Всем привет! Это канал «Феи / Роботы / Пришельцы», меня зовут Сергей Балашов. Сегодня поговорим о планете Нептун.
Нептун — четвертая по величине и самая дальняя планета Солнечной системы. На ней дуют самые мощные ветра. Нептун самый маленький из газовых гигантов и первая планета, открытая с помощью математических предсказаний.
История открытия
Нептун – единственная планета, которую точно не увидишь невооруженным глазом. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн хорошо видны как яркие точки в небе, и люди знали их еще в глубокой древности. Уран виден как очень тусклая звезда. Его не определяли, как планету, но неоднократно заносили в каталоги.
И только Нептун так далеко от нас, что виден только в телескоп. Впервые его наблюдал Галилео Галилей в 1613 году. Однако он счел, что это всего лишь звезда. Движение планеты было слишком незаметным, чтобы его можно было обнаружить.
Важнейшим фактором открытия Нептуна была планета Уран. Сам Уран был официально открыт как планета в конце XVIII века. Астрономы рассчитывали его орбиту и заметили, что Уран не следует рассчетной модели. Отклонение орбиты Урана заставило астрономов сделать вывод, что виной тому другая, неизвестная планета. Они предсказали, где она должна быть, и астроном Урбен Леверье попросил помощи у Иоганна Галле, астронома из Берлинской обсерватории. Галле нашел планету на расстоянии одного градуса от предсказанной точки, что сделало Нептун первой планетой, открытой с помощью математических расчетов и предсказаний.
Как и в случае с Ураном, возник вопрос об имени новой планеты. Сам Уран, кстати, тоже предлагали назвать Нептуном. Некоторое время Нептун обозначался просто как «внешняя от Урана планета» или как «планета Леверье». Галле предложил имя Янус, в честь римского бога с двумя лицами. Лаверье предложил два варианта: назвать планету Нептуном, или назвать в его честь. Эта идея встретила существенное сопротивление за пределами Франции. Французские альманахи быстро вернули название "Гершель" для Урана, в честь её первооткрывателя англичанина Уильяма Гершеля, в надежде, что все примут имя Леверье для новой планеты. Но после выступления директора Пулковской обсерватории Василия Струве, который отдал предпочтение названию «Нептун», оно стало общепринятым. Планета действительно казалась похожей на воду, голубовато-океанического цвета. А название в честь античного бога соответствовала названиям других планет.
Нептун – это римский бог моря, аналог греческого Посейдона. Все спутники Нептуна также получили имена водных божеств.
В большинстве языков используется тот или иной вариант названия планеты «Нептун». На китайском, вьетнамском, японском и корейском языке название планеты переводится как «звезда морского царя», а на монгольском она называется Далайн Ван, в честь морского бога этих народов. На современном греческом языке планета носит имя Посейдон, а у маори планета называется Тангароа, по имени бога моря маори.
Формирование
Предполагается, что Солнечная система образовалась из гигантского вращающегося шара из газа и пыли.
Большая часть газа сформировала Солнце, а рассеянные частицы слились, создав первые протопланеты. По мере того как они росли, некоторые из них накапливали достаточно материи, чтобы их гравитация удерживала остаточный газ туманности. По оценкам, возникла наша система около 4,5 миллиардов, а дрейф планет завершился около 4 миллиардов лет назад.
Для ледяных гигантов Нептуна и Урана оказалось трудно создать точную модель формирования. Плотность материи во внешних регионах Солнечной системы должна была быть слишком низкой, чтобы могли сформироваться такие крупных тела. С помощью моделирования было высказано предположение, что Нептун и Уран сформировались ближе к Солнцу, а затем переместились на нынешние орбиты. По еще одной гипотезе, оба ледяных гиганта не сформировались методом аккреции, а появились из-за нестабильностей внутри изначального протопланетного диска, и позднее их атмосферы были «сдуты» излучением массивной звезды.
Расстояние, размер и масса
С момента открытия и до 1930 года, когда был открыт Плутон, Нептун считался самой далекой планетой. После открытия Плутона Нептун считался второй с конца планетой нашей звездной системы. Хотя двадцать лет, с 1979 по 1999 год, Плутон из-за своей необычной орбиты находился ближе к Солнцу внутри орбиты Нептуна. Когда в 2006 году астрономы уточнили орбиту Плутона и понизили его статус с планеты до карликовой планеты, одной из многих в поясе Койпера, Нептун вернул себе титул самой дальней планеты в Солнечной системе.
