Neptūnas — aštuntoji Saulės sistemos planeta ir dujinė milžinė

Istorija

Atradimas

Manoma, kad pirmasis Neptūną pastebėjo Galilėjus, nes jo brėžiniuose Neptūnas pavaizduotas netoli Jupiterio. Tačiau Galileo nebuvo pripažintas atradėju, nes manė, kad Neptūnas yra ne planeta, o "nejudanti žvaigždė". Dėl lėto Neptūno judėjimo dangaus skliautu mažas Galileo teleskopas nebuvo pakankamai stiprus, kad aptiktų Neptūną kaip planetą.

1821 m. Alexis Bouvardas paskelbė Urano orbitos astronomines lenteles. Vėlesni stebėjimai parodė, kad Urano orbita juda netaisyklingai, todėl kai kurie astronomai manė, kad netaisyklingo Urano judėjimo priežastis yra kitas didelis kūnas. 1843 m. Johnas Couchas Adamsas apskaičiavo aštuntosios planetos, kuri galbūt darytų įtaką Urano orbitai, orbitą. Jis nusiuntė savo skaičiavimus serui George'ui Airy, karališkajam astronomui, kuris paprašė Adamso paaiškinimo. Adamsas ėmė daryti atsakymo kopiją, bet taip ir neišsiuntė.

1846 m. Urbainas Le Verrier, kuris nedirbo su Adamsu, atliko savo skaičiavimus, bet taip pat nesulaukė didelio prancūzų astronomų dėmesio. Vis dėlto tais pačiais metais Džonas Heršelis pradėjo remti matematinį metodą ir paskatino Džeimsą Čalį (James Challis) ieškoti planetos. Po ilgo delsimo 1846 m. liepą Čalisas pradėjo savo nevalingas paieškas. Tuo tarpu Le Verjė įtikino Johaną Gotfrydą Galle ieškoti planetos.

Nors Heinrichas d'Arrestas dar buvo Berlyno observatorijos studentas, jis pasiūlė naujai nubraižytą dangaus žemėlapį Le Verjė numatytoje srityje palyginti su dabartiniu dangumi ir ieškoti, kaip pasikeitė planetos padėtis, palyginti su fiksuota žvaigžde. Tą pačią 1846 m. rugsėjo 23 d. naktį Neptūnas buvo atrastas per 1° (vieną laipsnį (kampą) nuo Le Verjė numatytos vietos ir apie 10° nuo Adamso prognozės. Vėliau Challis išsiaiškino, kad rugpjūtį jis planetą matė du kartus, tačiau dėl neatsargaus požiūrio į darbą jos neatpažino.

Kreditų suteikimas ir pavadinimų suteikimas

Pasklidus žiniai apie Neptūno atradimą, tarp prancūzų ir britų taip pat kilo daug ginčų dėl to, kam priklauso nuopelnai už šį atradimą. Vėliau tarptautiniu susitarimu buvo nuspręsta, kad tiek Le Verjeras, tiek Adamsas nusipelnė nuopelnų. Tačiau istorikai šią temą peržiūrėjo po to, kai 1998 m. buvo iš naujo atrasti "Neptūno dokumentai" (istoriniai dokumentai iš Karališkosios Grinvičo observatorijos), kurie, regis, buvo pavogti ir beveik tris dešimtmečius saugoti astronomo Olino Eggeno, ir tik netrukus po jo mirties buvo iš naujo atrasti (priklausė jam). Peržiūrėję dokumentus, kai kurie istorikai dabar mano, kad Adamsas nenusipelnė vienodų nuopelnų su Le Verjė.

Netrukus po atradimo Neptūnas laikinai buvo vadinamas "Urano išorine planeta" arba "Le Verjė planeta". Pirmasis pasiūlymą dėl pavadinimo pateikė Galle. Jis pasiūlė Januso vardą. Anglijoje Challis pasiūlė pavadinimą Oceanus. Prancūzijoje Arago pasiūlė naująją planetą pavadinti Leverjė - šis pasiūlymas už Prancūzijos ribų sulaukė didelio pasipriešinimo. Prancūzų almanachuose Uranas buvo pavadintas Heršelio vardu, o naujoji planeta - Leverjė.

