Спутники планеты Нептун
Лунная семья Нептуна представлена 14-ю спутниками, где все кроме одного обладают именами в честь греческой и римской мифологии. Они разделены на 2 класса: регулярные и нерегулярные. Первые – Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, S/2004 N 1 и Протей. Расположены ближе всего к планете и маршируют по круговым орбитам.
Спутники отдалены от планеты на расстояние 48227 км до 117 646 км, и все, кроме S/2004 N 1 и Протея, обходят планету меньше, чем ее орбитальный период (0.6713 дня). По параметрам: 96 x 60 x 52 км и 1.9 × 10 17 кг (Наяда) до 436 x 416 x 402 км и 5.035 × 10 17 кг (Протей).
Все спутники, кроме Протея и Лариссы, вытягиваются по своей форме. Спектральный анализ показывает, что они сформировались из водяного льда с примесью темного материала.
Неправильные следуют по наклонным эксцентричным или ретроградным орбитам и проживают на большой отдаленности. Исключение – Тритон, вращающийся вокруг Нептуна по круговому орбитальному пути.
В списке нерегулярных можно найти Тритон, Нереид, Галимеда, Сао, Лаомедеа, Несо и Псамафа. По размеру и массе они практически устойчивые: от 40 км в диаметре и 1.5 × 10 16 кг в массе (Псамафа) до 62 км и 9 х 10 16 кг (Галимеда).
Отдельно рассматриваются Тритон и Нереид, потому что это крупнейшие нерегулярные луны в системе. Тритон вмещает 99.5% орбитальной массы Нептуна.
Они близко вращаются к планете и обладают необычными эксцентриситетами: у Тритона – практически идеальный круг, а у Нереиды – наиболее эксцентричная.
Самый большой спутник Нептуна – Тритон. Его диаметр охватывает 2700 км, а масса – 2.1 х 10 22 кг. Его размера хватает, чтобы добиться гидростатического баланса. Тритон движется по ретроградному и квазикруговому пути. Его наполняет азот, двуокись углерода, метан и водяные льды. Альбедо – больше 70%, поэтому считается одним из наиболее ярких объектов. Поверхность выглядит красноватой. Удивляет и тем, что обладает своим атмосферным слоем.
Плотность спутника – 2 г/см 3 , а значит 2/3 массы отдано на скальные породы. Также может присутствовать вода в жидком состоянии и подземный океан. На юге расположена крупная полярная шапка, древние кратерные шрамы, каньоны и уступы.
Есть мнение, что Тритон был притянут гравитацией и ранее считался частью пояса Койпера. Приливное притяжение приводит к сближению. Между планетой и спутником может произойти столкновение через 3.6 млрд. лет.
Нереида стоит на третьем месте по величине в лунной семье. Вращается по проградной, но крайне эксцентрической орбите. Спектроскоп нашел льды на поверхности. Возможно, именно хаотическое вращение и вытянутая форма приводят к нерегулярным изменениям видимой величины.
Атмосфера и температура планеты Нептун
На возвышении атмосфера Нептуна состоит из водорода (80%) и гелия (19%) с небольшими метановыми примесями. Синий оттенок появляется из-за того, что метан впитывает красный свет. Атмосфера делится на два главных шара: тропосфера и стратосфера. Между ними есть тропопауза с давлением в 0.1 бар.
Спектральный анализ показывает, что стратосфера туманная из-за скопления смесей, созданных контактом УФ-лучей и метана. В ней заметны монооксид углерода и цианистый водород.
Пока никто не может объяснить, почему термосфера раскалена до 476.85°C. Нептун крайне далеко расположен от звезды, поэтому нужен другой механизм нагрева. Это может быть контакт атмосферы с ионами в магнитном поле или же гравитационные волны самой планеты.
Нептун лишен твердой поверхности, поэтому атмосфера вращается дифференциально. Экваториальная часть совершает обороты с периодом в 18 часов, магнитное поле – 16.1 часов, а полярная зона – 12 часов. Именно поэтому возникают сильные ветры. Три масштабных зафиксировал Вояджер-2 в 1989 году.
Первый шторм простирался на 13000 х 6600 км и смахивал на Большое Красное Пятно Юпитера. В 1994 году телескоп Хаббл попытался отыскать Большое Темное Пятно, но его не было. Зато на территории северного полушария образовалось новое.
Скутер – еще один шторм, представленный светлым облачным покровом. Они находятся южнее Большого Темного Пятна. В 1989 году также заметили и Маленькое Темное Пятно. Сначала оно казалось полностью темным, но когда аппарат приблизился, то удалось зафиксировать яркое ядро.
