НЕПТУН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ, СТРОЕНИЕ - ARTE - 2025

Нептун - восьмая планета в Солнечной системе с точки зрения орбитального расстояния, ледяной гигант и самая удаленная из всех. Так происходит с тех пор, как Плутон перестал считаться планетой в 2006 году, став карликовой планетой, входящей в пояс Койпера.

В ночном небе Нептун выглядит как маленькая голубоватая точка, о которой было очень мало известно, пока космические миссии в конце 1980-х годов, такие как «Вояджер-2», не предоставили данные о планете и ее спутниках.

Рис. 1. Нептун, сфотографированный космическим аппаратом Вояджер-2 в 1989 году, на изображении видны темные пятна, образовавшиеся в результате атмосферных бурь. (Источник: НАСА)

На изображениях "Вояджера-2" впервые была показана планета с сине-зеленой поверхностью, с сильными штормами и быстрыми ветрами, образующими темные антициклонические пятна. Они очень похожи на таковые Юпитера, хотя и не так постоянны во времени, как эти.

Атмосфера Нептуна богата метаном и имеет очень слабую кольцевую систему. У планеты есть магнитосфера, поэтому предполагается, что она имеет металлическое ядро.

К настоящему времени было подсчитано 15 спутников Нептуна, среди которых главными спутниками являются Тритон и Нереида.

Открытие и история

Открытие Нептуна стало результатом математического предсказания, основанного на наблюдениях возмущений на орбитах планет Урана и Сатурна. Ранее, в 1610 году, Галилей уже видел Нептун с помощью того же телескопа, который он использовал для открытия спутников Юпитера, но он принял его за звезду.

Гораздо позже, в 1846 году, французский математик, специализирующийся на небесной механике, Урбен Леверье изучил некоторые возмущения в орбитах Сатурна и Урана. Лучшим объяснением было предположение о существовании новой планеты, орбиту и положение которой он предсказал на небе. Следующим шагом было найти планету, поэтому Леверье убедил немецкого астронома Иоганна Готфрида Галле найти ее.

Ночью 23 сентября 1846 года Галле подтвердил со своей обсерватории в Берлине существование новой планеты, и через несколько дней появился Тритон, ее самый большой спутник.

Почти одновременно в Кембридже, Англия, молодой математик Джон Коуч Адамс, который также некоторое время работал над этой проблемой, сделал аналогичные предсказания.

Нептун обязан своим названием богу моря в римской мифологии (эквивалент греческого бога Посейдона), следуя традиции называть планеты в честь божеств римского пантеона.

Общие характеристики

Диаметр Нептуна почти в 4 раза больше диаметра Земли, но составляет около трети гигантского Юпитера.

Рисунок 2. Нептун в сравнении с Землей. (Источник: wikimedia commons)

Его масса в 17 раз больше Земли, а объем в 57 раз больше. По массе она занимает третье место среди планет Солнечной системы и четвертое по размеру.

Краткое изложение основных физических характеристик Нептуна

-Масса: 1024 × 10 ²⁶ кг (в 17147 раз больше Земли)

-Средний радиус : 24 622 км, что в 3,87 раза больше радиуса Земли.

-Форма: сглажена на полюсах в 0,983 раза.

-Средний радиус орбиты: 4,498 x 10 ⁹ км, что эквивалентно 30,07 а.е.

- Наклон оси вращения : 30º по отношению к плоскости орбиты.

-Температура: -220ºC (облака)

-Гравитация: 11,15 м / с ² (1,14 г)

-Собственное магнитное поле: Да, 14 микротесла на экваторе.

-Атмосфера: водород 84%, гелий 12%, метан 2%, аммиак 0,01%.

-Плотность: 1,640 кг / м ³

-Спутники: на сегодняшний день известно 15.

-Кольца: Да, они тонкие и состоят из частиц льда и силикатов.

Движение переводов

Нептун, восьмая планета Солнечной системы, представляет собой газовый гигант, орбита которого вокруг Солнца имеет средний радиус 30 а.е. Астрономическая единица AU равна 150 миллионам километров и представляет собой среднее расстояние между Солнцем и Землей.

Рис. 3. Анимация, показывающая красным цветом орбиту Нептуна и синюю точку Урана. Источник: Wikimedia Commons.

Это означает, что радиус пути Нептуна в 30 раз больше, чем у Земли, поэтому один оборот вокруг Солнца занимает 165 лет.

Интересные факты о Нептуне

-Это самая удаленная от Солнца планета, поскольку Плутон, который находится после орбиты Нептуна, теперь является карликовой планетой.

