Нептун

Орбита и вращение Нептуна

Наклон оси, вокруг которой Нептун совершает собственное вращение, составляет 28,32°. Это объясняет смену времен года на планете, но из-за большой протяженности орбиты сезоны тут имеют продолжительность более 40 лет каждое.

Полный оборот вокруг своей оси — нептунианские сутки — длятся почти 15 часов 58 минут в земном исчислении, период обращения вокруг Солнца — 164,8 земных года.

Орбита планеты эллиптическая, но не отличается большой вытянутостью. Нептун может отдаляться от Солнца на 4,554 млн км и приближаться к нему на 4,453 млн км. По своей орбите планета летит со скоростью 5,43 км/с в том же направлении, что и остальные планетарные объекты нашей системы — против часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны условного северного полюса мира.

Орбитальные резонансы

Гравитационные силы Нептуна влияют на тела в Поясе Койпера. Он создает разрывы в этом образовании, проходя по некоторым из пустых участков. Часть астероидов в Поясе находится в резонансе 2:3 с планетой, совершая 2 полных орбитальных витка на каждые 3 аналогичных прохода у Нептуна.

Нептун впервые был замечен в Берлине 23 сентября 1846 года

Спустя более 200 лет после того, как Галилей впервые заглянул в свой телескоп, стали появляться новые факты о планете Нептун. В 1821 году были опубликованы первые таблицы орбиты Урана. Астрономы начали замечать, что на орбите Урана происходят изменения.

В 1843 году британский ученый Джон Коуч Адамс начал делать более точные расчеты. С помощью Королевского астронома Адамс также собрал более точные наблюдения Урана. Адамс предсказал, что была другая планета, которая влияла на орбиту Урана.

Джон Адамс

С 1845 по 1846 год началась гонка, чтобы открыть новую планету и установить первые факты о Нептуне. Во Франции Урбен Ле Верье работал отдельно от Адамса, а также предсказал появление другой планеты примерно в то же время. Адамс увидел предсказания Ле Верье и начал работать усердней, чтобы получить больше наблюдений и быть первым, кто подтвердит обнаружение новой планеты.

Расчеты Ле Верье были более точными, и 23 сентября 1846 года Нептун был замечен и подтвержден Берлинской обсерваторией. Обсерватория получила письмо Ле Верье только ранее в тот же день. Той ночью были установлены первые факты о Нептуне, и планета была замечена с точностью до одного градуса от тех координат, что предсказал Ле Верье!

Уран помог установить первые факты о Нептуне. Возможно, через некоторое время, после того, как телескопы улучшились еще больше, планета была бы найдена, за исключением того факта, что Нептун затронул орбиту Урана. Гравитация Нептуна противодействует гравитации Солнца и слегка оттягивает Уран от предполагаемой орбиты.

Имеет пять колец

На сегодняшний день установлено, что планета имеет пять колец. Все эти кольца названы в честь ученых, которые причастны к открытию этой планеты: Леверье, Адамс, Галле, Ласселл и Араго. Кольца Нептуна не такие широкие, как у Сатурна, поэтому на схемах и фотографиях Солнечной системы вы вряд ли увидите их изображенными рядом с планетой.

Структура колец Нептуна состоит из частиц пыли микронных размеров (около 20% от общего объема) и камешков или осколков незначительных размеров. Органические компоненты колец под влиянием радиации, присутствующей в космосе, приобрели темный цвет, поэтому сами кольца достаточно трудно разглядеть.

По своей природе система колец Нептуна подобна кольцам Урана и полностью отличается от ледяных колец, опоясывающих Сатурн.

Меркурий

Меркурий — достаточно плохо изученное небесное тело, поскольку в наблюдениях с Земли наиболее видимое расстояние планеты от Солнца составляет около 28, т.е. невооруженным глазом его можно увидеть сразу после захода солнца или непосредственно перед восходом солнца, и даже это довольно редкое явление. Большая часть информации о жителях Меркурия была получена в тройном приближении к планете Американская автоматическая межпланетная станция (далее — АМС) «Маринер-10» в 1974 — 1975 гг.

Период обращения вокруг солнца (год Меркурия) — около 88 земных дней, а период обращения вокруг его оси — 58 дней. Оказывается, дни Меркурия делают два года Меркурия! Другими словами, от восхода солнца до его захода на Меркурий год проходит, то есть 88 земных дней. За это время дневная сторона поверхности планеты нагревается почти до 700 K (430 C), а ночная сторона охлаждается до 150 K (-120 C).