Tuo tarpu Adamsas, remdamasis atskira ir skirtinga priežastimi, siūlė pakeisti Georgijaus vardą į Uraną, o Leverjė (per Ilgumos valdybą) - Neptūno vardą naujai planetai. Struvė 1846 m. gruodžio 29 d. Sankt Peterburgo mokslų akademijai pritarė šiam pavadinimui. Netrukus dėl Neptūno tarptautiniu mastu sutarė daugybė žmonių, ir tada tai buvo oficialus naujosios planetos pavadinimas. Romėnų mitologijoje Neptūnas buvo jūrų dievas, tapatinamas su graikų dievu Poseidonu.

Struktūra

Masė ir sudėtis

Neptūno masė yra 10,243×1025 kg, todėl ši planeta yra tarp Žemės ir didžiausių dujinių milžinių; Neptūno masė yra septyniolika Žemės masių, bet tik 1/18 Jupiterio masės. Neptūnas ir Uranas dažnai laikomi dujinių milžinių poklasio, vadinamo "ledo milžinėmis", dalimi, nes yra mažesni ir labai skiriasi jų sudėtis, palyginti su Jupiteriu ir Saturnu. Ieškant ekstrasolinių planetų, Neptūnas buvo naudojamas kaip atskaitos taškas nustatant atrastos planetos dydį ir sandarą. Kai kurios atrastos planetos, kurių masė panaši į Neptūno, dažnai vadinamos "Neptūnais". panašiai kaip astronomai įvairias ekstrasolines planetas vadina "Jupiteriais".

Neptūno atmosferą daugiausia sudaro vandenilis, mažiau helio. Atmosferoje taip pat aptiktas nedidelis metano kiekis. Svarbios metano sugerties juostos būna didesnio nei 600 nm bangos ilgio, raudonojoje ir infraraudonojoje spektro dalyje. Ši atmosferos metano raudonos šviesos absorbcija suteikia Neptūnui mėlyną atspalvį.

Kadangi Neptūnas skrieja labai toli nuo Saulės, jis gauna labai mažai šilumos, o viršutiniuose atmosferos sluoksniuose temperatūra yra -218 °C (55 K). Tačiau giliau dujų sluoksniuose temperatūra kyla lėtai. Kaip ir Urano atveju, šio įšilimo šaltinis nežinomas, tačiau skirtumai yra didesni: Neptūnas yra toliausiai nuo Saulės nutolusi planeta, tačiau jo vidinė energija yra pakankamai stipri, kad sukurtų sparčiausius Saulės sistemoje matomus vėjus. Buvo pasiūlyta keletas galimų paaiškinimų, įskaitant radiogeninį kaitinimą iš planetos branduolio, planetos gimimo metu inflikuotos medžiagos šilumos likučių nuolatinį spinduliavimą į kosmosą ir gravitacines bangas, prasiveržiančias virš tropopauzės.

Manoma, kad Neptūno vidaus struktūra yra labai panaši į Urano vidaus struktūrą. Tikėtina, kad ten yra branduolys, kurio masė, kaip manoma, yra apie 15 Žemės masių, sudarytas iš išsilydžiusių uolienų ir metalo, apsuptas uolienų, vandens, amoniako ir metano mišinio. Dėl didelio slėgio ledinė šio aplinkinio mišinio dalis išlieka kieta, nepaisant didelės temperatūros netoli branduolio. Atmosfera, besitęsianti maždaug 10-20 % kelio centro link, yra daugiausia vandenilio ir helio dideliame aukštyje. Žemesnėse atmosferos vietose yra daugiau metano, amoniako ir vandens mišinių. Labai lėtai ši tamsesnė ir karštesnė sritis susilieja su perkaitintu skystu vidumi. Slėgis Neptūno centre milijonus kartų didesnis nei Žemės paviršiuje. Palyginus jo sukimosi greitį su jo dulsvumo laipsniu matyti, kad jo masė, priešingai nei Urano, yra mažiau susitelkusi į centrą.

Orai ir magnetinis laukas

Vienas iš Neptūno ir Urano skirtumų yra stebimas (matomas arba matuojamas) meteorologinio aktyvumo lygis. Kai 1986 m. kosminis aparatas "Voyager" praskrido pro Uraną, buvo pastebėta, kad vėjai šioje planetoje yra silpni. Kai 1989 m. "Voyager" praskrido pro Neptūną, buvo stebimi galingi meteorologiniai reiškiniai. Neptūno orai pasižymi itin aktyviomis audrų sistemomis. Jo atmosferoje vyrauja didžiausi Saulės sistemoje vėjai, manoma, kad juos sukelia vidinės šilumos srautas. Įprastų vėjų greitis ekvatorinėje srityje siekia apie 1 200 km/h (750 mylių per valandą), o audrų sistemose vėjai gali siekti iki 2 100 km/h, t. y. beveik viršgarsinį greitį.