-Нептун - самая маленькая из четырех планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

-Гравитация Нептуна очень похожа на гравитацию Земли.

-Это самая холодная планета в солнечной системе со средней температурой -221,4ºC.

-Он имеет систему колец, но в отличие от колец Сатурна, они не непрерывны, а вместо этого образуют дуги вдоль его орбитального пути.

-Нептун - самая плотная из планет-гигантов.

-Это ураганы с самыми быстрыми ветрами в солнечной системе, скорость которых может достигать поразительных 2100 км / ч.

-Нептун имеет большое темное пятно, водоворот размером с планету Земля. Это пятно, снятое в 1989 году, исчезло в 1994 году, но породило новое Темное пятно.

-Тритон, самый большой спутник Нептуна, вращается в направлении, противоположном его другим спутникам, поэтому считается, что он был захвачен планетой и образовался не одновременно с ней.

-Тритон (самый большой спутник Нептуна) имеет вулканы и азотные гейзеры, однако это одна из самых холодных звезд в Солнечной системе (-235ºC).

- Миссия "Вояджер-2" прошла 3000 километров от северного полюса планеты Нептун в 1989 году.

- 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый полный оборот по орбите с момента его открытия 23 сентября 1846 года.

Вращательное движение

Рисунок 4. Нептуну требуется почти 16 часов, чтобы сделать один полный оборот вокруг своей оси. Источник: НАСА.

Вращение Нептуна составляет 15 часов 57 минут и 59 секунд, согласно самым точным измерениям на сегодняшний день.

Непростая задача - определить скорость вращения планеты, которая показывает только поверхность ее атмосферы и которая также движется. Гораздо проще определить скорость вращения каменистых планет.

Когда "Вояджер-2" достиг Нептуна в 1989 году, период вращения оценивался в 16 часов 6,5 секунд. Сегодня это измерение известно как неточное благодаря кропотливым измерениям планетолога Эриха Каркошки из Университета Аризоны.

Скорость вращения и магнитное поле

Скорость вращения других планет-гигантов измеряется импульсами, излучаемыми магнитным полем. Однако этот метод не применим к Нептуну, поскольку ни ось, ни центр магнитного диполя не совпадают с осью вращения планеты, как мы видим на следующем сравнительном изображении:

Рисунок 5. Магнитное поле планет-гигантов. Источник: Seeds, M. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.

На изображении представлена ​​модель магнитного поля, создаваемого диполем (магнитом), расположенным более или менее в центре планеты. Эта модель также подходит для магнитного поля Земли.

Но поле Нептуна аномально в том смысле, что квадрупольный и более высокий входы могут быть больше, чем дипольное поле. И как мы видим на рисунке, диполь смещен от центра.

Поэтому Каркошка изобрел другой метод, используя более пятисот изображений, полученных с телескопа Хаббла. Он обнаружил две характерные особенности планеты, которые назвал: южнополярная особенность и южнополярная волна.

Они вращались с одинаковой скоростью с 1990-х годов, подтверждая, что это истинная скорость планеты.

Рис. 6. На этом изображении Нептуна цветные фильтры используются, чтобы выделить Темное пятно 2 и Южный полярный объект, которые, похоже, привязаны к планете. Источник: Эрих Каркошка.

Изображение на Рисунке 5 (выше) показывает цвета и контрасты, измененные фильтрами, чтобы подчеркнуть атмосферные характеристики планеты.

Как мы уже говорили, ветры в атмосфере Нептуна часто превышают скорость звука.

Таким образом, Большое темное пятно Нептуна меняет свое относительное положение со временем, в то время как Темное пятно 2 и южный полярный объект сохраняют свое относительное положение. Это говорит о том, что они привязаны к вращению планеты, что позволило Каркошке точно определить продолжительность дня на Нептуне.

Сочинение

Такие элементы, как водород (84%), гелий (12%), метан (2%) и другие газы, такие как аммиак, этан и ацетилен, находятся в атмосфере Нептуна. Под этой атмосферой находится смесь воды, жидкого аммиака, метана и расплавленной породы, содержащей кремнезем, железо и никель.

Возрастающие концентрации метана, аммиака и воды обнаруживаются в нижних частях атмосферы. В отличие от Урана, планеты-близнеца, Нептун состоит из большего объема океана.

Структура

Планета имеет скалистое ядро, окруженное ледяной оболочкой, и все это находится под плотной и толстой атмосферой, занимающей треть ее радиуса. Он похож на планету-близнец Уран.

На следующем рисунке более подробно показана структура Нептуна.