По фотографиям дилетант не
может отличить Меркурий от Луны. На поверхности планеты видны следы сжатия
планеты во время охлаждения, складки в ее коре и кратеры метеоритного
происхождения; как и на Луне есть темное «море», но верно только одно
— Зное море (впадина диаметром около 1300 км). Есть также объекты, которые не
находятся на Луне — длинные (до нескольких сотен километров) до скал высотой
2-3 км — крутые склоны. Высота гор в Меркурии достигает четырех километров.

До полета Маринера-10
считалось, что в Меркурии нет атмосферы, но наблюдения с американской станции
показали, что поверхность планеты содержит ничтожное количество водорода (около
70 атомов на 1 см3) и гелия (4 500 атомов на 1 см3). Эти газы в Меркурии
являются частью солнечного ветра, который удерживается слабым магнитным полем
планеты. В среднем, атомы остаются в этой «атмосфере» до 200 дней
(земных), а затем излучают в межпланетное пространство, где их место занимают
другие. Давление атмосферы на поверхности Меркурия в 500 миллиардов раз меньше,
чем в земной атмосфере.

Ртуть имеет относительно
высокую плотность среди планет Солнечной системы — около 5.44 г/см3. Ученые
подозревают, что это связано с наличием массивного металлического стержня
(вероятно, расплавленного железа плотностью до 10 г/см3, с температурой около
2000 K), который содержит более 60% массы планеты и окружен силикатной мантией
и, вероятно, корой толщиной 60 — 100 км.

Поверхность Нептуна

Нептун принадлежит к семейству ледяных гигантов Солнечной системы, поэтому лишен твердой поверхности. Наблюдаемая нами сине-зеленая дымка – результат иллюзии. Это верхушки глубоких газовых облаков, уступающих место воде и прочим расплавленным льдам.

Если вы попытаетесь пройтись по поверхности Нептуна, то тут же провалитесь вниз. При спуске увеличатся температура и давление. Так что точка поверхности отмечается на месте, где показатель давления достигает 1 бар.

Состав и структура

«Поверхность» Нептуна – одно из наиболее активных мест в Солнечной системе

При радиусе в 24622 км Нептун стоит на 4-м месте по величине среди солнечных планет. По массе (1.0243 х 1026 кг) в 17 раз превосходит земную. Присутствие метана впитывает красные длины волн и отбивает синие. Ниже представлен рисунок строения Нептуна.

Внутренняя структура Нептуна

Состоит из скалистого ядра (силикаты и металлы), мантии (водные, метановые и аммиачные льды), а также гелиевой, метановой и водородной атмосферы. Последняя делится на тропосферу, термосферу и экзосферу.

В тропосфере температура уменьшается с высотой, а в стратосфере растет с повышением. В первой давление удерживается на 1-5 бар, поэтому здесь и расположена «поверхность».

Верхний слой состоит из водорода (80%) и гелия (19%). Можно отметить облачные формирования. Сверху температура позволяет метану конденсироваться, а также есть аммиачные, водные, сульфидно-аммониевые и сероводородные облака. В нижних областях давление достигает 50 бар, а температурная отметка – 0.

Атмосфера Нептуна с отображением характерных особенностей

В термосфере наблюдается высокий нагрев (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.

Поверхность Нептуна лишена твердости, 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.

Большое Темное Пятно, запечатленное телескопом Хаббл

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.

Внутренне тепло

Пока никто не знает, почему Нептун нагревается внутри. Планета расположена самой последней, но находится в одной температурной категории с Ураном. По факту, Нептун производит в 2.6 раз больше энергии, чем получает от звезды.

Внутренний нагрев в сочетании с морозным пространством приводит к серьезному температурному колебанию. Формируются ветры, способные разогнаться до 2100 км/ч. Внутри есть каменистое ядро, прогревающееся на тысячи градусов. Вы можете посмотреть какая поверхность Нептуна на верхнем фото, чтобы запомнить главные формирования атмосферы гиганта.

Кольца и спутники планет-гигантов

Если перечислять особенности газовых гигантов, стоит отметить у них большое число спутников:

• У Юпитера имеется 79 спутников. Четыре крупнейших из них: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.
• У Сатурна имеется 82 подтверждённых спутника. Самый крупный из них — Титан.
• У Урана открыты 27 спутников, крупнейшие — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.
• У Нептуна имеется 14 известных спутников. Крупнейший — Тритон.

Отличительной особенностью планет-гигантов являются кольца — система плоских концентрических образований из пыли и льда, вращающаяся вокруг планеты в экваториальной плоскости.