История открытия планеты Нептун
История открытия Нептуна уникальна в своем роде, так как это первая планета в нашей солнечной системе, которая была открыта чисто теоретически, благодаря математическим расчетам и только потом она была замечена в телескоп. Дело было так: в далеком 1846 году французский астроном Алексис Бувар наблюдал в телескоп за движением планеты Уран и заметил странные отклонения в его орбите. Аномалия при движении планеты, по его мнению, могла быть вызвана сильным гравитационным влиянием какого-то другого большого небесного тела. Немецкий коллега Алексиса, астроном Иоганн Галле сделал необходимые математические вычисления по определению места нахождения этой до того неизвестной планеты, и они оказались правильными — вскоре на месте предполагаемого нахождения неизвестной «планеты Х» был обнаружен наш Нептун.
Хотя еще задолго до этого планету Нептун наблюдал в телескопе великий . Правда, он в своих астрономических записях отметил ее как звезду, а не планету, поэтому открытие ему не засчитали.
Гость с Земли
Нептун находится чрезвычайно далеко в 4,5 млрд. км от Солнца, что в 30 раз дальше, чем Земля. Поэтому мы знаем о его строении крайне мало, и пока до него добрался только один посланец с нашей планеты. В августе 1989 года рядом с Нептуном пролетела автоматическая станция «Вояджер-2». Она покинула Землю 20 августа 1977 года, стартовав с космодрома на мысе Канаверал, и провела в пути к Нептуну ровно 12 лет, пролетев мимо остальных трех планет-гигантов Юпитера, Сатурна и Урана в 1979, 1981 и 1986 годах. Каждая из этих планет гравитационным воздействием изменяла курс станции и придавала ей дополнительную скорость. За время, когда станция находилась в окрестностях Нептуна, было получено огромное количество абсолютно новых сведений об этой планете. Были впервые обнаружены магнитное поле и система колец Нептуна, шесть его небольших спутников, достоверно установлено, что один оборот вокруг оси планета делает за 16 часов. На снимках крупнейшего спутника Тритона выявлена совершенно необычная поверхность с участками азотного льда и полярной шапкой из азотного инея. Но самым неожиданным было открытие на Тритоне азотных гейзеров газовых фонтанов, бьющих из недр спутника на 8 км вверх. Все измерения в окрестностях Нептуна, включая телевизионную съемку и самой планеты, и спутников, были выполнены автоматически, по заранее заложенной программе. Вмешательства человека на этом участке полета не предполагалось ведь радиосигнал от Земли достигнет Нептуна лишь через 4 часа 10 минут! За это время станция пролетит почти 200 000 км и полученная команда окажется уже бесполезной. Все снимки и результаты измерений научных приборов были записаны на цифровой магнитофон и переданы по радио на Землю постепенно, когда «Вояджер» уже значительно удалился от Нептуна. Поступавший со станции сигнал из-за далекого расстояния и небольшой мощности передатчика был очень слабым, поэтому данные передавались медленно, чтобы их было легче выделить из «радиошумов».
Поверхность Нептуна
Поверхность Нептуна состоит из аммиачного и метанового льда, а вот ядро планеты вполне может оказаться каменным, но это пока всего лишь гипотеза. Любопытно, что сила гравитации на Нептуне весьма схожа с земной, она всего лишь на 17% больше, чем у нас, и это притом, что Нептун в 17 раз больше Земли. Несмотря на это погулять по Нептуну мы вряд ли сможет в ближайшее время, смотрите предыдущий абзац про ледышку. И к тому же на поверхности Нептуна дуют сильнейшие ветры, скорость которых может достигать до 2400 километров в час (!), пожалуй, ни на одной другой планете нашей солнечной системе нет настолько сильных ветров, как здесь.
Нептун – самая далекая планета солнечной системы
«А как же ?», — вероятно, спросите вы. На самом деле тут все не так просто как кажется на первый взгляд. C момента своего открытия, в 1846 году, Нептун с полным правом считался самой далекой планетой от Солнца. Но вот в 1930 году был обнаружен маленький Плутон, который находится еще дальше. Вот только тут есть один нюанс, орбита Плутона сильно вытянута по эллипсу таким образом, что в определенные моменты своего движения Плутон оказывается ближе к Солнцу, нежели Нептун. Последний раз подобное астрономическое явления происходило с 1978 по 1999 год – в течение 20 лет Нептун опять имел звание полноправной «самой далекой планеты от Солнца».