1989 m. NASA kosminis aparatas "Voyager 2" aptiko Didžiąją tamsiąją dėmę - Eurazijos dydžio cikloninę audrų sistemą. Audra priminė Jupiterio Didžiąją raudonąją dėmę. Tačiau 1994 m. lapkričio 2 d. Hubble'o kosminis teleskopas Didžiosios tamsiosios dėmės planetoje nepastebėjo. Vietoj jos planetos šiauriniame pusrutulyje buvo aptikta nauja audra, panaši į Didžiąją tamsiąją dėmę. Priežastis, kodėl Didžioji tamsioji dėmė išnyko, nežinoma. Viena iš galimų teorijų - šilumos perdavimas iš planetos branduolio sutrikdė atmosferos pusiausvyrą ir esamus cirkuliacijos modelius. Scooter yra dar viena audra, baltų debesų grupė, esanti toliau į pietus nuo Didžiosios tamsiosios dėmės. Jos pravardė buvo suteikta, kai ji pirmą kartą buvo pastebėta 1989 m., likus keliems mėnesiams iki "Voyager" susitikimo: ji judėjo greičiau nei Didžioji tamsioji dėmė. Vėlesnėse nuotraukose matėsi debesys, kurie judėjo dar greičiau nei Scooter. Burtininko akis / Tamsioji dėmė 2 yra dar viena pietinė cikloninė audra, antra pagal stiprumą audra, pastebėta per 1989 m. susitikimą. Iš pradžių ji buvo visiškai tamsi, tačiau "Voyager" priartėjus prie planetos išsivystė šviesus branduolys, kuris matomas daugumoje didžiausios skiriamosios gebos nuotraukų.

Skirtingai nuo kitų dujinių milžinų, Neptūno atmosferoje matomi aukšti debesys, sudarantys šešėlius ant žemiau esančio tankių debesų sluoksnio. Nors Neptūno atmosfera daug aktyvesnė nei Urano, abi planetos sudarytos iš tų pačių dujų ir ledo. Uranas ir Neptūnas nėra lygiai tokio paties tipo dujiniai milžinai, kaip Jupiteris ir Saturnas, bet veikiau ledo milžinai, t. y. jie turi didesnį kietąjį branduolį ir taip pat yra sudaryti iš ledo. Neptūnas yra labai šaltas, 1989 m. debesų viršūnėse užfiksuota net -224 °C (-372 °F arba 49 K) temperatūra.

Neptūno magnetosfera taip pat panaši į Urano magnetosferą, kurios magnetinis laukas yra stipriai pasviręs 47° kampu lyginant su sukimosi ašimi ir nutolęs mažiausiai 0,55 spinduliais (apie 13 500 km) nuo planetos fizinio centro. Lygindami abiejų planetų magnetinius laukus, mokslininkai mano, kad ekstremalus kursas gali būti būdingas srautams planetos viduje, o ne Urano sukimosi į šonus pasekmė. ^[]

Neptūno žiedai

Aplink mėlynąją planetą aptikti labai maži mėlynos spalvos žiedai, tačiau jie nėra taip gerai žinomi kaip Saturno žiedai. Kai šiuos žiedus atrado Edvardo Guinano vadovaujama komanda, iš pradžių jie manė, kad žiedai gali būti ne visi. Tačiau "Voyager 2" įrodė, kad tai buvo klaidinga. Neptūno planetos žiedai turi keistą "gremėzdišką" išsidėstymą. Nors šiuo metu priežastis nežinoma, bet kai kurie mokslininkai mano, kad taip gali būti dėl gravitacinio kontakto su mažais mėnuliukais, kurie skrieja šalia jų. ^[]

Pirmą kartą įrodyti, kad žiedai yra neužbaigti, pradėta aštuntojo dešimtmečio viduryje, kai buvo nustatyta, kad žvaigždžių užtemimo metu prieš pat planetos užtemimą arba po jo retai pasirodo papildomas "mirksnis". 1989 m. "Voyager 2" padarytos nuotraukos išsprendė šią problemą, kai buvo nustatyta, kad žiedų sistema turi kelis silpnus žiedus. Tolimiausias žiedas, Adamsas, turi tris garsius lankus, dabar pavadintus Liberté, Egalité ir Fraternité (Laisvė, Lygybė ir Brolybė).