Кольцо Сатурна самое внушительное по размеру — его диаметр равен 400 тысячам километров, а ширина кольца насчитывает только несколько десятков метров. Состоит кольцо из вращающихся вокруг планеты кусков льда и небольших камней. Эти части разделены несколькими щелями, что формирует несколько разных колец, опоясывающих планету.

Рис. 3. Кольца Сатурна.

Что мы узнали?

В докладе по географии для 5 класса можно перечислить, сколько планет Солнечной системы считаются планетами-гигантами. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. От планет земной группы они отличаются, прежде всего, огромными размерами, а также отсутствием твёрдой поверхности. Кроме того, все они имеют кольца и большое количество спутников, а в их атмосфере бушуют сильнейшие ураганы.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Структура планет-гигантов

Все планеты Солнечной системы разделены на две большие группы: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты. Их разделяет пояс из космических малых тел — астероидов.

Интересно. Планеты-гиганты иногда называют газовыми гигантами. Тем не менее, многие астрономы применяют последний термин только к Юпитеру и Сатурну. Уран и Нептун, которые имеют различные составы, выделяют в отдельную группу ледяных гигантов.

Рис. 1. Планеты-гиганты в Солнечной системе.

Планеты-гиганты Солнечной системы образованы из сложной смеси газов: водорода, аммиака, гелия, метана. Их главным отличием является отсутствие привычной твёрдой поверхности. По мере приближения к центру планеты атмосфера становится всё более плотной и в результате переходит из газообразного состояния в жидкое. Однако чёткой границы между океаном и атмосферой, как на Земле, у газовых гигантов нет. Этот океан состоит не из воды, а по большей части из жидкого водорода.

На большой глубине давление в планетах-гигантах вырастает до такой степени, что жидкий водород становится металлическим. Под слоем металлического водорода располагается ядро планеты, состоящее из предельно сжатых каменных пород.

Атмосфера и климат

Снимок планеты, сделанный Вояджером-2.Credit: Spacegid.com.

Состав нептунианского воздуха — 80% водорода, 19% гелия, 1% метана и других примесей. В атмосфере выделяются 2 основных слоя — прилегающая к тверди стратосфера и тропосфера, постепенно переходящая в космическое пространство. Между ними расположена тропопауза с высоким разрешением.

На верхней границе тропосферы зафиксирована температура почти +477°C. Природа этого явления пока неизвестна. Понятно только, что нагрев не мог быть вызван солнечным излучением из-за большого расстояния между Нептуном и центральной звездой системы.

Возможно, повышение температуры вызвано контактом атмосферы с ионами, либо его вызывает гравитация планеты.

Температура около поверхности составляет в среднем -200°C.

Спутник Тритон

Нептун имеет несколько лун или спутников. Крупнейшим из них считается Тритон. Все луны планеты образовались рядом на месте и движутся по похожим траекториям.

Тритон же движется относительно них задом наперед или по, так называемой, ретроградной орбите. Такое направление движения позволило ученым выдвинуть гипотезу, что Нептун захватил эту луну, она оказалась притянутой мощным полем и как бы запертой в едином синхронном вращении с планетой. Этот спутник постепенно приближается к поверхности Нептуна по спиралевидной орбите.

Астрономы выдвинули предположение, что спустя миллиарды лет этот спутник все же войдет в атмосферу Нептуна, под воздействием гравитационных сил планеты он разорвется, превратившись в еще одно кольцо.

Атмосфера

Верхние слои атмосферы Нептуна представляют собой водородно-гелиевую смесь с соотношением компонентов 4:1.Чем ближе к ледяной оболочке, тем больше в атмосфере метановых примесей. Это простейшее углеводородное соединение придает объекту синий цвет. Также в нижних слоях газовой оболочки формируются аммиачные и сероводородные облака.

Атмосфера Нептуна, как и большинства крупных тел Солнечной системы, имеет четыре основные области: тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера. В тропосфере по мере удаления от поверхности ледяного гиганта температура опускается до минимума в — 213°С, а затем в верхних слоях атмосферы поднимается до -103°С. Термосфера прогревается до аномальных 470°.

Неправильность орбиты Урана

В 1821 году Алексис Бувар опубликовал астрономические таблицы орбиты Урана, делающие прогнозы будущих положений на основе законов движения и гравитации. Последующие наблюдения выявили существенные отклонения от таблиц, в результате чего Бувар выдвинул гипотезу о некотором возмущающем теле. Эти неоднородности или «остатки», как в эклиптической долготе планеты, так и в ее расстоянии от Солнца или радиус-векторе, можно объяснить рядом гипотез: влияние гравитации Солнца на таком большом расстоянии может отличаться от ньютоновского. описание; или расхождения могут быть просто ошибкой наблюдения; или, возможно, Уран был притянут или возмущен пока еще неоткрытой планетой.