Некоторые астрономы, чтобы избавиться от этих путанностей, даже предлагали «разжаловать» Плутон от звания планеты, дескать, это просто маленькое небесное тело, летающее по орбите, или присвоить статус «карликовой планеты», впрочем, споры на этот счет ведутся до сих пор.
История изучения планеты Нептун
Нептун не фиксировали до 19-го века. Хотя, если внимательно рассмотреть зарисовки Галилея с 1612 года, то можно заметить, что точки наводят на расположение ледяного гиганта. Так что раньше планету просто принимали за звезду.
В 1821 году Алексис Бувар выпустил схемы, отображающие орбитальный путь Урана. Но дальнейший обзор показал отклонения от чертежа, поэтому ученый подумал, что рядом есть крупное тело, влияющее на путь.
За детальное изучение орбитального прохода Урана принялся Джон Адамс в 1843 году. Независимо от него в 1845-1846-х гг. трудился Урбе Леверье. Своими знаниями он поделился с Иоганном Галле в Берлинской обсерватории. Последний подтвердил, что рядом есть что-то большое.
Открытие планеты Нептун вызывало много споров относительно первооткрывателя. Но научный мир признал заслуги Леверье и Адамса. Но в 1998 году посчитали, что все же первый сделал больше.
Сначала Леверье предложил наименовать объект в свою честь, что вызвало массу возмущения. Зато второе его предложение (Нептун) стало современным названием. Дело в том, что оно вписывалось в традиции наименования. Ниже представлена карта Нептуна.
Состав и поверхность планеты Нептун
Эту разновидность объектов именуют ледяными гигантами. Присутствует скалистое ядро (металлы и силикаты), мантия, созданная из воды, метанового льда, аммиаков и водородной, гелиевой и метановой атмосферы. Детальное строение Нептуна просматривается на рисунке.
В ядре присутствует никель, железо и силикаты, а по массе в 1.2 раз обходит нашу. Центральное давление возрастает до 7Мбар, что вдвое выше нашего. Обстановка накаляется до 5400 К. На глубине в 7000 км метан трансформируется в алмазные кристаллы, которые опускаются вниз в виде града.
Мантия достигает в 10-15 раз превосходит земную массу и наполнена аммиачной, метановой и водной смесью. Вещество называют ледяным, хотя в реальности это плотная раскаленная жидкость. Атмосферный слой простирается на 10-20% от центра.
В нижних атмосферных слоях можно заметить, как возрастают метановые, водные и аммиачные концентрации.
Ураганы в царстве холода
Толщина газовой оболочки вокруг Нептуна достигает нескольких тысяч километров от пяти до восьми, по разным расчетам. В ее составе 80% водорода, 19% гелия и 1% метана. Метан хорошо рассеивает синие лучи, что придает Нептуну цвет, вполне соответствующий его «морскому» названию синий со слабым зеленоватым оттенком. Динамика атмосферы Нептуна весьма активная, несмотря на то что планета расположена очень далеко от Солнца и получает от светила в 900 раз меньше энергии на единицу площади, чем Земля. Температура на внешней поверхности облаков чрезвычайно низкая всего лишь 214°С. Однако Нептун излучает в пространство энергии в 2,5 раза больше, чем ему достается от Солнца. Это свидетельствует о том, что внутри планеты происходит выделение энергии. О причине такого процесса четкого суждения нет это может быть либо естественный радиоактивный распад в породах каменного ядра Нептуна, либо высвобождение гравитационной энергии, если его недра все еще сжимаются в продолжающемся процессе формирования планеты. В любом случае атмосфера нагревается изнутри и находится в постоянном движении. Ветры дуют с запада на восток, перенося воздух в направлении, параллельном экватору. Вблизи полюсов их скорость намного больше, чем около экватора. Удивительно, что у планеты, атмосфера которой с наружной стороны самая холодная в Солнечной системе, скорости ветров самые большие. Не последнюю роль в этом играют и низкие температуры, уменьшающие вязкость газов, образующих атмосферу, а также быстрое вращение самой планеты. На Нептуне ветры достигают ураганной силы, перемещаясь со скоростью до 2 000 км/ч (560 м/с). На Земле ураганом считается ветер, скорость которого