Надо Знать

добавить знаний



Нептун (планета)


Neptune.jpg

План:


Введение

Нептун - восьмая по удаленности от Солнца, четвертая по величине и третий по массе планета Солнечной системы, относящейся к планет-гигантов. Ее орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Также орбиту Нептуна пересекает комета Галлея. Нептун является четвертой по диаметру и третьей по массой планетой в Солнечной системе. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше Земли. Планета названа в честь римского бога морей. Его астрономический символ Neptune symbol.svg - Стилизованная версия трезубца Нептуна.

Нептун был открыт 23 сентября 1846 года, и стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчетам, а не путем регулярных наблюдений. Предположение о наличии планеты были связаны с непредвиденными изменениями в орбите Урана, гравитационные силы которого могли привести до появления этих отклонений. Впоследствии Нептун был найден в пределах рассчитанного местоположения. Вскоре был открыт и его спутник Тритон, однако остальные 12 спутников, которые известны сейчас, были открыты только в XX веке. Мимо Нептун пролетал только один космический аппарат - "Вояджером-2", который пролетел вблизи планеты 25 августа 1989 года.


1. Параметры планеты

Нептун движется вокруг Солнца эллиптической, близкой к круговой орбите ( эксцентриситет 0,009), его среднее расстояние от Солнца в 30 раз больше, чем в Земли, и составляет примерно 4497 млн км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более 4 часов. Продолжительность "нептунианського года", то есть время одного полного оборота вокруг Солнца - 164,8 земных лет. Экваториальный диаметр планеты 49 500 км, что почти вчетверо превышает диаметр Земли, к тому же собственное вращение настолько быстрое, что сутки на Нептуне длится всего 16 часов. Хотя средняя плотность Нептуна (1,66 г / см 3) почти втрое меньше земной, его масса (из-за больших размеров планеты) в 17,23 раза больше, чем у Земли. Нептун выглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины, при сильном увеличении он имеет вид зеленоватого диска, лишенного каких-либо деталей.

Нептун имеет магнитное поле, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле.

Эффективная температура поверхности планеты составляет около 38 К. В центре ядра Нептуна температура достигает 7000 К при давлении 7-8 мегабар.


2. Химический состав, физические условия и строение

Строение Нептуна:
1. Верхняя атмосфера и слой облаков.
2. Атмосфера (водород, гелий, метан)
3. Мантия (водяной, аммиачный, метановый лед)
4. Каменное ядро

Нептун имеет химический состав, вероятно, подобен Урану: различные "льды" или отвердевшие газы, содержащие около 15% водорода и небольшого количества гелия. Как и Уран, и в отличие от Юпитера с Сатурном, Нептун, возможно, не имеет четкого внутреннего расслоения. Но наиболее вероятно, что у него есть небольшое твердое ядро (равное по массе Земле) [ ]. Атмосфера Нептуна - это, в основном, водород и гелий с небольшой примесью метана : синий цвет Нептуна является результатом поглощения этим газом красного света в атмосфере, как на Уране. В атмосфере Нептуна было обнаружено явления, схожие с земными полярными сияниями.

Подобно типовых газовых планет, Нептун известен сильными бурями и вихрями, быстрыми ветрами, дующими на ограниченных полосах, наряду с экватором. На Нептуне самые быстрые ветры в Солнечной системе, они разгоняются до 1000 км / час. Ветры дуют на Нептуне в западном направлении, против вращения планеты. В низких широтах ветер дует параллельно экватору в обратном направлении, его скорость составляет около 100 м / сек. Следует заметить, что у планет-гигантов скорость потоков и течений в их атмосферах увеличивается с расстоянием от Солнца. Эта закономерность пока не имеет объяснения. На снимках можно увидеть облака в атмосфере Нептуна. Подобно Юпитера и Сатурна, Нептун имеет внутренний источник тепла - он излучает более чем вдвое энергии, чем получает от Солнца. Такое интенсивное инфракрасное излучение свидетельствует о нагреве, вероятно вызвано гравитационным сжатием планеты.