Рисунок 7. Внутреннее строение Нептуна. Источник: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Нептун имеет структуру с хорошо дифференцированными слоями:

- Верхний слой: он состоит из облаков, состоящих в основном из водорода и гелия, и в меньшей степени из метана и других газов. Это соответствует примерно 5-10% массы планеты.

- Атмосфера : водород, гелий и метан.

- Мантия: под атмосферой находится большая мантия планеты, жидкая область, где температура может достигать от 1727 до 4727 ° C. Она состоит из воды, метана и аммиака в жидком состоянии.

Мантия колеблется от 10 до 15 масс суши и богата водой, аммиаком и метаном. Эта смесь называется «лед», несмотря на то, что она горячая и плотная жидкость, ее также называют океаном воды и аммиака.

Сама мантия имеет очень высокие температуры, от 1700 ° C до 4700 ° C, и ее электропроводность также высока.

- Ядро: состоит из кремнезема, железа и никеля, подобно Урану, другому гиганту льда и газа. Масса ядра в 1,2 раза больше массы Земли. Давление в центре оценивается в 700 ГПа, что примерно вдвое больше, чем в центре Земли, с температурами до 5670 ºC.

атмосфера

Атмосфера Нептуна очень интересна и заслуживает отдельного раздела. Начнем с того, что здесь очень холодно, так как это самая удаленная от Солнца планета, которая получает очень мало солнечной радиации. Благодаря этому температура в верхней части атмосферы составляет порядка -220 ºC.

Но у Нептуна есть внутренний источник тепла, вероятно, из-за столкновений электронов проводимости в жидкой мантии, а также из-за остаточного тепла во время его образования.

Из-за этого огромного температурного градиента возникают огромные конвекционные потоки, что делает климатическую систему планеты очень экстремальной.

Так возникают самые большие штормы и ураганы в Солнечной системе, о чем свидетельствует образование огромных пятен антициклонических течений из-за встречных ветров на разных широтах.

Среди всех антициклонических систем Нептуна выделяется Большое темное пятно, впервые сфотографированное зондом «Вояджер-2» в 1989 году, когда он прошел 3000 километров от планеты.

Что касается цвета, Нептун даже более голубоватый, чем Уран, именно из-за более высокой концентрации метана, который поглощает красную длину волны и отражает синюю длину волны. Но есть и другие молекулы, которые определяют его цвет.

В нижней части атмосферы (тропосфере) температура уменьшается с высотой, но в верхней части (стратосфере) происходит обратное. Между этими слоями давление составляет 10 тысяч паскалей (Па).

Выше стратосферы находится термосфера, которая постепенно превращается в экзосферу, где давление снижается с 10 Па до 1 Па.

Спутники Нептуна

На сегодняшний день подсчитано 15 естественных спутников планеты. Самый крупный из его спутников и первый из открытых в 1846 году - это Тритон. В 1949 году был открыт второй спутник, названный Нереида.

В 1989 году миссия "Вояджер-2" обнаружила еще шесть спутников: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Лариса и Протей.

Позже в 2003 году были обнаружены Халимедес, Сан, Лаомедея, Псамате и Несо. Малогабаритный спутник 14 был открыт в 2013 году институтом SETI, его орбитальный период составляет 23 часа.

Давайте посмотрим некоторые подробности о главных спутниках Нептуна:

Тритон

Это самый большой из спутников Нептуна с диаметром 2700 км, что примерно в 18 раз меньше, чем его планета-хозяин, и почти в 5 раз меньше Земли.

Его орбитальный период составляет почти 6 дней, но, что любопытно, он вращается в направлении, противоположном вращению Нептуна и других его спутников. Кроме того, его орбита наклонена на 30 градусов по отношению к плоскости орбиты планеты.

Это самый холодный объект в Солнечной системе со средней температурой -235 ºC, состоящий из трех четвертей скальных пород и четверти льда. На его поверхности есть гейзеры с темным излучением в атмосферу, а на поверхности - равнины и несколько вулканов с кратерами на 200 км.

Рисунок 8. Основные спутники Нептуна; Тритон, Протей, Нереида и Лариса. Источник: Wikimedia Commons.

Нереида

Он был открыт Жераром Койпером в 1949 году благодаря тому, что он отражает 14% получаемого солнечного света.

Его размер составляет одну восьмую от Тритона, и он имеет очень эксцентричную орбиту, самый близкий подход к Нептуну составляет 1 354 000 км, а самое дальнее расстояние - 9 624 000 км, что занимает 360 дней.