превышает 30 м/с. Такие ветры оказались большим сюрпризом для ученых, предполагавших до полета «Вояджера», что холодная атмосфера Нептуна представляет собой малоподвижное «сонное царство», а вместо этого обнаружился бушующий мир ураганов. Наиболее крупные атмосферные вихри на Нептуне достигают нескольких тысяч километров в поперечнике. На общем светло-синем фоне планеты эти образования имеют вид овалов очень темного, густо-синего цвета, за что получили название «темных пятен». Они возникают в атмосфере на определенное время, иногда достаточно длительное несколько месяцев или даже лет, а затем постепенно рассасываются и исчезают. Самый крупный из наблюдавшихся до сих пор ураганов, названный Большим Темным пятном, располагался в южном полушарии Нептуна в 1989 году, когда около планеты пролетала станция «Вояджер-2». Диаметр этого вихря превышал диаметр нашей Земли. На снимках хорошо видны детали строения громадного урагана темная центральная часть и окаймляющее ее светлое кольцо облаков, постоянно движущихся по кругу с гигантской скоростью. Это был огромный вихрь, в центре которого виднелись глубинные, более темные слои атмосферы Нептуна. Пять лет спустя на снимках, сделанных с околоземной орбиты космическим телескопом «Хаббл», Большого Темного пятна обнаружено не было: этот ураган либо затих, либо оказался закрыт сверху сплошной облачной пеленой. Для всех темных пятен в атмосфере Нептуна характерна яркая белая кайма с приполярной стороны. Это, скорее всего, метановый иней на наиболее холодных участках облаков.
Размер, масса и орбита планеты Нептун
При радиусе в 24622 км это четвертая по крупности планета, которая вчетверо крупнее нашей. С массой 1.0243 х 10 26 кг обходит нас в 17 раз. Эксцентриситет составляет всего 0.0086, а расстояние от Солнца до Нептуна – 29.81 а.е. в приближенном состоянии и 30.33. а.е. на максимальном.
| Полярное сжатие | 0,0171 |
|---|---|
| Экваториальный | 24 764 |
| Полярный радиус | 24 341 ± 30 км |
| Площадь поверхности | 7,6408·10 9 км² |
| Объём | 6,254·10 13 км³ |
| Масса | 1,0243·10 26 кг |
| Средняя плотность | 1,638 г/см³ |
| Ускорение свободного
падения на экваторе |
11,15 м/с² |
| Вторая космическая
скорость |
23,5 км/c |
| Экваториальная скорость
вращения |
2,68 км/с 9648 км/ч |
| Период вращения | 0,6653 дня 15 ч 57 мин 59 с |
| Наклон оси | 28,32° |
| Прямое восхождение
северного полюса |
19 ч 57 м 20 с |
| Склонение северного полюса | 42,950° |
| Альбедо | 0,29 (Бонд) 0,41 (геом.) |
| Видимая звёздная величина | 8,0-7,78 m |
| Угловой диаметр | 2,2″-2,4″ |
На сидерический оборот уходит 16 часов, 6 минут и 36 секунд, а на орбитальный проход – 164.8 лет. Наклон оси Нептуна – 28.32° и напоминает земной, поэтому планета проходит сквозь похожие сезонные перемены. Но стоит прибавить фактор длительной орбиты, и получим сезон с продолжительностью в 40 лет.
Планетарная орбита Нептуна влияет на пояс Койпера. Из-за гравитации планеты некоторые объекты лишаются стабильности и создают разрывы в поясе. В некоторых пустых участках проходит орбитальный путь. Резонанс с телами – 2:3. То есть, тела завершают 2 орбитальных прохода на каждые 3 у Нептуна.
Ледяной гигант располагает троянскими телами, устроившимися на точках Лагранжа L4 и L5. Некоторые даже поражают своей стабильностью. Скорее всего, они просто создались рядом, а не притянулись гравитационно позже.
Интересные факты о планете Нептун
О нем не знали древние
Нептун нельзя отыскать без использования инструментов. Впервые его заметили лишь в 1846 году. Позицию вычислили математически. Имя дано в честь морского божества у римлян.
Стремительно вращается на оси
Экваториальные облака выполняют оборот за 18 часов.
Наименьший среди ледяных гигантов
Он меньше Урана, но превосходит по массе. Под тяжелой атмосферой скрываются слои водорода, гелия и метановых газов. Есть вода, аммиак и метановый лед. Внутреннее ядро представлено скалой.
Атмосфера наполнена водородом, гелием и метаном
Метан Нептуна впитывает красный цвет, поэтому планета выглядит синей. Высокие облака постоянно дрейфуют.