3. Атмосфера

Облака на Нептуне

Атмосфера Нептуна состоит из водорода (примерно 67%), гелия (31%) и метана (2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также незначительные примеси веществ, которые являются результатом фотолиза метана: ацетилен C 2 H 2, диацетилен C 4 H 2, этилен C 2 H 4 и этан C 2 H 6, а также угарный газ CO и молекулярный азот N 2.

Основной слой облаков находится на уровне давления около 3 атмосфер, он состоит из замерзшего сероводорода H 2 S, возможно, с небольшой примесью аммиака NH 3. Температура в этой области составляет около 100 К (-173 C). Выше основного слоя, в холодной прозрачной атмосфере конденсируются редкие белые облака из замерзшего метана CH 4. Эти облака поднимаются на высоту 50-150 км и отбрасывают тени на основной облачный покров, как это видно на снимках Вояджера-2.

Ниже первого слоя облаков, на уровне давления около 20 атмосфер и температуре около 200 К (-70 C), расположен второй слой облаков из гидросульфида аммония NH 4 SH. Еще глубже расположен облака из водяного льда.

Температурный минимум ( тропопауза) в атмосфере Нептуна составляет 50 К (-223 C) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.)., Образуя тонкий заоблачный снег. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10 -8 -10 -7 атмосфер при температуре 160 К (-110 C) расположена мезопауза - область постоянной температуры, выше которой находится термосфера. Температура термосферы достигает 750 К.


4. Большое Темное Пятно

Подробнее в статье Большое темное пятно
Большое темное пятно

После пролета " Вояджера-2 " 1989 года мимо планеты, известной деталью на Нептуне стало Большое Темное Пятно в южном полушарии. Она вдвое меньше Большое Красное Пятно Юпитера (т.е. в диаметре примерно равна Земле). Располагаясь на 20 южнее экватора, она вращалась против часовой стрелки с периодом около 16 дней. Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300 метров в секунду. "Вояджер-2" также видел меньшее темное пятно в южном полушарии и небольшое непостоянное белое облако. Оно могло быть потоком, отходящим от нижних слоев атмосферы к верхним, но истинная природа его остается пока неизвестной.

Любопытно, что наблюдения 1994 года показали, что Большое Темное Пятно исчезло. Она или просто рассеялось, или до определенного времени ее закрыли другие части атмосферы. Через несколько месяцев было обнаружено новое темное Пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то, что атмосфера Нептуна изменяется быстро, возможно из-за небольших изменений в температурах верхних и нижних облаков.


5. Кольца Нептуна

Подробнее в статье Кольца Нептуна
Кольца Нептуна

Нептун также имеет кольца - два широких и два узких. Их было открыто во время затмения Нептуном одной из звезд 1981 года. Наблюдения с Земли позволили увидеть только слабые дуги вместо полных колец, но фотографии "Вояджера-2" в августе 1989-го года показали их полностью. Одно из колец имеет сложную искаженную структуру. Подобно Урановым и Юпитеровым, кольца Нептуна очень темны и строение их неизвестно. Но это не помешало дать им названия: внешнее - Адамс (содержащее три дуги, выделяющиеся, которые почему-то окрестили Свободой, Равенством и Братством), затем - безымянное кольцо, совпадающее с орбитой спутника Нептуна Галатеи, следом - Леверье (чьи внешние расширения названы Лассель и Араго), и, наконец, слабое, но широкое кольцо Галле. Как видно, названия колец увековечили тех, кто принимал участие в открытии Нептуна.


6. Магнитосфера

Магнитное поле Нептуна, как и поле Урана, ориентированное необычно и, вероятно, создается течением проводящего вещества (возможно, воды), расположенной в средних слоях планеты, выше ядра. Магнитная ось наклонена на 47 градусов к оси вращения, к тому же, ось симметрии магнитного поля Нептуна не проходит через центр планеты, а отклонена от него более чем на пиврадиуса, напоминающий свойства магнитного поля вокруг Урана. Соответственно, и напряженность поля на поверхности в разных ее местах меняется от трети до утроенного значение земной. Даже в какой-то одной точке поверхности поле также изменчиво, как и положение и интенсивность источника в недрах планеты.