Нептун находится на среднем расстоянии 4,5 миллиарда километров или 30,1 а.е. от Солнца. Его свету требуется около 4 часов, чтобы добраться до нас.
Несмотря на то, что Нептун – это планета-гигант, его масса занимает промежуточное положение между Землей и более крупными газовыми гигантами: она в 17 раз больше массы Земли, но составляет лишь 1/19 массы Юпитера. Он имеет экваториальный радиус в 24,7 тыс. км, что примерно в четыре раза шире Земли, являясь четвертой по величине планетой Солнечной системы.
Его сила тяжести на уровне давления в 1 бар составляет 11,15 м/с2, на 14% больше, чем на поверхности Земли.
Орбита и вращение
Поскольку Нептун – самая дальняя планета от Солнца , у нее самый длинный орбитальный период. Солнце на Нептуне светит в 900 раз тусклее, чем на Земле.
Один оборот вокруг Солнца планета совершает примерно за 165 лет. Однако один оборот вокруг оси, то есть один день, на Нептуне занимает всего 16,11 часов.
Наклон оси Нептуна составляет 28,32°. Этот угол похож на наклоны Земли в 23° и Марса в 25°. В результате на Нептуне происходят такие же смены сезонов, что и на Земле, но из-за его длительного орбитального периода сезоны длятся 40 земных лет.
Из-за того, что у него нет твердой поверхности, атмосфера Нептуна вращается вокруг планеты с разной скоростью. В широкой экваториальной зоне период вращения составляет 18 часов, что медленнее, чем 16-часовое вращение магнитного поля планеты.
Полярные регионы завершают оборот за 12 часов. Это самая выраженная разница скорости вращения среди всех планет Солнечной системы. Так что на Нептуне дуют ветра разной силы в зависимости от широты.
Орбита Нептуна оказывает сильное влияние на область непосредственно за ней, известную как пояс Койпера. Пояс Койпера – это кольцо из маленьких ледяных объектов, похожее на пояс астероидов, но намного больше, простирающееся от орбиты Нептуна примерно на расстояние в 55 а.е. от Солнца. Здесь расположено множество карликовых планет.
Самый большой из известных объектов пояса Койпера – карликовая планета Плутон. Хотя Плутон регулярно пересекает орбиту Нептуна, резонанс их орбит гарантирует, что они никогда не столкнутся.
Структура
Нептун и Уран называются ледяными гигантами, потому что они меньше и имеют другой состав, чем газовые гиганты Юпитер и Сатурн.
Их характеризует наличие «каменистых» ледяных ядер, которые пропорционально больше, чем количество содержащегося в них газа, в отличие от газовых гигантов.
Нептун — самый маленький ледяной гигант, но имеет наибольшую плотность из всех внешних планет, около 1,64 г/см³.
Он состоит из слоев гелия на 19% и водорода на 80% со следами метана. Он очень похож на Уран, на его ярко-синий цвет влияет присутствие метана, который дает более интенсивный цвет.
Внутреннее строение Нептуна также похоже на Уран. В нижних слоях атмосферы найдено много метана, аммиака и воды.
Эту смесь называют «ледяной», хотя это горячая плотная жидкость, настоящий океан жидкого аммиака. Еще глубже условия могут быть такими, что даже метан разлагается на углерод в виде алмазных кристаллов, которые падают вниз, как градины. Считается, что такой алмазный дождь бывает также на Юпитере, Сатурне и Уране. Вблизи ядра давление может достигать 10 Гпа, в 100 000 раз больше, чем у атмосферы Земли.
Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000—5000 К. Масса мантии Нептуна превышает массу Земли, по разным оценкам, в 10—15 раз. Мантия богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями.
Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,5 раза больше массы Земли. Давление в центре достигает 7 Мбар, что в два раза выше, чем в центре Земли. Температура в центре ядра достигает 5400 К. Это ядро составляет около 45% массы планеты, но у него нет твердой поверхности.
Климат
Средняя температура атмосферы планеты составляет -214 градусов по Цельсию. Но это не рекорд. Самым холодным ледяным гигантом и самой холодной из всех планет в Солнечной системе является Уран.