Labai sunku suprasti, kodėl egzistuoja lankai, nes judėjimo dėsniai numato, kad lankai per labai trumpą laiką išsiplečia į vieną žiedą. Dabar manoma, kad lankai susidarė dėl Galatėjos, mėnulio, esančio visai šalia žiedo, gravitacinio poveikio.

Keletą kitų žiedų aptiko "Voyager" kameros. Be to, plonasis Adamso žiedas nuo Neptūno centro nutolęs apie 63 000 km, Leverjė žiedas - 53 000 km, o platesnis, mažesnis Galės žiedas - 42 000 km. Labai nedidelis išorinis Leverjė žiedo išsiplėtimas buvo pavadintas Lasselio žiedu; jo išorinį kraštą 57 000 km atstumu supa Arago žiedas.

2005 m. paskelbti nauji Žemėje atlikti stebėjimai parodė, kad Neptūno žiedai yra daug nestabilesni, nei manyta anksčiau. Tiksliau tariant, atrodo, kad Liberto žiedas gali greitai išnykti per mažiau nei 100 metų. Atrodo, kad naujieji stebėjimai gerokai supainiojo mūsų supratimą apie Neptūno žiedus.

Neptūno mėnuliai

Neptūnas turi 14 žinomų mėnulių. Kadangi Neptūnas buvo romėnų jūros dievas, planetos mėnuliai pavadinti mažesnių jūrų dievų ar deivių vardais. Didžiausias ir vienintelis pakankamai didelis, kad būtų rutulio formos, yra Tritonas (tariama:ˈtraɪtən), kurį Viljamas Laselas (William Lassell) atrado praėjus vos 17 dienų po paties Neptūno atradimo. Skirtingai nuo visų kitų didžiųjų planetų mėnulių, Tritonas skrieja retrogradine orbita, o tai rodo, kad šis mėnulis tikriausiai buvo pagautas ir galbūt kadaise buvo Kuiperio juostos objektas. Jis yra pakankamai arti Neptūno, kad būtų užfiksuotas sinchroninėje orbitoje, ir lėtai juda į Neptūną, o vieną dieną, kai peržengs Rošo ribą, bus atplėštas. Tritonas yra šalčiausias išmatuotas Saulės sistemos objektas, jo temperatūra siekia -235 °C (38 K, -392 °F). Jo skersmuo yra 2700 km (80 % Žemės Mėnulio, Lunos), masė - 2,15×1022 kg (30 % Lunos), orbitos skersmuo - 354 800 km (90 % Lunos), o orbitos periodas - 5,877 dienos (20 % Lunos).

Antrojo žinomo Neptūno mėnulio (pagal atstumą), keisto mėnulio Nereidės, orbita yra viena neįprasčiausių iš visų Saulės sistemos palydovų.

1989 m. liepos-rugsėjo mėn. "Voyager 2" atrado šešis naujus Neptūno mėnulius. Iš jų grumsto formos Proteus yra didžiausias žinomas objektas, kurio į rutulį nesuformavo jo paties gravitacija. Nors tai antras pagal masę Neptūno mėnulis, jo masė sudaro tik ketvirtadalį procento Tritono masės. Keturi artimiausi Neptūno mėnuliai - Naiada, Talasa, Despina ir Galatėja - skrieja pakankamai arti, kad būtų Neptūno žiedų viduje.

Kitas toliausiai esantis Larisos žvaigždynas iš pradžių buvo atrastas 1981 m., kai jis užgožė žvaigždę. Mėnuliui priskiriama Neptūno žiedo lankų atsiradimo priežastis, kai 1989 m. "Voyager 2" stebėjo Neptūną. 2004 m. paskelbta apie penkis naujus neįprastus mėnulius, atrastus 2002-2003 m. Naujausias mėnulis aptiktas 2013 m. liepos 16 d. tiriant Hubble teleskopo vaizdus. Jo skersmuo yra tik 12 mylių, todėl jis išvengė aptikimo net "Voyager 2" erdvėlaiviui.

Stebėjimas

Neptūno negalima pamatyti vien plika akimi, nes įprastinis Neptūno ryškis yra +7,7-8,0 magnitudės, o jį gali nustelbti Jupiterio Galilėjaus mėnuliai, nykštukinė planeta Ceres ir asteroidai 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno ir 6 Hebe. Teleskopu arba stipriais žiūronais Neptūnas bus matomas kaip mažas mėlynas taškelis, panašus į Uraną. Mėlyna spalva atsiranda dėl jo atmosferoje esančio metano. Dėl mažo akivaizdaus dydžio jį sunku tyrinėti vizualiai; dauguma teleskopinių duomenų buvo gana riboti, kol neatsirado Hubble'o kosminis teleskopas ir dideli antžeminiai teleskopai su adaptyviąja optika.