По случайности, при подлете к Нептуну, "Вояджер" двигался почти точно в направлении южного магнитного полюса планеты, что дало возможность ученым провести ряд уникальных исследований, многие результаты которых до сих пор не лишены таинственности и непонятности. В атмосфере были обнаружены явления, подобные земным полярных сияний и сделаны предположения о строении Нептуна. Исследуя магнитные явления, "Вояджеру" удалось точно установить период вращения Нептуна вокруг своей оси - 16 часов 7 минут.


7. История открытия

Подробнее в статье История открытия Нептуна

После того, как 1781 Вильям Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, довольно скоро обнаружились аномалии в движении этой планеты: он то "отставал" от рассчитанного, то "опережал" его. Орбита Урана не соответствовала закона Ньютона. Это навело на мысль о существовании за Ураном еще одной планеты, которая могла бы своим гравитационным притяжением искажать траекторию 7-й планеты.

1832 года в отчете Британской Ассоциации развития науки Джордж Эри, впоследствии ставший королевским астрономом, отмечал, что за 11 лет ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от Британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой "заурановой" планеты. Очевидно, это было первым предложением искать планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.

А еще за год до этого талантливый молодой студент Дж.К.Адамс відзначив у своїх записах: На початку цього тижня з'явивилася думка відразу ж після одержання ступеня взятися за дослідження аномалій руху Урану, що дотепер не пояснені. Треба знайти, чи можуть вони бути обумовлені впливом невідкритої планети і, якщо можливо, визначити хоча б приблизно елементи її орбіти, що може призвести до її відкриття.

Адамс отримав можливість взятися до розв'язання цієї задачі лише за два роки, і до жовтня 1843 попередні обчислення було закінчено. Адамс вирішив показати їх Ері, проте зустрітися з королівським астрономом йому не вдалося. Адамс повернувся до Кембриджу, залишивши для Ері результати проведених розрахунків. З незрозумілих причин Ері відреагував на роботу Адамса негативно, ціною чого виявилася втрата Англією пріоритету у відкритті нової планети.

Незалежно від Адамса над проблемою зауранової планети працював у Франції інший вчений, У. Ж. Левер'є. 10 листопада 1845 він надав Французькій Академії Наук результати свого теоретичного аналізу руху Урану, звернувши увагу на розбіжності між даними спостережень та розрахунків: Це можна пояснити впливом зовнішнього чинника, що я оціню в другому тракті. Такі оцінки були здійснені в першій половині 1846 і Левер'є надав вказівки, де варто шукати нову планету.

Отримавши другий тракт Левер'є, Ері звернув увагу на збіг результатів досліджень Адамса і Левер'є, що стосуються руху гіпотетичної планети, яка збурює траєкторію Урану, і навіть підкреслив це на спеціальному засіданні Ради інспекторів Грінвіча. Але як і раніше він, не поспішав починати пошуки і став клопотатися про них лише в липні 1846 р., зрозумівши, яке обурення може викликати згодом його пасивність.

Тим часом 31 серпня 1846 Левер'є закінчив ще одне дослідження, у якому було отримано остаточну систему елементів орбіти невідомої планети та зазначене її місце на небі. Обчислення його базувалися на результатах спостережень Юпітера, Сатурна і власне Урану. Але у Франції, як і в Англії, астрономи все ще не ставали до пошуків, і 18 вересня Левер'є звернувся до Йоганна Галле, асистента Берлінської обсерваторії, який 23 вересня разом із студентом д'Арестом розпочав пошуки. У перший же вечір планету було виявлено, вона знаходилася зовсім близько від вказаного місця. Звістка про відкриття планети на кінчику пера стала яскравим тріумфом небесної механіки і незабаром облетіла весь науковий світ. За сталою традицією планета одержала назву Нептун на честь античного бога.

Близько року між Францією та Англією йшла боротьба за пріоритет відкриття, до якої, як це часто буває, самі герої безпосереднього відношення не мали. Зокрема, між Адамсом і Левер'є встановилося повне порозуміння, і вони залишалися друзями до кінця життя.