Однако Нептун выделяется другим. У него самая высокая скорость ветра среди всех планет. Скорость ветра, дующего на экваторе на запад, достигает 2160 километров в час, почти сверхзвуковой поток. Большинство ветров движутся ретроградно по отношению к вращению планеты, они в 5 раз сильнее самых сильных ветров, зарегистрированных на Земле, преодолевая звуковой барьер. На планете также образуются полосы и колоссальные бури.
Несмотря на то, что Нептун - самая удаленная от Солнца планета и получает от него меньше всего количество энергии, у него самая странная погода во всей Солнечной системе. Неизвестно, откуда планета получает столько энергии для создания такой атмосферы.
В 1989 году, когда "Вояджер-2" наблюдал за планетой, среди других пятен присутствовало Большое темное пятно. Это был шторм размером с Землю, прошедший через атмосферу Нептуна. Когда был запущен телескоп Хаббл, астрономы хотели понять, являются ли эти пятна постоянной особенностью, такой как Большое красное пятно Юпитера. Но штормов в том месте больше не было. Дальнейшие наблюдения привели к открытию других бурь, каждая из которых то появлялась, то исчезала.
В 2007 году было замечено, что верхняя тропосфера южного полюса Нептуна на 10 °C теплее, чем остальная часть Нептуна. Эта «горячая точка» — следствие осевого наклона Нептуна, южный полюс которого уже четверть нептунианского года, то есть примерно 40 земных лет, обращён к Солнцу.
Более активная погода на Нептуне может быть частично связана с его более высоким внутренним теплом по сравнению с Ураном.
Магнитосфера
Магнитное поле Нептуна смещено на 47° относительно оси его вращения. Считается, что это вызвано тем, что магнитное поле генерируется не в ядре, а электропроводящей жидкой мантии, или что мантия отклоняет магнитное поле от ядра, что дает ему необычное смещение относительно оси вращения.
Ни у одной планеты Солнечной системы нет идеально выровненного магнитного поля. Даже магнитный север Земли отличается от Северного полюса. Однако такую наклонную магнитосферу имеют только Уран и Нептун. На Нептуне существуют полярные сияния, но они очень слабые из-за того, что частицы не так сильно заряжаются солнцем.
Планетарные кольца
Общей чертой газовых гигантов являются их системы колец, которые есть и у Нептуна. Они слабо заметны из-за низкой плотности и очень темного цвета с красноватым оттенком.
Кольца состоят из ледяных частиц, покрытых силикатами, или производными углерода – скорее всего, это он придаёт им красноватый оттенок.
Впервые о наблюдениях колец Нептуна сообщил первооткрыватель Уильям Лассел. Однако, скорее всего, речь шла об обмане зрения. Подтвердили наличие колец только во второй половине XX века.
У Нептуна 5 кольцевых систем, названных в честь людей, участвовавших в открытии и исследовании планеты. Самым внутренним является кольцо Галле, слабое, шириной 2000 км. Второе — это первое яркое кольцо, названное Леверье, его ширина составляет всего 113 км.
Третье — кольцо Лассела, очень слабая полоса диаметром 4 000 км. На краю этого кольца находится кольцо Араго, немного более яркое и менее 100 км в ширину.
Последнее известное и самое внешнее кольцо называется кольцом Адамса. Его ширина составляет около 35 км, но это одно из самых ярких колец. У него есть особенность. Это кольцо узкое, слегка вытянуто и наклонено. Доля пыли в этом кольце от 20% до 40% — ниже, чем в других узких кольцах. Маленькая луна Нептуна Галатея, которая вращается внутри кольца Адамса, действует как пастух, удерживая частицы кольца внутри узкого диапазона.
Спутники
Нептун окружают 14 известных спутников. Все они были названы в честь водных божеств греческой мифологии. Первым обнаруженным спутником стал Тритон, всего через 17 дней после открытия самого Нептуна. Это также самая большая из 14 лун. 14 спутников Нептуна можно разделить на регулярные, вращение которых совпадает с вращением планеты, и нерегулярные.
Регулярные спутники
Из 14 спутников только 7 являются внутренними регулярными спутниками, то есть они вращаются вдоль эклиптики Нептуна с круговыми орбитами.
В порядке их удаления от Нептуна: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, Гиппокамп и Протей.
Самый маленький - Гиппокамп 35 км, самый большой из них – Протей, 438 км.
Пять из этих спутников имеют периоды вращения меньше периода вращения планеты, и поэтому восходят на западе и заходят на востоке в небе Нептуна. Также это означает, что из-за гравитационного трения они рано или поздно упадут на Нептун.