Протей

Рисунок 9. Братство, равенство, свобода - это название, данное аркам кольца Адамса (самого внешнего). Внутреннее кольцо - это Леверье. (Источник: wikimedia commons)

Нептун имеет пять тонких и тусклых колец, состоящих в основном из частиц пыли и льда. Считается, что его происхождение связано с обломками, оставленными столкновениями метеоров и естественных спутников планеты.

Кольца названы в честь фамилий ученых, внесших наибольший вклад в их открытие и изучение. От самого внутреннего до самого внешнего - это Галле, Леверье, Лассель, Араго и Адамс.

Также есть кольцо, орбита которого совпадает со спутником Галатеи, которое мы можем видеть на следующем изображении:

Рисунок 10. Схема пяти колец Нептуна и их названий. Также показана орбита некоторых спутников. (Источник: НАСА).

Когда и как наблюдать Нептун

Нептун нельзя увидеть невооруженным глазом, даже в любительский телескоп он выглядит настолько маленьким, что его можно принять за звезду.

Для этого лучше всего использовать компьютерную программу или приложение, работающее как планетарий. Из операционной системы Android выделяется приложение Sky Maps, которое позволяет быстро определять местонахождение планет и других небесных объектов со значительной точностью.

Лучшее время для наблюдения - это когда планета находится в оппозиции, то есть Земля находится между линией, соединяющей Солнце с Нептуном.

Это явление происходит каждые 368 дней, а к 2020 году произойдет 11 сентября. Конечно, это не единственный повод для наблюдения за Нептуном, который виден и в другое время года.

В хороший телескоп Нептун можно выделить на фоне звезд, так как он выглядит как сине-зеленый диск.

Магнитосфера Нептуна

Ранее говорилось об особенностях магнитного поля Нептуна. Магнитные полюса планеты наклонены на 47º по отношению к оси вращения.

Магнитное поле создается движением проводящих жидкостей, которые образуют тонкий сферический слой внутри планеты. Но на Нептуне магнитные полюса смещены от центра примерно на 0,5 радиуса от планеты.

Напряженность поля на магнитном экваторе составляет порядка 15 микротесла, что в 27 раз больше, чем у Земли.

Геометрия поля сложна, поскольку квадрупольные вклады могут превышать дипольный вклад, в отличие от Земли, в которой наиболее важным вкладом является диполь.

Рисунок 11. Пекулярное магнитное поле Нептуна. (Источник: emaze.com)

Магнитосфера Нептуна простирается в 35 раз по радиусу на фронте ударной волны и 72 радиуса в хвосте.

Магнитопауза, то есть место, где магнитное давление равно давлению заряженных частиц от Солнца, находится между 23 и 27 радиусами от планеты.

Миссии на Нептун

Вояджер 2

Единственной космической миссией на орбите планеты Нептун был "Вояджер-2", прибывший на планету в 1982 году.

В то время были известны только два спутника: Тритон и Нереида. Но благодаря миссии "Вояджер-2" были обнаружены еще шесть: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Лариса и Протей. Эти спутники намного меньше Тритона, имеют неправильную форму и орбиты меньшего радиуса.

Предполагается, что эти шесть спутников являются остатками столкновения с древним спутником, который столкнулся с Тритоном, когда последний был захвачен гравитационным притяжением Нептуна.

«Вояджер-2» также обнаружил новые кольца на Нептуне. Хотя первое из колец было обнаружено в 1968 году, его существование и открытие новых было невозможно до прибытия указанного зонда в 1989 году.

Наиболее близкое сближение космического корабля с планетой произошло 25 августа 1989 г., что произошло на расстоянии 4800 км над северным полюсом Нептуна.

Поскольку это была последняя крупная планета, которую мог посетить космический корабль, было решено совершить близкий пролет над спутником Тритон, аналогично тому, что было сделано с «Вояджером-1», который пролетал над Сатурном и его спутником Титаном.

25 августа 1989 года космический корабль близко столкнулся с луной Нереидой, прежде чем достичь 4400 км от атмосферы Нептуна, и в тот же день прошел возле Тритона, крупнейшего спутника планеты.

Космический аппарат подтвердил существование магнитного поля, окружающего Нептун, и обнаружил, что поле смещено от центра и наклонено, подобно полю вокруг Урана.

Ссылки

1. N + 1. 200-килограммовые алмазы падают на Уран и Нептун. Получено с: nmas1.org.
2. Пауэлл, М. Планеты невооруженным глазом в ночном небе (и как их идентифицировать). Получено с: nakedeyeplanets.com.
3. Семена, М. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.
4. Wikipedia. Планетарное кольцо. Получено с: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Анно д'Нептун. Получено с: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Исследование Нептуна. Получено с: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Нептун (планета). Получено с: es.wikipedia.org.