8. Формування та міграція

Симуляція зовнішніх планет і пояса Койпера: а) До того як Юпітер і Сатурн вступили в резонанс 2:1; б) Розсіяння об'єктів пояса Койпера в Сонячній системі після зміни орбіти Нептуна; c) Після викидання тел пояса Койпера Юпітером.

Для формування крижаних гігантів - Нептуна і Урана - виявилося важко створити точну модель. Сучасні моделі вважають, що щільність матерії у зовнішніх регіонах Сонячної системи була занадто низькою для формування таких великих тіл традиційно прийнятим методом аккреции матерії на ядро. Щоб пояснити еволюцію Урана і Нептуна, було висунуто безліч гіпотез.

Одна з них вважає, що обидва крижаних гіганта не сформувалися методом аккреции, а з'явилися через нестабільності всередині початкового протопланетного диска, і пізніше їх атмосфери були " здуті " випромінюванням масивної зірки класу O або B [3].

Інша концепція полягає в тому, що Уран і Нептун сформувалися близько до Сонця, де щільність матерії була вищою, і згодом перемістилися на поточні орбіти [4]. Гіпотеза переміщення Нептуна користується популярністю, тому що дозволяє пояснити поточні резонанси в поясі Койпера, особливо, резонанс 2:5. Коли Нептун рухався назовні, він стикався з об'єктами прото-пояса Койпера, створюючи нові резонанси і хаотично змінюючи існуючі орбіти. Вважається, що об'єкти розсіяного диска опинилися в поточному становищі через взаємодії з резонансами, створюваними міграцією Нептуна [5].

Запропонована в 2004 році комп'ютерна модель Алессандро Морбіделлі з обсерваторії Лазурного берега в Ніцці припустила, що переміщення Нептуна до поясу Койпера могло бути ініційовано формуванням резонансу 1:2 на орбітах Юпітера й Сатурна, який послужив, свого роду, гравітаційним зусиллям, яке штовхнуло Уран і Нептун на більш високі орбіти й змусило їх поміняти місце розташування. Виштовхування об'єктів з поясу Койпера в результаті цієї міграції може також пояснити " пізнє важке бомбардування ", що відбулося через 600 мільйонів років після формування Сонячної системи, і поява у Юпітера троянських астероїдів [6].



9. Спутники Нептуна

Детальніше у статті Супутники Нептуна

Нептун має 13 супутників: 1 великий, 3 середніх і 9 маленьких. Інформацію про деякі з них наведено у таблиці.

Супутники Нептуна (дані про відкриття)
Назва (укр.) Назва (лат.) Попереднє позначення Дата відкриття Місце відкриття Відкривачі
I Тритон Triton - 10.10.1846 Великобритания Ліверпул В.Ласселл
II Нереида Nereid - 1.05.1949 США Форт-Дейвіс Дж.П.Койпер
III Наяда Naiad S/1989 N 6 18.09.1989 КА "Вояджер-2" Р.Терріл
IV Таласса Thalassa S/1989 N 5 18.09.1989 КА "Вояджер-2" Р.Терріл
V Деспина Despina S/1989 N 3 28.07.1989 КА "Вояджер-2" С.Сіннотт
VI Галатея Galathea S/1989 N 4 28.07.1989 КА "Вояджер-2" С.Сіннотт
VII Ларисса Larissa S/1981 N 1
S/1989 N 2
24.05.1981
28.07.1989
США Тусон
КА "Вояджер-2"
Г.Рейтсема, В.Габбард, Л.Лебофскі, Д.Дж.Толен
С.Сіннотт
VIII Протей Protheus S/1989 N 1 16.06.1989 КА "Вояджер-2" С.Сіннотт
IX Галимеда Halimede S/2002 N 1 14.08.2002 Чилі Ла-Серена М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич
X Псамафа Psamathe S/2003 N 1 29.08.2003 США о. Мауна-Кеа С.Шеппард, Дж.Клейна, Д.Джуїтт
XI Сао Sao S/2002 N 2 14.08.2002 Чилі Ла-Серена М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич
XII Лаомедея Laomedeia S/2002 N 3 13.08.2002 Чилі Ла-Серена М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич
XIII Несо Neso S/2002 N 4 14.08.2002 Чилі Ла-Серена М.Голмен, Дж.Кавеларс, Т.Грав, В.Фрезер, Д.Мілісавлєвич