Нерегулярные спутники
Остальные спутники Нептуна нерегулярные. Они вращаются по наклонной, вытянутой и часто ретроградной орбите.
В порядке их удаления: Тритон, Нереида, Галимеда, Сао, Лаомедея, Псамафа и Несо.
Самая маленькая из этих лун - Псамафа с диаметром 40 км. Диаметр Галимеды 62 км.
Все эти спутники имеют среднюю температуру -220оС.
Нереида
Два самых необычных спутника Нептуна – это Тритон и Нереида. Оба объекта – нерегулярные спутники, и являются двумя крупнейшими спутниками неправильной формы в Солнечной системе.
Нереида - третий по величине спутник Нептуна. Она была обнаружена в 1949 году и названа в честь нереид, морских нимф из греческой мифологии.
Предполагается, что Нереида имеет умеренно вытянутую форму. Шероховатость ее поверхности очень высока, вероятно, подобно спутнику Сатурна Гипериону. Поверхность Нереиды скорее всего состоит из смеси водяного льда и некоторого спектрально нейтрального материала.
Нереида вращается вокруг Нептуна в прямом направлении. У ее орбиты высокий эксцентриситет (0,7), так что ее расстояние до Нептуна меняется от 1,38 млн. км до 9,6 млн. км.
Необычная орбита позволят предположить, что это либо захваченный астероид, либо объект пояса Койпера. Или в прошлом это была внутренняя луна, которая была отброшена во время захвата самой большой луны Нептуна, Тритона. Если это так, то Нереида может быть единственным оставшимся из первоначальных (до захвата Тритона) спутников Нептуна.
Тритон
Из 14 известных спутников самый большой называется Тритон. Это седьмой по величине известный спутник среди всех планет, его диаметр 2710 км. Он составляет 99,5% массы всех спутников и колец на орбите Нептуна.
Тритон вращается вокруг Нептуна по часовой стрелке, а Нептун вращается против часовой стрелки. Тритон вращается под углом 130 градусов к эклиптике планеты, хотя его орбита почти идеально круглая. Самые большие спутники в Солнечной системе обычно являются регулярными лунами, что делает Тритон особенным.
Размер Тритона даже больше карликовой планеты Плутон.
Существует мнение, что Тритон на самом деле является захваченной карликовой планетой. Он считается самым большим и массивным объектом пояса Койпера. Тритон и Плутон имеют одинаковый состав, что подтверждает идею об их общем происхождении.
И Плутон, и Тритон имеют поверхность из азотного льда с водой и углекислым газом.
Тритон — один из немногих геологически активных спутников в Солнечной системе.
Небольшое количество кратеров говорит о том, что его поверхность очень молода и постоянно обновляется. Встречаются хребты, плато и ледяные равнины. На нем также есть красноватые пятна, как на Плутоне, который считаются метановым льдом, изменившим цвет под воздействием Солнца.
Есть версия, что под поверхностью Тритона находится силикатная мантия и металлическое ядро, что может объяснить его относительно высокую для спутника плотность 2 г/см3.
Несмотря на крайне низкую температуру поверхности, -235 градусов, Тритон имеет разреженную атмосферу. Она состоит из азота с небольшими примесями метана и угарного газа. Атмосфера Тритона практически идентична атмосфере Плутона.
По расчётам группы астрофизиков, под поверхностью Тритона может существовать жидкий океан из смеси аммиака и воды.
Радиоактивного распада ядра может быть достаточно, чтобы нагреть и привести в действие конвекцию в этом океане внутри спутника, аналогично процессам под поверхностью Европы, Энцелада и некоторых других больших спутников. Как и в случае с Европой и Энцеладом, на Тритоне отмечен криовулканизм.
Жидкая вода в мантии извергается на поверхность, как лава на Земле. Поверхность Тритона выглядит такой ровной, потому что активно обновляется за счет извержения и последующего замерзания жидкой воды на поверхности.
Возможно, в подповерхностном океане могут существовать органические соединения, приспособившиеся к экстремально низким температурам.
Исследование Нептуна
В 2011 году Нептун завершил свой первый оборот с момента его открытия в 1846 году, то есть мы были свидетелями всего одного нептунианского года.
Современным зондам требуется более 10 лет, чтобы добраться до Нептуна. Пока что единственный космический аппарат, достигший Нептуна, это «Вояджер-2».
