НЕПТУН

Віка Воробйова

Нептун - восьма і остання "справжня" планета Сонячної системи. Він рухається навколо Сонця по майже круговій орбіті на відстані близько 30 а.о. і робить один оборот за 164,8 років. З такої відстані Сонце видається не диском, як з Землі, а яскравою зіркою. Освітленість, створювана цією зіркою на орбіті Нептуна, майже в 900 разів менше освітленості, створюваної Сонцем на Землі, але в 525 разів перевищує освітленість, створювану на Землі повною Місяцем. Нептун - планета, занурена в вічні сутінки.
Маса Нептуна складає 17,15 мас Землі, його діаметр майже в 4 рази перевищує діаметр нашої планети, а середня щільність (1,64 г / куб.см) всього в півтора рази більше щільності води. Нептун входить в групу планет-гігантів Сонячної системи, куди крім нього входять також Юпітер , Сатурн і уран . Однак, на відміну від Юпітера і Сатурна, складених в основному воднем і гелієм, маса водню і гелію в складі Урана і Нептуна складає не більше 15-20% від їх повної маси. Іноді ці дві планети називають малими, або крижаними, гігантами Сонячної системи.
Подібно іншим планетам-гігантам, Нептун швидко обертається. Він робить один оборот за 16,11 години. Цей період відповідає обертанню планети в цілому, в той час як екваторіальна зона обертається повільніше, а приполярні зони - швидше цього періоду. Швидкість вітрів на Нептуні досягає 300 м / сек. Ефективна температура планети становить всього 59К (-214С). Однак на такій відстані від Сонця ця температура повинна була бути ще нижче (близько 45К). Нептун, на відміну від Урана, має внутрішнє джерело тепла невідомої природи і випромінює в простір в 2,7 рази більше енергії, ніж отримує від Сонця.
Площина екватора Нептуна нахилена до площини його орбіти на 29,8 градусів (для Землі ця величина складає 23,45 градуса), так що на Нептуні теж відбувається зміна пір року. Однак кожен з сезонів триває більше 40 земних років. З часу свого відкриття в 1846 році Нептун ще не закінчив повний оборот навколо Сонця.

АТМОСФЕРА НЕПТУНА

Магнітне поле НЕПТУНА

Кільця НЕПТУНА

Супутники НЕПТУНА

Атмосфера Нептуна складається з водню (приблизно 67%), гелію (31%) і метану (2%). Крім цих основних компонентів, вона містить також малі домішки речовин, які є результатом фотолізу метану: ацетилен C 2H 2, диацетилу C 4H 2, етилен C 2H 4 і етан C 2H 6, а також чадний газ CO і молекулярний азот N 2. Молекули метану активно поглинають червоні промені, що надає диску Нептуна глибокий синій колір.
Основний шар хмар розташований на рівні тиску близько 3 атмосфер і складається із замерзлого сірководню H 2S, можливо, з невеликою домішкою аміаку NH 3. Температура в цій області становить близько 100К (-173С). Вище основного шару, в холодній прозорій атмосфері конденсуються рідкісні білі хмари із замерзлого метану CH 4. Ці білі хмари піднімаються на висоту 50-150 км і відкидають тіні на основний хмарний покрив, як це видно на знімках Вояджера-2.

Цей знімок Вояджера-2 був отриманий за 2 години до його максимального зближення з Нептуном. Високі хмарні стрічки із замерзлого метану простяглися вздовж 29 північної широти рядом зі східним термінатором. Сонце висвітлює планету знизу зліва, видно тіні метанових хмар, які падають на основний хмарний шар.
Дозвіл знімка 11 км на піксель.

кредит: http://photojournal.jpl.nasa.gov/

Нижче першого шару хмар, на рівні тиску близько 20 атмосфер і температури близько 200К (-70С), розташований другий хмарний шар з гидросульфида амонію NH 4SH. Ще глибше розташовані хмари з водяного льоду.
Температурний мінімум (тропопауза) в атмосфері Нептуна складає 50К (-223С) і досягається при тиску 0,1 атмосфери. При такій низькій температурі конденсуються пари продуктів фотолізу метану (ацетилен, диацетилу і ін.), Утворюючи тонку надхмарних серпанок. Вище тропопаузи лежить стратосфера - область атмосфери, де температура зростає з висотою. На рівні тиску 10 -8 - 10 -7 атмосфер при температурі 160К (-110С) розташована мезопауза - область постійної температури, вище якої простягається термосфера. Температура термосфери досягає 750К.