Neptūno orbitos periodas (žvaigždinis periodas) yra 164,88 Julijaus metų, todėl netrukus Neptūnas sugrįš (kad būtų atrastas) į tą pačią dangaus vietą, kurioje jis buvo atrastas 1846 m. Tai įvyks tris skirtingus kartus, taip pat ketvirtą kartą, kai jis labai priartės prie tos padėties. Tai bus 2009 m. balandžio 11 d., kai jis judės progresyviai; 2009 m. liepos 17 d., kai jis judės retrogradiškai; ir 2010 m. vasario 7 d., kai jis judės progresyviai. Jis taip pat labai priartės prie to paties taško nuo 1846 m. atradimo 2010 m. spalio pabaigoje-lapkričio pradžioje-lapkričio viduryje, kai Neptūnas iš retrogradinio judėjimo pereis į tiesioginį tiksliai Neptūno atradimo laipsnyje ir tada akimirkai sustos išilgai ekliptikos per 2 lanko minutes tame taške (arčiausiai bus 2010 m. lapkričio 7 d.). Tai bus paskutinis kartas per ateinančius maždaug 165 metus, kai Neptūnas bus savo atradimo taške.

Tai paaiškinama retrogradacijos idėja. Neptūnas, kaip ir visos Saulės sistemos planetos ir asteroidai, esantys už Žemės ribų, tam tikrais sinodinio periodo momentais patiria retrogradaciją. Be retrogradacijos pradžios, kiti įvykiai sinodinio periodo viduje yra astronominė opozicija, grįžimas į progreduojamąjį judėjimą ir konjunkcija su Saule.

2011 m. rugpjūtį Neptūnas, skriejantis aplink Saulę, sugrįžo į pradinį atradimo tašką.

Tyrimas

Šiuo metu Neptūną yra aplankęs tik vienas erdvėlaivis. NASA zondas "Voyager 2" 1989 m. rugpjūčio 25 d. greitai praskriejo pro šią planetą ir buvo paskutinė planeta, kurią aplankė bent vienas erdvėlaivis.

Vienas iš svarbiausių "Voyager 2" atradimų buvo labai artimas praskriejimas pro Tritoną, kurio metu buvo nufotografuotos kelios mėnulio dalys. Zondas taip pat atrado Didžiąją tamsiąją dėmę, nors ji jau išnyko po to, kai 1994 m. Hubble'o kosminis teleskopas nufotografavo Neptūną. Iš pradžių manyta, kad tai didelis debesis arba cikloninė audros sistema, tačiau vėliau spėta, kad tai tiesiog skylė matomame debesų sluoksnyje.

Paaiškėjo, kad Neptūnas turi stipriausius vėjus iš visų Saulės sistemos dujinių milžinų. Išoriniuose Saulės sistemos regionuose, kur Saulė šviečia daugiau kaip 1000 kartų silpniau nei Žemėje (vis dar labai ryški, jos magnitudė -21), paskutinis iš keturių milžinų iš tiesų įvyko taip, kaip mokslininkai ir tikėjosi. Galima manyti, kad kuo toliau planeta yra nuo Saulės, tuo mažiau energijos ir šilumos reikia labai stipriems aplinkiniams vėjams sukurti ir paleisti. Jupiteryje vėjai jau buvo šimtai kilometrų per valandą. Užuot pastebėję lėtesnius vėjus, mokslininkai tolimesniame Neptūne aptiko greitesnius vėjus (daugiau nei 1600 km/h).

Vienas iš galimų spėjimų, kodėl vėjo greitis yra didesnis, yra tas, kad jei susidaro pakankamai energijos, susidaro turbulencija, kuri sulėtina vėjus (kaip Jupiteryje). Tačiau Neptūne Saulės energijos yra tiek mažai, kad prasidėję vėjai sulaukia labai mažo pasipriešinimo ir gali išlaikyti labai didelį greitį. Šiaip ar taip, Neptūnas atiduoda daugiau energijos nei gauna iš Saulės, o šių vėjų vidinės energijos šaltinis lieka nenustatytas.

1989 m. iš "Voyager 2" į Žemę atsiųstos nuotraukos tapo PBS visą naktį rodomos programos "Neptūnas visą naktį" pagrindu.