Китайское национальное космическое управление планирует запуск зондов, похожих на «Вояджеры». Их хотят запустить в 2024 году, один из них должен будет пролететь мимо Нептуна в январе 2038 года.
НАСА разрабатывает миссию космического зонда Neptune Odyssey. Зонд сможет отправиться в 2031 году и прибудет к Нептуну в 2043 году.
Недавно запущенный космический телескоп «Джеймс Уэбб» сделал несколько потрясающих снимков Нептуна. Изображение колец планеты оказалось самым чётким за 30 лет.
«Джеймс Уэбб» получил снимки планеты на камеру ближнего инфракрасного диапазона, поэтому планета на снимках кажется темной: метан, который отображается синим в оптическом диапазоне, хорошо поглощает инфракрасный цвет. Облака из метанового льда предстают на снимках в виде ярких полос и пятен. Яркая полоса по экватору планеты – это мощнейшие ветра, дующие на Нептуне. На снимок также попал вихрь в районе Южного полюса.
Телескоп заснял 7 из 14 известных спутников Нептуна, в том числе Тритон. В инфракрасном диапазоне Тритон кажется ярче самой планеты.
Нептун в массовой культуре
Планета Нептун не так часто описывается в научно-фантастических произведениях из-за своей удаленности, однако и она фигурирует в ряде произведений.
В рассказе Герберта Уэллса «Звезда» в Нептун врезается прибывшая извне Солнечной системы планета-сирота, в результате чего рождается новая звезда, угрожающая Земле.
В романе Олафа Стэплдона «Последние и первые люди», написанном в 1930 году, повествование ведётся от имени одного из последних людей, обитающего на Нептуне.
У Эдмонда Гамильтона, одного из основателей жанра космооперы, в эпопее про капитана Фьючера, Нептун предстаёт как планета-океан, острова которого населяют серокожие гуманоиды с гибкими телами. На спутник Нептуна Тритоне обитают самые развитые в солнечной системе инопланетяне, цивилизация которых основана на управлении силовыми полями.
В сериале «Космический патруль» 1962 года есть эпизод «Рабы Нептуна». В нем экипаж корабля отправляется разгадать тайну пропавших колонистов Плутона, которые исчезли недалеко от Нептуна. При приближении к Нептуну главные герои попадают под гипнотическое влияние повелителя Нептуна Тиро, который использует свои силы, чтобы заманить земных колонистов в ловушку в качестве рабов.
После того, как стало ясно, что Нептун — это ледяной газовый гигант, фантасты уже не могли описывать Нептун обитаемым.
В романе Пирса Энтони 1969 года «Макроскоп» человечество при помощи магического устройства получает сигнал из глубин космоса. Благодаря этим сообщениям землянам удается достичь Тритона, и превратить Нептун в межзвездный планетный корабль.
Планета послужила местом действия научно-фантастического фильма ужасов 1997 года «Горизонт событий». В мультсериале «Футурама» Робот Санта-Клаус основал свою базу на северном полюсе Нептуна.
В сериале «Доктора Кто» действие эпизода под названием «Больше не спать» происходит на космической станции, вращающейся вокруг Нептуна. А в пилотном эпизоде «Звездный путь: Энтерпрайз» зрители узнают, что при скорости варпа 4,5 можно долететь до Нептуна и обратно на Землю за шесть минут.
В фильме 2019 года «К звёздам (Ad Astra)» на орбите Нептуна пропал корабль с экспедицией для поиска внеземной жизни, и именно с Нептуна приходят странные вспышки энергии.
Вот что мы знаем и придумали о последней большой планете нашей Солнечной системы. Теперь, когда Плутон перестали считать планетой, у нас стало ровно четыре каменистых планеты, и четыре газовых гиганта, разделенных поясом астероидов.
Про астероиды мы тоже поговорим, в одном из будущих выпусков. А на сегодня все. Спасибо, что читали!
Канал «Феи / Роботы / Пришельцы» можно читать на Дзен, в Телеграме и ВКонтакте. Аудиоверсия подкаста доступна на сервисах Яндекс.Музыка, Apple Podcasts, Google Podcasts и в подкастах ВКонтакте. Видео-версию смотрите на канале YouTube.
Поддержать канал можно на сервисе Boosty по ссылке в описании.
Оставляйте комментарии и ставьте оценки. Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые выпуски. Скоро увидимся!