9.1. Тритон

Детальніше у статті Тритон (супутник)

Тритон открыто Уильямом Ласселом (о.Мальта, 1846). Он имеет 14 звездную величину и является наибольшим среди спутников Нептуна. Расстояние от Нептуна 394700 км, сидерический период обращения 5 сут 21 час. 3 мин., Диаметр около 2707 км, что на 769 км меньше диаметра Луны, хотя масса его в 3,5 раза меньше. Это единственный спутник Солнечной системы, который вращается вокруг своей планеты в противоположную сторону от вращения самой планеты вокруг своей оси. Есть версии, что Тритон - захваченная когда-то Нептуном самостоятельная планета. Имеет большое альбедо - 60-90% (альбедо Луны - 12%), так в основном состоит из водяного льда. У Тритона была обнаружена ничтожная газовая оболочка, давление которой на поверхности в 70 000 раз меньше земного атмосферного давления. Происхождение этой атмосферы, которая должна бы давно рассеяться, объясняют частыми извержениями на спутнике, которые пополняют ее газами. Когда было получено снимки Тритона, на его ледяной поверхности действительно заметили гейзероподобные извержения азота и темных частиц пыли разного размера. Все это рассеивается в окружающем пространстве. Есть предположение, что после захвата Нептуном спутник был разогрет приливными силами, и он был даже жидким первый миллиард лет после захвата. Возможно, в недрах своих он по-прежнему сохранил это агрегатное состояние. Поверхность Тритона напоминает полярные шапки галилеевых спутников Юпитера : Европы, Ганимеда, Ио, а также Ариэля (спутника Урана).


9.2. Нереида

Второй по величине спутник Нептуна. Среднее расстояние от Нептуна 6,2 млн. км, диаметр - около 200 км. Нереида - самый удаленный спутник Нептуна (среди известных). Она делает один оборот вокруг планеты за 360 дней. Орбита Нереиды сильно вытянута, ее эксцентриситет составляет 0,75. Наибольшее расстояние от спутника до планеты превышает наименьшее в семь раз. Нереиду было открыто 1949 года Джерардом Койпером (США).


10. Миссии к Нептуну

1977 года Лабораторией Реактивного Движения (JPL [7]) году был запущен миссию Вояджер-2, пролетавший мимо Нептун 1989 года. Сейчас этот аппарат является единственным, который приближался к планете.

НАСА изучала возможность исследований Нептуна с помощью космического аппарата на орбите планеты, но миссию Neptune / Triton Orbiter принято не было.

Источники

  1. Алексей Левин. Охота на планету: Нептун / / Популярная механика. - (№ 5 2009). (Рус.)
  2. Вика Воробьева. "Нептун". Планетные системы . http://www.allplanets.ru/statyi.htm . Проверено 2010-09-19 . (Рус.)
  3. " Ошибка шаблона {{ Cite web }} не определен параметр |title= ". 2002-09-30
  4. " Ошибка шаблона {{ Cite web }} не определен параметр |title= ".
  5. " Ошибка шаблона {{ Cite web }} не определен параметр |title= ". 2005.
  6. " Ошибка шаблона {{ Cite web }} не определен параметр |title= ".
  7. http://jpl.nasa.gov
п о р Нептун
Открытие Neptune.jpg
Исследование
Характеристики
Спутники Нептуна
Троянцы Нептуна
2001 QR322 2004 UP10 2005 TN53 2005 TO74 2006 RJ103 2007 RW10
Другое
Нептун в фантастике
п о р Солнечная система
Solar System Template Final.png
Солнце

Гелиосфера
Гелиопауза
Тифон Кето Седна
Списки периодических и непериодических комет Дамоклоиды Облако Оорта
См.. также астрономические объекты, список объектов солнечной системы по размеру, Портал: Астрономия


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам