Нептун - восьмая и самая удалённая от Солнца планета Солнечной системы. По массе (1,024 × 10²⁶ кг) он в 17,2 раза тяжелее Земли и занимает третье место среди планет после Юпитера и Сатурна. По диаметру - четвёртый. Вместе с Ураном образует класс так называемых ледяных гигантов - планет с относительно небольшим количеством водорода и гелия и преобладанием льдов (воды, аммиака, метана) в глубинных слоях.
Открытый 23 сентября 1846 года, Нептун стал первой планетой, обнаруженной не визуально, а расчётным методом - благодаря анализу гравитационных возмущений орбиты Урана.
Орбитальная динамика и вращение
Орбита:
Среднее расстояние от Солнца: 30,1 а.е. (≈ 4,5 млрд км).
Сидерический период обращения: 164,79 земных года.
Эксцентриситет: 0,011 - орбита почти круговая.
Наклон к эклиптике: 1,77°.
Один нептунианский год длится почти 165 земных лет. Первый полный оборот после открытия планета завершила в июле 2011 года.
Осевое вращение:
Период вращения: ~15 ч 58 мин.
Осевой наклон: 28,3° (близок к земному).
Из-за наклона оси на Нептуне существуют сезоны, однако каждый из них длится около 40 земных лет.
Дифференциальное вращение:
Экваториальные слои атмосферы вращаются медленнее полярных. Это создаёт мощный широтный сдвиг ветров и формирует экстремальную динамику атмосферы.
Внутреннее строение
Строение Нептуна принципиально отличается от газовых гигантов.
Атмосфера (5-10 % массы):
Верхние слои состоят преимущественно из:
~80 % водорода, ~19 % гелия, ~1,5 % метана.
Метан поглощает красную часть спектра, что придаёт планете синий цвет.
Мантия:
Глубже располагается горячая и плотная смесь воды, аммиака и метана.
Температура: 2000-5000 K.
Давление: до десятков гигапаскалей.
Согласно моделям, в недрах возможен феномен алмазного дождя - разложение метана с выпадением кристаллов углерода.
Ядро:
Состав: железо, никель, силикаты.
Масса: около 1,2 земной.
Давление в центре: до 7 мегабар.
Температура: ~5000-7000 K.
Магнитосфера
Магнитное поле Нептуна:
Наклонено на 47° к оси вращения.
Сильно смещено относительно центра планеты.
Имеет выраженную квадрупольную компоненту.
Такую конфигурацию объясняют действием гидромагнитного динамо в слое проводящей ионной жидкости (водно-аммиачная смесь).
В 2025 году телескопы James Webb Space Telescope и Hubble Space Telescope впервые зафиксировали яркие полярные сияния Нептуна.
Атмосфера и климат: экстремальная метеорология
Нептун - самая ветреная планета Солнечной системы.
Ветры:
Скорость до 600 м/с (≈ 2000 км/ч).
Превышают скорость звука в местной атмосфере.
Штормы:
В 1989 году аппарат Voyager 2 обнаружил гигантский антициклон - Большое Тёмное Пятно (13000 × 6600 км). Позже наблюдались и другие вихревые структуры.
Штормы имеют вихревую природу и могут существовать месяцами.
Температура:
Верхняя атмосфера: ~72 K (−200 °C).
Термосфера: аномально горячая - ~750 K.
Планета излучает в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца.
Источник дополнительного тепла до конца не установлен.
Влияние на пояс Койпера
Гравитация Нептуна формирует структуру пояса Койпера.
Орбитальные резонансы:
Наиболее известен резонанс 2:3 - объекты (плутино) совершают 2 оборота за 3 оборота Нептуна. К ним относится Плутон.
Существуют также:
резонансы 1:2.
3:4.
3:5.
4:7.
Нептун удерживает троянские астероиды в точках Лагранжа L4 и L5.
Спутниковая система
У Нептуна известно 16 спутников.
Тритон:
Масса: 99,5 % суммарной массы спутников.
Ретроградная орбита.
Вероятно захваченный объект пояса Койпера.
Температура: −235 °C.
Тритон постепенно сближается с Нептуном и в далёком будущем может быть разрушен приливными силами.
Другие спутники:
Нереида - с экстремально вытянутой орбитой.
Протей - крупное неправильной формы тело.
Большинство малых спутников имеют хаотические орбиты.
Кольцевая система
Кольца Нептуна:
Тонкие и фрагментированные.
Содержат дуги - локальные сгущения вещества.
Вероятно состоят из ледяных частиц с примесью силикатов.
Чёткие инфракрасные снимки колец были получены телескопом James Webb в 2022 году.
История открытия
Нептун был предсказан независимо двумя математиками:
Урбен Леверье, Джон Куч Адамс.
Наблюдательно открыт 23 сентября 1846 года астрономом Иоганном Готтфридом Галле в Берлинской обсерватории.
Это был триумф небесной механики: планета найдена в пределах 1° от расчётной позиции.
Космические исследования
Единственный аппарат, посетивший Нептун, - Voyager 2 (25 августа 1989 года).
Он:
открыл новые спутники, подтвердил существование колец, измерил параметры магнитного поля, обнаружил Большое Тёмное Пятно.
В настоящее время разрабатываются проекты новых миссий к Нептуну (например, концепция Neptune Odyssey).
Значение для науки
Нептун играет ключевую роль в: формировании структуры пояса Койпера, моделях миграции планет (модель Ниццы), изучении ледяных гигантов и экзопланет класса нептунов, понимании динамики экстремальных атмосфер.
Заключение
Нептун - динамичный, термически активный и гравитационно влиятельный ледяной гигант, формирующий внешний облик Солнечной системы. Несмотря на удалённость, он демонстрирует одни из самых экстремальных атмосферных явлений, а его гравитация определяет архитектуру транснептунового региона.