Температурні профілі атмосфери Нептуна.

На верхньому графіку відображений температурний профіль верхньої атмосфери Нептуна: стратосфера, область мезопаузи і термосфера. На рівні, відповідному тиску 1-10 миллибар, конденсуються продукти фотолізу метану, ацетилен і етан, утворюючи тонку надхмарних серпанок.

На нижньому графіку відображені глибші шари атмосфери Нептуна: тропосфера і стратосфера. Видно тропопауза на рівні 0,1 атмосфери і стійке зростання температури з глибиною. На рівні близько 1 атм. конденсуються хмари із замерзлого метану.

Ці дані були отримані шляхом радіопросвічування атмосфери Нептуна вояджером-2, коли космічний апарат з точки зору земного спостерігача проходив за планетою. Графік, позначений словом "вхід", відображає температурний профіль при заході Вояджера-2 за Нептун, графік, позначений словом "вихід", відображає дані при виході апарату через Нептуна.

Нептун - планета найшвидших вітрів в Сонячній системі. У високих широтах вітер дме в напрямку обертання планети, на 70-й південній широті була виміряна найвища швидкість вітру - 300 м / сек. У низьких широтах вітер дме паралельно екватору в зворотному напрямку, його швидкість складає близько 100 м / сек.
Найбільш помітна структура в південній півкулі, виявлена ​​"Вояджером- 2", була названа Великим темною плямою. Ця велика циклонічна система за розмірами в два рази менше, ніж Велика Червона Пляма Юпітера (тобто приблизно з Землю). Розташовуючись на 20 ° на південь від екватора, воно оберталося проти годинникової стрілки з періодом близько 16 днів.

До 1994 року воно зникло, але космічний телескоп ім. Хаббла виявив нову темну пляму в північній півкулі. Відповідно до сучасних уявлень, темні плями в атмосфері Нептуна - дірки в першому шарі хмар, що дозволяють побачити більш глибокі хмарні шари. Окремі білі перисті хмари в тропосфері Нептуна швидко змінюються, часто образуясь і зникаючи всього за кілька годин.

Магнітне поле Нептуна і Урану помітно відрізняється від магнітного поля Землі, Юпітера і Сатурна. Якщо магнітне поле Землі і найближчих планет-гігантів викликано конвекцією в рідкому ядрі планети і є дипольним за своєю структурою (має один північний і один південний полюс), то магнітне поле Нептуна викликано конвекцією в водно-аміміачной мантії планети. Якщо описувати реальне магнітне поле Нептуна як дипольне, то виявиться, що магнітна вісь диполя зміщена від центру планети на 0,55 радіуса і нахилена на 47 градусів до осі обертання. Так як вісь обертання планети сама нахилена майже на 30 градусів, магнітна вісь описує конус майже в 77 градусів протягом кожного обороту планети, і магнітосфера повертається до потокам сонячного вітру то "боком", то "верхівкою".
Ще краще магнітне поле Нептуна описується як квадрупольному (тобто має два південних і два північних полюса).
Напруженість магнітного поля на поверхні планети змінюється приблизно від 0,1 до 1 Гаусса.