Активный климат
Стоит отметить крупные штормы и мощные ветры. Одна из масштабных бурь зафиксирована в 1989 году – Большое темное пятно, длившееся 5 лет.
Есть тонкие кольца
Представлены ледяными частичками, смешанными с пылевыми зернами и углеродосодержащим веществом.
Есть 14 спутников
Самым интересным спутником Нептуна выступает Тритон – морозный мир, выпускающий частички азота и пыли из-под поверхности. Может быть притянутым планетарной гравитацией.
Отправили одну миссию
В 1989 году мимо Нептуна пролетел Вояджер-2, приславший первые крупномасштабные снимки системы. Также за планетой наблюдал телескоп Хаббл.
Азотный мир Тритона
Одно из самых холодных тел в Солнечной системе это Тритон, наибольший из спутников Нептуна. Достоверные сведения о нем появились лишь в 1989 году после исследований со станции «Вояджер-2». Даже диаметр этого спутника, определенный наблюдениями в телескоп, был сильно преувеличен вместо 4 000 км он оказался равным 2 700 (это 3/4 диаметра нашей Луны). Вокруг спутника имеется сильно разреженная атмосфера толщиной около 10 км, которая состоит из азота с небольшой примесью метана. Давление этой атмосферы в 70 тысяч раз ниже, чем на Земле. Вместо ожидавшихся морей и озер жидкого азота на Тритоне обнаружилось царство льдов. Значительная территория вокруг его южного полюса покрыта льдом и инеем, поэтому отражает от 70 до 95% падающего на ее поверхность света. Причем льды и иней весьма экзотические азотные, поскольку температура на этом спутнике чрезвычайно низкая, около 240°С (а азот замерзает при 210°С). Однако Тритон не просто глыба льда. Средняя плотность этого спутника 2 г/см3. Поэтому считается, что он состоит из каменного ядра диаметром 2 000 км, окруженного слоем водного льда толщиной 350 км. На Тритоне обнаружены разнообразные формы рельефа, свидетельствующие о его геологической активности в прошлом. Трещины шириной 30 км и длиной до 1 000 км пересекают его поверхность. Еще одна особенность области, рельеф которых напоминает сетку на кожуре дыни. Подобного нет ни на одном из планетных тел. Эти участки покрыты ячейками поперечником 2030 км, которые окружены валами высотой 300 метров. Происхождение такого рельефа не вполне ясно. Скорее всего, это результат весьма экзотического криогенного (низкотемпературного) вулканизма, где роль расплавленной магмы играет холодная жидкость, которая поднимается из недр и замерзает на поверхности, образуя причудливые ледяные формы рельефа. Водный лед в условиях Тритона становится очень твердым и ведет себя как каменная горная порода, образуя высокие гряды, крутые склоны, трещины с резкими очертаниями. А вот метановый и азотный льды пластичные, они расползаются и создают пологий рельеф.
Главным сюрпризом Тритона оказалась его современная геологическая активность, которую до полета «Вояджера» никто и не предполагал. На снимках обнаружены газовые гейзеры темные столбы азота, идущие строго вертикально до высоты 8 км, где они начинают стелиться параллельно поверхности Тритона и вытягиваться в «хвосты» длиной до 150 км. Обнаружено десять действующих гейзеров. Все они «дымят» в южной полярной области, над которой Солнце в этот период находилось в зените. Причиной активности газовых гейзеров считают нагрев Солнцем, приводящий к плавлению азотного льда на некоторой глубине, где имеются также водный лед и метановые соединения темного цвета. Давление газовой смеси, возникающее в глубинном слое при его нагреве всего на 4°C, хотя и небольшое, но вполне достаточное, чтобы выбросить газовый фонтан высоко в разреженную атмосферу Тритона.
Карта поверхности планеты Нептун
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Хотя, разумеется, слово «гигант» будет немножко сильно сказано по отношению к Нептуну, планеты хоть и весьма большой по космическим меркам, но, тем не менее, по размерам значительно уступающей другим планетам-гигантам нашей : , Сатурну и . К слову об Уране, планета эта по размерам хотя и больше Нептуна, но по массе Нептун на 18% таки больше Урана. В целом эту планету, названную из-за своего голубого цвета на честь античного бога морей, Нептуном можно считать самой маленькой из планет гигантов и заодно самой массивной – плотность Нептуна в разы сильнее, нежели у других планет. А вот по сравнению с , что Нептун, что наша Земля, крохотно малы, если представить что Солнце наше размером с дверь, то Земля размером с монетку, а Нептун по величине такой же, как большой бейсбольный мяч.