з телескопа Хаббла. Він знайшов дві характерні риси планети, які він назвав: Південна полярна особливість та Південна Полярна хвиля.

Вони обертаються з однаковою швидкістю з 1990-х років, підтверджуючи, що це справжня швидкість планети.

Малюнок 6. На цьому зображенні Нептуна кольорові фільтри використовуються для виділення Темної плями 2 та Південної полярної особливості, яка, здається, прив’язана до планети. Джерело: Еріх Каркошка.

Зображення на малюнку 5 (вище) показує кольори та контрасти, модифіковані фільтрами, щоб підкреслити атмосферні характеристики планети.

Як ми вже говорили, вітри в атмосфері Нептуна часто перевищують швидкість звуку.

Таким чином, Велика темна пляма Нептуна змінюється відносною позицією у часі, тоді як Темна пляма 2 та Південна полярна особливість зберігають своє відносне положення. Це говорить про те, що вони прив’язані до обертання планети, що дозволило Каркошці точно визначити тривалість дня на Нептуні.

Склад

Такі елементи, як водень (84%), гелій (12%), метан (2%) та інші гази, такі як аміак, етан та ацетилен, знаходяться в атмосфері Нептуна. Під цією атмосферою знаходиться суміш води, рідкого аміаку, метану та розплавленої породи, що містить кремнезем, залізо та нікель.

Підвищення концентрації метану, аміаку та води виявляється в нижніх районах атмосфери. На відміну від Урана, планети-близнюка, склад Нептуна має більший об'єм океану.

Будова

Планета має скелясте ядро, оточене крижаною оболонкою, все в щільній та густій ​​атмосфері, що займає третину її радіусу. Він схожий на планету-побратим Уран.

На наступному малюнку детальніше представлена ​​структура Нептуна.

Рисунок 7. Внутрішня структура Нептуна. Джерело: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Нептун має структуру з добре диференційованими шарами:

- Верхній шар: його складають хмари, які переважно є воднем та гелієм, меншою мірою - метаном та іншими газами. Це відповідає приблизно 5-10% маси планети.

- Атмосфера : водень, гелій і метан.

- Мантія: під атмосферою знаходиться велика мантія планети, рідка область, температура якої може сягати від 1727 до 4 727 ° С. Вона складається з води, метану та аміаку в рідкому стані.

Мантія коливається від 10 до 15 сухопутних мас і багата водою, аміаком та метаном. Цю суміш називають «льодом», незважаючи на те, що вона є гарячою та густою рідиною, її ще називають океаном води та аміаку.

Сама мантія має дуже високі температури, від 1700 ° C до 4700 ° C, її електропровідність також висока.

- Сердечник: складається з кремнезему, заліза та нікелевих порід, схожий на Уран, інший гігант льоду та газу. Маса ядра в 1,2 рази більша від Землі. Тиск у центрі оцінюється в 700 ГПа, приблизно вдвічі більше, ніж у центрі Землі, при температурі до 5670 ºC.

Атмосфера

Атмосфера Нептуна дуже цікава і заслуговує на спеціальний розділ. Для початку - вкрай холодно, оскільки вона є найбільш віддаленою від Сонця планетою і отримує дуже мало сонячного випромінювання. Завдяки цьому температура у верхній частині атмосфери становить порядку -220 ºC.

Але Нептун має внутрішнє джерело тепла, ймовірно, через зіткнення електронів провідності в мантії рідини, а також тепла, що залишився під час його утворення.

Завдяки цьому величезному градієнту температури виникають величезні конвекційні струми, що робить кліматичну систему планети дуже екстремальною.

І так утворюються найбільші шторми та урагани Сонячної системи, про що свідчить утворення величезних плям антициклонічних течій, зумовлених протилежними вітрами на різних широтах.

Серед усіх антициклонічних систем Нептуна виділяється Велика темна пляма, вперше сфотографована зондом Voyager 2 у 1989 році, коли він пройшов 3000 кілометрів від планети.

Що стосується кольору, то Нептун навіть синіший, ніж Уран, саме через його більшу концентрацію метану, який поглинає червону довжину хвилі та відбиває синю довжину хвилі. Але є й інші молекули, які сприяють його забарвленню.

У нижній області атмосфери (тропосфері) температура знижується з висотою, але у верхній області (стратосфері) відбувається навпаки. Між цими шарами тиск становить 10 тис. Паскалів (Па).

Над стратосферою знаходиться термосфера, яка поступово трансформується в екзосферу, де тиск знижується від 10 Па до 1 Па.

Супутники Нептуна

На сьогодні підраховано 15 природних супутників планети. Найбільший з його супутників і перший, який було виявлено, у 1846 році, - Тритон. У 1949 р. Було відкрито другий супутник на ім’я Нереїда.

У 1989 році місія Voyager 2 виявила ще шість супутників: Наяд, Таласа, Деспіна, Галатея, Лариса та Протей.

Пізніше в 2003 році були виявлені Халімед, Сан, Лаомедія, Псамат і Несо. Невеликий супутник 14 був відкритий в 2013 році інститутом SETI, його орбітальний період становив 23 години.

Давайте подивимося детальніше про основні місяці Нептуна:

Тритон

Це найбільший із супутників Нептуна, діаметром 2700 км, приблизно в 18 разів менший від його планети-господаря і майже в 5 разів менший за Землю.

Його орбітальний період становить майже 6 днів, але цікаво, що він обертається у зворотному напрямку до обертання Нептуна та інших його супутників. Крім того, його орбіта нахилена на 30 градусів відносно орбітальної площини планети.