Як і всі газові гіганти в Сонячній системі, Нептун має систему кілець. Наявність кілець у Нептуна було запідозрено в 1984 і 1985 роках при аналізі спостережень покриття Нептуном далеких зірок. Знімки "Вояджера-2" підтвердили їх наявність. Всього відомо 5 кілець: два яскравих і три слабших. Саме зовнішнє і яскраве називається кільцем Адамса, воно розташоване на відстані 63 тис.км від центру Нептуна, його ширина всього близько 50 км. Яскравість цього кільця нерівномірна: на тонкому "обідку" лежать три яскраві дуги довжиною від 1000 до 10000 км, звані "Свобода", "Рівність" і "Братство". На відстані 53 тис.км від центру Нептуна лежить кільце Леверье шириною близько 100 км, ще ближче (на відстані 42 тис. Км) - розмите кільце Галле. Ще одне слабке безіменне кільце шириною близько 500 км проходить по орбіті Галатеї і, можливо, складається з речовини, вибитого з її поверхні.
Альбедо всіх кілець дуже низька (менше 10%). Кільця не відображають радіохвилі і виглядають значно яскравіше в розсіяному, ніж у відбитому світлі, а значить, складаються переважно з дрібних частинок пилу.

Знімок кілець Нептуна, зроблений "Вояджером-2". На зовнішньому кільці Адамса видно дуги Свобода, Рівність і Братерство. Півмісяць в нижньому правому куті - освітлена частина диска Нептуна

Ще один знімок кілець Нептуна. Видно яскраві вузькі кільця Адамса і Левер'є і розмиті слабкі кільця

На даний момент у Нептуна відомо 13 супутників . Супутники Нептуна можна розділити на три явно виражених групи. Перша - це внутрішні супутники: Наяда, Таласса, Деспіна, Галатея, Ларісса, Протеус, друга - Тритон і Нереїда, і третя - 5 зовнішніх супутників S / 2002 N1, S / 2002 N2, S / 2002 N3, S / 2002 N4, S / 2003 N1.
Всі внутрішні супутники Нептуна - темні (альбедо менше 10%) брили неправильної форми розміром 100-200 км, що обертаються в прямому напрямку по кругових орбітах практично в площині екватора Нептуна. Галатея і Деспіна знаходяться в області кілець і, можливо, є джерелом матеріалу, що поповнює кільця. Кожен з внутрішніх супутників облітає планету всього за кілька годин, і тільки найбільший з внутрішніх супутників, Протеус, робить один оборот за 1,12 доби.
Тритон - найбільший супутник Нептуна і один з найбільших супутників в Сонячній системі. Його діаметр становить 2707 км, за розмірами він більше Плутона. Він обертається навколо Нептуна у зворотному напрямку по круговій орбіті, нахиленою до екватора планети на 23 градуси, і робить один оборот приблизно за 6 днів. Цілком очевидно, що Тритон не міг утворитися разом з Нептуном з протопланетної хмари і, найімовірніше, є тілом, захопленим з пояса Койпера. Під дією приливних сил він повільно наближається до планети і, врешті-решт, впаде на Нептун або буде розірваний приливними силами в розкішне яскраве кільце. Поверхня Тритона дуже холодна (температура поверхні 37К), яскрава (альбедо 76%) і в геологічному сенсі молода (тобто майже позбавлена ​​ударних кратерів). Тритон покритий азотним інеєм і має розріджену атмосферу з азоту.
Нереїда - ще один релікт давнього катастрофічного події в системі Нептуна, коли був захоплений Тритон і втрачені супутники, що обертаються на відстані декількох сотень тисяч кілометрів від планети. Ексцентриситет її орбіти перевищує 0,75, це найвищий ексцентриситет у планет і супутників в Сонячній системі. Вона облітає Нептун за 360 діб - всього на 5 днів менше земного року! Її альбедо вище, ніж альбедо внутрішніх супутників, але значно менше альбедо Тритона.
П'ять ще безіменних супутників обертаються на самому краю системи Нептуна на відстані в десятки мільйонів кілометрів від планети. Судячи з ексцентричним орбітах, сильному нахилу до площини екватора і (у найдальших супутників) зворотного руху ці невеликі темні брили є захопленими об'єктами пояса Койпера аналогічно зовнішнім супутників Юпітера. Найвіддаленіший з них робить один оборот навколо Нептуна за 25 років!

джерела:

1. The atmospheres of Uranus and Neptune

2. Pressure-Temperature Profiles

3. Uranus and Neptune share magnetic secrets

4. Інформаційний довідник по планетам Сонячної системи, куратор В.С.Уральская

5. М.Я. Маров, "Планети Сонячної системи", Москва, 1986.