Несколькими месяцами позже, независимо от Адамса расчёты произвёл и французский астроном Урбен Жан Жозеф Леверье (1811-1877) и представил их в Гринвичскую обсерваторию. Здесь сразу вспомнили о расчетах Адамса, и с 1846 года была развёрнута программа наблюдений в Кембриджской обсерватории, но результатов она не дала. Летом 1846 г. Леверье сделал более подробный доклад в Парижской обсерватории, познакомил коллег со своими расчётами, которые были такими же и даже более точными, чем у Адамса.
Но французские астрономы, оценив математическое мастерство Леверье, к проблеме поиска трансурановой планеты особого интереса не проявили. Это не могло не разочаровать мэтра Леверье, и он 18 сентября 1846 г. отправил письмо ассистенту Берлинской обсерватории Иоганну Готфриду Галле (1812-1910), в котором, в частности, писал: «… Потрудитесь направить телескоп в созвездие Водолея. Вы обнаружите планету девятой звёздной величины в пределах 1° от точки эклиптики с долготой 326°…»
Фотография Нептуна, сделанная аппаратом "Вояджер - 2".
23 сентября 1846 года, сразу же по получении письма, Иоганн Галле и его ассистент, студент-старшекурсник Генрих д’Арре направили телескоп в созвездие Водолея и обнаружили новую, восьмую планету почти точно в том месте, на которое указал Леверье. И вскоре Парижская академия наук заявила, что планету открыл Урбен Леверье. Англичане пытались протестовать и требовали признать первооткрывателем планеты Джона Адамса. В итоге приоритет открытия был признан за Германией. На сегодняшний день почти во всех справочниках указано, что планету Нептун открыл Иоганн Галле в 1864 году ( по теоретическим данным У.Ж. Леверье и Дж.К. Адамса ). Открытую планету назвали Нептуном по имени древнеримского бога морей ( На древнегреческом Посейдон ). Планета Нептун могла быть открыта Галилеем еще в 1646 году, который принял её за звезду. С тех пор прошло еще 200 лет пока планета - гигант, нашей Солнечной системы была открыта официально.
Физические характеристики и орбита.
Нептун движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 30 а.е. и делает один оборот за 164,8 лет. С такого расстояния Солнце кажется не диском, как с Земли, а яркой звездой. Освещенность, создаваемая этой звездой на орбите Нептуна, почти в 900 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на Земле, но в 525 раз превышает освещенность, создаваемую на Земле полной Луной. Нептун - планета, погруженная в вечные сумерки. Масса Нептуна составляет 17,15 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность ( 1,64 г/куб.см ) всего в полтора раза больше плотности воды. Нептун входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер, Сатурн и Уран. Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15 - 20% от их полной массы.
Орбиты планет в Солнечной системе.
Расстояние между Нептуном и Землёй составляет от 4,3 до 4,6 млрд км. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот. С Земли он был виден иначе, чем в день открытия, в результате того, что период обращения Земли вокруг Солнца ( 365,25 дня ) не является кратным периоду обращения Нептуна. Эллиптическая орбита планеты наклонена на 1,77° относительно орбиты Земли. Вследствие наличия эксцентриситета 0,011, расстояние между Нептуном и Солнцем изменяется на 101 млн км - разница между перигелием и афелием, то есть ближайшей и самой отдалённой точками положения планеты вдоль орбитального пути.
Осевой наклон Нептуна - 28,32°, что похоже на наклон оси Земли и Марса. В результате этого планета испытывает схожие сезонные изменения. Однако из - за длинного орбитального периода Нептуна сезоны длятся в течение сорока лет каждый. Подобно остальным планетам - гигантам, Нептун быстро вращается. Он делает один оборот за 16,11 часа. Этот период соответствует вращению планеты как целого, в то время как экваториальная зона вращается медленнее, а приполярные зоны - быстрее этого периода.
Строение Нептуна.
Внутреннее строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10 - 20 % от общей массы планеты, и расстояние от поверхности до конца атмосферы составляет 10 - 20 % расстояния от поверхности до ядра. Вблизи ядра давление может достигать 10 ГПа. Объёмные концентрации метана, аммиака и воды найдены в нижних слоях атмосферы. Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000 - 5000 К. Масса мантии Нептуна превышает земную в 10 - 15 раз, по разным оценкам, и богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями.
Внутреннее строение Нептуна: 1. Верхняя атмосфера, верхние облака 2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана 3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда 4. Каменно - ледяное ядро.
По общепринятой в планетологии терминологии эту материю называют ледяной, даже при том, что это горячая, очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электро - проводимостью, иногда называют океаном водного аммиака. На глубине 7000 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые "падают" на ядро. Согласно одной из гипотез, имеется целый океан "алмазной жидкости". Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли. Давление в центре достигает 7 Мегабар, то есть примерно в 7 млн раз больше, чем на поверхности Земли. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К.
Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, следствие более высокой внутренней температуры. При этом Нептун в полтора раза отдалённее от Солнца, чем Уран, и получает лишь 40 % от солнечного света, который получает Уран. Поверхностные же температуры этих двух планет примерно равны. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в −221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает −201,15 °C. Глубже идут газы, однако температура устойчиво повышается. Как и с Ураном, механизм нагрева неизвестен, но несоответствие большое: Уран излучает в 1,1 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла производит 161 % от получаемого от Солнца. Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты ( так - же как и Земля греется калием 40, к примеру ).
Кольца и спутники.
Самое первое сообщение о кольце вокруг Нептуна сделал британский астроном Уильям Ласселл в октябре 1846 года - спустя несколько дней после открытия этой планеты. Наблюдал он кольцо неоднократно и лишь через шесть лет пришел к выводу, что это - оптическая иллюзия, обусловленная недостатком его нового телескопа. Первый реальный намек на то, что Нептун окружен кольцами, появился почти полтора века спустя. В 1984 году французский астроном Андрэ Браик проводил наблюдения Нептуна на обсерватории "Тололо", расположенной в Чили. Обнаружилось, что при прохождении Нептуна на фоне далекой звезды свет от нее трижды прерывался какими - то объектами, расположенными на одном и том же расстоянии от Нептуна.
Кольца Сатурна сделанные аппаратом "Вояджер - 2".
Эти объекты были названы дугами ( или арками ), и их стали считать участками не сформировавшегося кольца. Вещество в них распределено неравномерно: плотность резко падает у концов дуги. Представить себе стабильное скопление частиц в одной части орбиты очень трудно. Ведь периоды обращения независимых частиц хоть немного, но отличаются, так что все скопление должно постепенно растянуться вдоль орбиты и превратиться в кольцо. Пять лет спустя на фотографиях, полученных со станции "Вояджер - 2", действительно были обнаружены кольца, окружающие планету. Кольца состоят из очень мелких темных частиц, пылинок, плохо отражающих свет назад, но из-за своей малости хорошо рассеивающих его вперед. Также аппарат сфотографировал уникальное образование - три плотные яркие арки, нанизанные на непрерывное узкое и прозрачное пылевое колечко.
Внутри арок видна цепь отдельных сгустков на расстоянии нескольких сот километров друг от друга. Исследование арок показывает, что в середине они содержат уплотнение шириной 15 км, окруженное прозрачным пылевым шлейфом шириной 50 км. Сложные расчеты позволили сделать вывод о том, что арки Нептуна представляют собой цепочки ранее неизвестных науке эллиптических вихрей антициклонического типа, состоящих из твердых частиц. Размеры самых крупных частиц, видимо, достигают нескольких сот метров. Эти уникальные вихри названы "эпитонами"; они сложным образом взаимодействуют с ближайшим спутником ( Галатеей ), между собой и с непрерывным пылевым кольцом.
У Нептуна на данный момент известно 14 спутников. Масса крупнейшего составляет более, чем 99,5 % от суммарной массы всех спутников Нептуна, и лишь он массивен настолько, чтобы стать сфероидальным. Это Тритон, открытый Уильямом Ласселом всего через 17 дней после открытия Нептуна. В отличие от всех остальных крупных спутников планет в Солнечной системе, Тритон обладает ретроградной орбитой. Возможно, он был захвачен гравитацией Нептуна, а не сформировался на месте, и, возможно, когда - то был карликовой планетой в поясе Койпера. Он достаточно близок к Нептуну, чтобы постоянно находиться в синхронном вращении.
Тритон, спутник Нептуна.
Из - за приливного ускорения Тритон медленно двигается по спирали к Нептуну, и, в конечном счёте, будет разрушен при достижении предела Роша. В результате чего будет образованно кольцо, которое может быть более мощным, чем кольца Сатурна ( это произойдёт через относительно небольшой в астрономических масштабах период времени: от 10 до 100 миллионов лет ). В 1989 году была проведена оценка температуры Тритона, которая составила −235 °C. На тот момент это было наименьшее измеренное значение для объектов в Солнечной системе, обладающих геологической активностью. Тритон является одним из трёх спутников планет Солнечной системы, имеющих атмосферу ( наряду с Ио и Титаном ).
Атмосфера.
В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий, которые составляют соответственно 80 и 19 % на данной высоте. Также наблюдаются следы метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном является важнейшим фактором, придающим атмосфере Нептуна синий оттенок. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура снижается вместе с высотой, и стратосфера, где температура с высотой, наоборот, увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 бар. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10 - 4 , 10 - 5 микробар. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что в зависимости от высоты, она состоит из облаков переменных составов. Облака верхнего уровня находятся в зоне давления ниже одного бара, где температура способствует конденсации метана.
На фото, сделанном "Вояджером - 2", виден горизонтальный рельеф облаков.
При давлении между одним и пятью барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 бар облака могут состоять из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды. Глубже, при давлении в приблизительно 50 бар, могут существовать облака из водяного льда, при температуре, равной 0 °C. Также, не исключено, что в данной зоне могут быть найдены облака из аммиака и сероводорода. Высотные облака Нептуна наблюдались по отбрасываемым ими теням на непрозрачный облачный слой ниже уровнем. Среди них выделяются облачные полосы, которые "обёртываются" вокруг планеты на постоянной широте. У данных периферических групп ширина достигает 50 - 150 км, а сами они находятся на 50 - 110 км выше основного облачного слоя. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из - за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен. В стратосфере также обнаружены следы циано - водорода и угарного газа.