Урана

Джон Коуч Адамс узнал о нарушениях, еще будучи студентом, и убедился в гипотезе «возмущения». Несмотря на все попытки, которые предпринимались ранее, Адамс полагал, что он может использовать данные наблюдений на Уране и, используя не что иное, как закон тяготения Ньютона, вывести массу, положение и орбиту возмущающего объекта. тело. После своих выпускных экзаменов в 1843 году Адамс был избран своего колледжа и провел летние каникулы в Корнуолле, рассчитывая первую из шести итераций.

Джон Коуч Адамс

В современные термины, проблема — это обратная задача, попытка вывести параметры математической модели из наблюдаемых данных. Хотя проблема проста для современной математики после появления электронных вычислительных машин, в то время она требовала большого количества трудоемких ручных вычислений. Адамс начал с определения номинального положения предполагаемого тела, используя эмпирический закон Боде. Затем он рассчитал путь Урана, используя предполагаемое положение возмущающего тела, и вычислил разницу между его рассчитанным путем и результатами наблюдений, выражаясь современными терминами остатками. Затем он скорректировал характеристики возмущающего тела способом, предложенным остатками, и повторил процесс, похожий на регрессионный анализ.

13 февраля 1844 года Джеймс Чаллис, директор Кембриджская обсерватория запросила данные о положении Урана для Адамса у Королевского астронома Джорджа Бидделла Эйри в Королевской обсерватории в Гринвиче. Адамс определенно завершил некоторые вычисления 18 сентября 1845 года.

Предположительно, Адамс сообщил свою работу Чаллису в середине сентября 1845 года, но есть некоторые разногласия относительно того, как. История и дата этого сообщения, похоже, стали известны только в письме Чаллиса в Атенеум от 17 октября 1846 года. Однако ни один документ не был идентифицирован до 1904 года, когда Сэмпсон предложил примечание в бумагах Адамса, что описывает «Новую планету» и сопровождается пометкой «Получено в сентябре 1845 г.», написанной не почерком Адамса. Хотя это часто использовалось для установления приоритета Адамса, некоторые историки оспаривали его подлинность на том основании, что «Новая планета» не использовалась в 1845 году, и на том основании, что записка датирована кем-то только постфактум. кроме Адамса. Кроме того, результаты расчетов отличаются от тех, которые были сообщены Эйри несколькими неделями позже. Адамс, конечно, не дал Чаллису подробных расчетов, и Чаллис не был впечатлен описанием его метода последовательной аппроксимации положения тела, поскольку он не был склонен начинать кропотливую программу наблюдений в обсерватории, отмечая, что «пока работа была верной, успех, похоже, был достигнут. так неуверенно. «

Урбен Жан-Жозеф Леверье

Между тем, Урбен Леверье 10 ноября 1845 г. был представлен в Академии наук в Пэрис — мемуары об Уране, показывающие, что существовавшая ранее теория не могла объяснить его движение. Не зная о работе Адамса, он попытался провести подобное расследование и 1 июня 1846 года во втором мемуаре, представленном на публичном собрании Академии, указал положение, но не массу или орбиту предполагаемого возмущающего тела. Леверье обнаружил Нептун в пределах одного градуса от точки открытия.

Спутники и кольца Нептуна

Нептунианская система содержит 14 естественных лун, названных в честь греческих и римских мифологических героев, связанных с водоемами — морями, реками.

Все спутники делятся на 2 категории:

• регулярные, расположенные в непосредственной близости к планете и обращающиеся по круговым орбитам;
• нерегулярные, или неправильные, двигающиеся по вытянутым траекториям и находящиеся дальше от Нептуна.

К последним причисляют и самый большой нептунианский сателлит Тритон, хотя он вращается по круговой орбите.

Планета имеет кольцевую систему, но она выглядит не так ярко, как сатурнианская.

Тритон

Это самая крупная местная луна, ее масса (21 квинтлн. т, число с 18 нулями) составляет 99,5% от веса всех остальных спутников. Диаметр тела — 2,7 тыс. км. Тритон движется по квазикруговой ретроградной орбите и состоит из азота, метана, двуокиси углерода и водяного льда.

Отражающая способность Тритона — выше 0,7, это самый яркий объект на нептунианском небе. Цвет спутника красноватый, у него имеется собственная атмосфера. Поверхность луны покрыта древними кратерами, каньонами и уступообразными скалами. На южном полюсе расположена крупная ледяная шапка.

Цветная мозаика Тритона, созданная Вояджером-2. Credit: V-kosmose.com.