Це найхолодніший об’єкт Сонячної системи, із середньою температурою -235 ºC і складається з трьох четвертин гірських порід та чверті льоду. На його поверхні є гейзери з темними випромінюваннями до атмосфери, а на поверхні представлені рівнини та деякі вулкани з кратерами на 200 км.

Малюнок 8. Основні супутники Нептуна; Тритон, Протей, Нереїда та Лариса. Джерело: Wikimedia Commons.

Нереїд

Її виявив Джерард Куйпер у 1949 році, завдяки тому, що він відбиває 14% сонячного світла, який він отримує.

Її розмір становить одну восьму частину Тритона, і він має дуже ексцентричну орбіту, найближча найближча відстань до Нептуна - 1354000 км, а найдальша відстань - 9 624 000 км, що займає 360 днів.

Протей

Малюнок 9. Братство, Рівність, Свобода - це назва арки Адамсового кільця (найвіддаленішого). Внутрішнє кільце - це Вер'єр. (Джерело: wikimedia commons)

Нептун має п'ять тонких і слабких кілець, складених переважно з пилу та льодових частинок. Вважається, що його походження знаходиться у смітті, залишеному зіткненнями між метеорами та природними супутниками планети.

Кільця названі на прізвища вчених, які найбільше сприяли їх відкриттю та вивченню. Від найглибшого до зовнішнього - це Галле, Ле Вер'є, Лассел, Араго та Адамс.

Також є кільце, орбіта якого він ділиться із супутником Galatea, який ми можемо побачити на наступному зображенні:

Малюнок 10. Діаграма п'яти кілець Нептуна та їх імена. Показана також орбіта деяких супутників. (Джерело: NASA).

Коли і як спостерігати за Нептуном

Нептуна неможливо побачити неозброєним оком, навіть з аматорським телескопом він виглядає настільки малим, що його можна прийняти за зірку.

Для цього найкраще скористатися комп’ютерною програмою або додатком, який працює як планетарій. Для операційної системи Android виділяється додаток Sky Maps, що дозволяє швидко знаходити планети та інші небесні об’єкти зі значною точністю.

Найкращий час для спостереження - це коли планета знаходиться в опозиції, тобто Земля знаходиться між лінією, яка з'єднує Сонце з Нептуном.

Це явище відбувається кожні 368 днів, а до 2020 року воно відбудеться 11 вересня. Це, звичайно, не єдиний привід спостерігати за Нептуном, що також видно в інший час року.

За допомогою хорошого телескопа Нептуна можна відрізнити від фонових зірок, оскільки він виглядає як синьо-зелений диск.

Магнітосфера Нептуна

Раніше коментували особливості магнітного поля Нептуна. Магнітні полюси планети нахилені до 47º щодо осі обертання.

Магнітне поле породжується рухом струмопровідних рідин, які утворюють тонкий кулястий шар всередині планети. Але на Нептуні магнітні полюси зміщуються від центру приблизно на 0,5 радіуса від планети.

Інтенсивність поля на магнітному екваторі порядку 15 мікротес, що в 27 разів інтенсивніше, ніж у Землі.

Геометрія поля є складною, оскільки квадрупольні внески можуть перевищувати дипольний внесок, на відміну від Землі, в якій найбільш відповідний внесок - диполь.

Малюнок 11. Своєрідне магнітне поле Нептуна. (Джерело: emaze.com)

Магнітосфера Нептуна розширюється до 35 разів більше свого радіуса на ударному фронті і до 72 радіусів у хвості.

Магнітопауза, яка є місцем, де магнітний тиск дорівнює тиску заряджених частинок від Сонця, знаходиться від 23 до 27 радіусів від планети.

Місії до Нептуна

Вояджер 2

Єдиною космічною місією на орбіту планети Нептун був Voyager 2, який прибув на планету в 1982 році.

На цей час були відомі лише два супутники: Тритон та Нереїда. Але завдяки місії Voyager 2 було відкрито ще шість: Наяд, Таласа, Деспіна, Галатея, Лариса та Протей. Ці супутники досить менші за тритон, мають неправильну форму та менші радіусні орбіти.

Підозрюється, що ці шість супутників є залишками зіткнення із стародавнім супутником, який зіткнувся з Тритоном, коли останній був захоплений гравітаційним потягом Нептуна.

Voyager 2 також відкрив нові кільця на Нептуні. Незважаючи на те, що перше з кілець було виявлено у 1968 році, його існування та відкриття нових було неможливим до прибуття зазначеного зонда в 1989 році.

Найближчий наближення космічного корабля до планети стався 25 серпня 1989 р., Який відбувся на відстані 4800 км над північним полюсом Нептуна.

Оскільки це була остання велика планета, яку космічний корабель міг відвідати, було вирішено здійснити близький проліт Місяця Тритон, аналогічно тому, що було зроблено з Вояджером 1, який пролетів через Сатурн та його Місяць Титан.

25 серпня 1989 року космічний корабель здійснив близьку зустріч з Місяцем Нереїдом, перш ніж досягти 4400 км від атмосфери Нептуна і того ж дня пройшов біля Тритона, найбільшого місяця на планеті.

Космічний корабель перевірив існування магнітного поля, що оточує Нептун, і виявив, що поле зміщене від центру і нахилене, як і поле навколо Урана.

Список літератури

1. N + 1. 200-кілограмові алмази дощують на Уран і Нептун. Відновлено з: nmas1.org.
2. Пауелл, М. Планети оголеного ока на нічному небі (і як їх визначити). Відновлено: goleyeplanets.com.
3. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
4. Вікіпедія. Планетарне кільце. Відновлено з: es.wikipedia.org.
5. Вікіпедія. Anneaux d'Neptune Відновлено з: fr.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Дослідження Нептуна. Відновлено з: en.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Нептун (планета). Відновлено з: es.wikipedia.org.