Климат и шторм на планете.
Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими почти сверхзвуковых скоростей ( около 600 м/с ). В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном. В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси. На высоких широтах направление ветров совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах противоположно ему. Различия в направлении воздушных потоков, как полагают, следствие "скин - эффекта", а не каких - либо глубинных атмосферных процессов. Содержание в атмосфере метана, этана и ацетилена в области экватора превышает в десятки и сотни раз содержание этих веществ в области полюсов. Это наблюдение может считаться свидетельством в пользу существования апвеллинга на экваторе Нептуна и его понижения ближе к полюсам.
Большое тёмное пятно ( вверху ), Скутер ( белое треугольное облачко посередине ), и Малое тёмное пятно ( внизу ).
В 2007 году было замечено, что верхняя тропосфера южного полюса Нептуна была на 10 °C теплее, чем остальная часть Нептуна, где температура в среднем составляет −200 °C. Такая разница в температуре достаточна, чтобы метан, который в других областях верхней части атмосферы Нептуна находится в замороженном виде, просачивался в космос на южном полюсе. Эта "горячая точка" - следствие осевого наклона Нептуна, южный полюс которого уже четверть нептунианского года, то есть примерно 40 земных лет, обращён к Солнцу. По мере того, как Нептун будет медленно продвигаться по орбите к противоположной стороне Солнца, южный полюс постепенно уйдёт в тень, и Нептун подставит Солнцу северный полюс. Таким образом, высвобождение метана в космос переместится с южного полюса на северный. Из - за сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии Нептуна, как наблюдалось, увеличились в размере и альбедо. Эта тенденция была замечена ещё в 1980 году, и, как ожидается, продлится до 2020 года с наступлением на Нептуне нового сезона.
В 1989 году Большое тёмное пятно, устойчивый шторм - антициклон размерами 13.000 × 6.600 км, был открыт аппаратом НАСА "Вояджер - 2". Этот атмосферный шторм напоминал Большое красное пятно Юпитера, однако 2 ноября 1994 года космический телескоп "Хаббл" не обнаружил его на прежнем месте. Вместо него новое похожее образование было обнаружено в северном полушарии планеты. Скутер - это быстрый шторм, обнаруженный южнее Большого тёмного пятна. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем "скутер", группы облаков. Малое тёмное пятно, второй по интенсивности шторм, наблюдавшийся во время сближения "Вояджера - 2" с планетой в 1989 году, расположено ещё южнее. Первоначально оно казалось полностью тёмным, но при сближении яркий центр Малого тёмного пятна стал виднее, что можно заметить на большинстве чётких фотографий с высоким разрешением.
Большой тёмное пятно на Нептуне.
"Тёмные пятна" Нептуна, как полагают, рождаются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака. Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое. Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе. Постоянство сопутствующих облаков показывает, что некоторые прежние "тёмные пятна" могут продолжить своё существование как циклон, даже при том что они теряют тёмный окрас. Тёмные пятна могут рассеяться, если они движутся слишком близко к экватору или через некий иной неизвестный пока механизм.
Миссии к Нептуну.
Ближе всего к Нептуну "Вояджер - 2" подошёл 25 августа 1989 года. Так как Нептун был последней крупной планетой, которую мог посетить космический аппарат, было решено совершить близкий пролёт вблизи Тритона, не считаясь с последствиями для траектории полёта. Схожая задача стояла и перед "Вояджером - 1" - пролёт вблизи Сатурна и его крупнейшего спутника - Титана. Изображения Нептуна, переданные на Землю "Вояджером - 2", стали основой для появления в 1989 году в Публичной телевещательной службе ( PBS ) программы на всю ночь под названием "Нептун всю ночь".
Во время сближения сигналы с аппарата шли до Земли 246 минут. Поэтому, по большей части, миссия "Вояджер - 2" опиралась на предварительно загруженные команды для сближения с Нептуном и Тритоном, а не на команды с Земли. "Вояджер - 2" совершил достаточно близкий проход вблизи от Нереиды, прежде чем прошёл всего в 4400 км от атмосферы Нептуна 25 августа. Позднее в тот же день аппарат пролетел вблизи Тритона.
"Вояджер - 2" подтвердил существование магнитного поля планеты и установил, что оно наклонено, как и поле Урана. Вопрос о периоде вращения планеты был решён измерением радиоизлучения. "Вояджер - 2" также показал необычно активную погодную систему Нептуна. Было открыто 6 новых спутников планеты и колец, которых, как оказалось, было несколько.
Около 2016 года НАСА планировала послать к Нептуну КА "Нептун Орбитер". В настоящее время никаких предположительных дат старта не называется, и стратегический план исследования Солнечной системы больше не включает этот аппарат.