Происхождение спутника не выяснено. В прошлом он мог быть астероидом или карликовой планетой из Пояса Койпера, притянутой силами гравитации Нептуна. Приливные силы продолжают притягивать спутник к планете, и через 3,5 млрд лет они могут столкнуться.

Протей

Это вторая по габаритам и крупнейшая внутренняя луна Нептуна. Кроме того, Протей — самый большой несферический естественный сателлит в Солнечной системе. Его размеры 440×416×404 км, поверхность тела сильно кратерирована, но только 1 местный кратер имеет собственное имя — Фарос. Он был принят за точку отсчета координат на Протее.

Никаких признаков тектонической активности это небесное тело не проявляет.

Ученые не исключают возможности, что со временем спутник под действием собственной гравитации примет сферическую форму.

Нереида

Это второй открытый спутник Нептуна, обнаруженный более, чем через 100 лет после самой планеты. С диаметром 340 км Нереида является третьей по величине нептунианской луной. Она движется по вытянутой орбите, то приближаясь к центральной точке местной планетарной системы на 1,4 млн км, то отдаляясь от нее на 9,6 млн км. Настолько высокий орбитальный эксцентриситет говорит о том, что сателлит может быть астероидом или бывшей карликовой планетой из Пояса Койпера, притянутыми к Нептуну его гравитацией.

Нереида — луна с самой эксцентрической орбитой в Солнечной системе. Credit: planetologia.ru.

Ларисса

Эта нептунианская луна была открыта дважды: в 1981 г. группой астрономов с Земли и в 1989 г. аппаратом «Вояджер-2». Спутник имеет несферическую форму, его поверхность сильно кратерирована. Следов геологической активности у Лариссы не обнаружено.

Сегодня сателлит вращается на расстоянии 73,5 тыс. км от планеты, но это расстояние под действием центральных приливных сил постепенно уменьшается. Со временем Ларисса будет разрушена в результате столкновения с Нептуном.

Магнитосфера

Исследования «Вояджера-2» помогли ученым узнать многое о магнитном поле Нептуна. Оно сильно отлично от земного: источник располагается не в ядре, а в мантии, благодаря чему магнитная ось планеты сильно смещена относительно ее центра.

Одна из функций поля — защита от солнечного ветра. Форма магнитосферы Нептуна сильно вытянута: защитные линии в той части планеты, которая освещена, располагаются на расстоянии в 600 тыс. км от поверхности, а с противоположной стороны — более чем в 2 млн км.

Вояджер зафиксировал непостоянность напряжения поля и расположения магнитных линий. Такие свойства планеты также еще не объяснены до конца наукой.

Кольца

Наверняка когда вы слышите про кольца планет, на ум сразу же приходит Сатурн, но на самом деле он далеко не единственные обладатель колец. Кольца, пусть и не такие большие и красивые, как у Сатурна, имеет и наш Нептун. В целом у Нептуна есть пять колец, названых на честь астрономов, открывших их: Галле, Леверье, Ласселл, Араго и Адамс.

Кольца Нептуна состоят из маленьких камушков и космической пыли (множество частиц микронного размера), по строению они в чем-то подобны кольцам Юпитера и их трудно довольно таки заметить, так как они черного цвета. Ученые считают, что кольца Нептуна относительно молодые, по крайней мере, они намного моложе колец соседнего с ним Урана.

Краткая характеристика планет-гигантов

К списку планет-гигантов относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которых объединяет не только большая удалённость от Солнца, но и многие физические данные.

Сравнительную характеристику планет-гигантов удобно представить в виде таблицы.

Характеристики	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун
Радиус, км	69911	58232	25362	24622
Масса, 5,97•1024 кг	317,8	95,2	14,54	17,15
Период обращения вокруг собственной оси, час	9,9	10,5	17,2	15,9
Период обращения вокруг Солнца, год	11,86	29,46	84	164,79
Минимальное расстояние до Солнца, млн км	741	1354	2749	4453
Максимальное расстояние до Солнца, млн км	817	1513	3004	4554

Как видно из таблицы, важнейшей отличительной особенностью газовых гигантов являются их огромные размеры. Самым же большим газовым гигантом является Юпитер. Так, его масса превосходит земную почти в 318 раз.

Рис. 2. Юпитер — самая большая планета Солнечной системы.

В атмосфере газовых гигантов происходят уникальные процессы, не характерные для планет земной группы. Частое явление здесь — сильнейшие ветры, скорость которых составляет не одну сотню километров в час. Подобные ураганные вихри способны существовать много лет. К примеру, на Юпитере наблюдается Большое красное пятно, «живущее» более 300 лет.