NEPTUN (PLANETA): CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, RUCH, STRUKTURA - ARTE - 2026

Neptun jest ósmą planetą w Układzie Słonecznym pod względem odległości orbitalnej, lodowym olbrzymem i najbardziej oddaloną ze wszystkich planet. Dzieje się tak, odkąd Pluton przestał być uważany za planetę w 2006 roku, stając się planetą karłowatą, która jest częścią pasa Kuipera.

Na nocnym niebie Neptun wygląda jak mała niebieskawa kropka, o której niewiele wiedziano, dopóki misje kosmiczne z końca lat 80., takie jak Voyager 2, dostarczyły danych o planecie i jej satelitach.

Rysunek 1. Neptun sfotografowany przez sondę Voyager 2 w 1989 roku, obraz przedstawia ciemne plamy spowodowane burzami atmosferycznymi. (Źródło: NASA)

Zdjęcia sondy Voyager 2 po raz pierwszy pokazały planetę o niebiesko-zielonej powierzchni, z silnymi burzami i szybkimi prądami wiatrowymi, tworzącymi ciemne plamy antycykloniczne. Są bardzo podobne do tych z Jowisza, chociaż nie są tak trwałe w czasie jak te.

Atmosfera Neptuna jest bogata w metan i ma bardzo słaby układ pierścieni. Planeta ma magnetosferę, dlatego przypuszcza się, że ma metaliczne jądro.

Do tej pory policzono 15 satelitów Neptuna, wśród których Triton i Nereida są głównymi satelitami.

Odkrycie i historia

Odkrycie Neptuna było wynikiem przewidywań matematycznych, opartych na obserwacjach zaburzeń na orbitach planet Urana i Saturna. Wcześniej w 1610 r. Galileusz już dostrzegł Neptuna za pomocą tego samego teleskopu, którego użył do odkrycia księżyców Jowisza, ale pomylił go z gwiazdą.

Znacznie później, w 1846 roku, francuski matematyk specjalizujący się w mechanice niebieskiej Urbain Le Verrier zbadał pewne zaburzenia na orbitach Saturna i Urana. Najlepszym wytłumaczeniem była propozycja istnienia nowej planety, której orbitę i położenie przewidział na niebie. Następnym krokiem było znalezienie planety, więc Le Verrier przekonał niemieckiego astronoma Johanna Gottfrieda Galle do jej poszukiwania.

W nocy 23 września 1846 roku Galle potwierdził ze swojego obserwatorium w Berlinie istnienie nowej planety iw ciągu kilku dni pojawił się jej największy satelita, Tryton.

Niemal jednocześnie w Cambridge w Anglii młody matematyk John Couch Adams, który również pracował nad tym problemem przez jakiś czas, dokonał podobnych przewidywań.

Neptun zawdzięcza swoją nazwę bogu morza w mitologii rzymskiej (odpowiednik greckiego boga Posejdona), zgodnie z tradycją nazywania planet na cześć bóstw z rzymskiego panteonu.

Charakterystyka ogólna

Średnica Neptuna jest prawie 4 razy większa od średnicy Ziemi, ale stanowi około jednej trzeciej gigantycznego Jowisza.

Rysunek 2. Neptun w porównaniu z Ziemią. (Źródło: wikimedia commons)

Jego masa jest 17 razy większa od masy Ziemi, a jej objętość jest 57 razy większa. Pod względem masy zajmuje trzecie miejsce wśród planet Układu Słonecznego i czwarte pod względem wielkości.

Podsumowanie głównych cech fizycznych Neptuna

-Masa: 1024 × 10 ²⁶ kg (17147 razy większa od Ziemi)

-Średni promień : 24 622 km, co odpowiada 3,87 krotności promienia Ziemi.

-Kształt: spłaszczony na biegunach o współczynnik 0,983.

-Średni promień orbity: 4,498 x 10 ⁹ km, co odpowiada 30,07 AU

- Nachylenie osi obrotu : 30 ° w stosunku do płaszczyzny orbity.

-Temperatura : -220ºC (chmury)

-Grawitacja: 11,15 m / s ² (1,14 g)

-Własne pole magnetyczne: Tak, 14 mikrotesli na równiku.

-Atmosfera: wodór 84%, hel 12%, metan 2%, amoniak 0,01%.

-Gęstość: 1640 kg / m ³

-Satelity: 15 znanych do tej pory.

-Pierścienie: Tak, są cienkie i składają się z cząstek lodu i krzemianów.

Ruch tłumaczeniowy

Neptun, ósma planeta w Układzie Słonecznym, to gazowy olbrzym, którego orbita wokół Słońca ma średni promień 30 jednostek astronomicznych. Jednostka astronomiczna AU wynosi 150 milionów kilometrów i jest średnią odległością między Słońcem a Ziemią.

Rysunek 3. Animacja przedstawiająca orbitę Neptuna na czerwono wraz z Uranem, który jest niebieskim punktem. Źródło: Wikimedia Commons.

Oznacza to, że promień ścieżki Neptuna jest 30 razy większy niż promień Ziemi, więc jeden obrót wokół Słońca zajmuje 165 lat.

Zabawne fakty o Neptunie

-Jest to planeta najbardziej oddalona od Słońca, ponieważ Pluton, który znajduje się po orbicie Neptuna, jest teraz planetą karłowatą.

-Neptun to najmniejsza z czterech planet olbrzymów (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun).

-Grawitacja Neptuna jest bardzo podobna do grawitacji Ziemi.

-Jest to najzimniejsza planeta w Układzie Słonecznym, ze średnią temperaturą -221,4ºC.

-Ma układ pierścieni, ale w przeciwieństwie do Saturna, nie są one ciągłe, ale zamiast tego tworzą łuki wzdłuż jego orbity.

-Neptun to najgęstsza z gigantycznych planet.

-Ma huragany z najszybszymi wiatrami w Układzie Słonecznym, które mogą osiągnąć zdumiewające 2100 km / h.

-Neptune ma Wielką Ciemną Plamę, wir wielkości Ziemi. Miejsce to, sfotografowane w 1989 roku, zniknęło w 1994 roku, ale dało początek nowej Ciemnej Plamie.

-Triton, największy satelita Neptuna, obraca się w przeciwnym kierunku do innych swoich satelitów, dlatego uważa się, że został uwięziony przez planetę i nie uformował się w tym samym czasie.

-Triton (największy satelita Neptuna) ma wulkany i gejzery azotowe, jednak jest to jedna z najzimniejszych gwiazd w Układzie Słonecznym (-235ºC).

-Misja Voyager 2 przeleciała 3000 kilometrów od bieguna północnego planety Neptun w 1989 roku.

-12 lipca 2011 r. Neptun ukończył swoją pierwszą pełną orbitę od czasu odkrycia 23 września 1846 r.

Ruch obrotowy

Rysunek 4. Neptun potrzebuje prawie 16 godzin, aby wykonać jeden pełny obrót wokół własnej osi. Źródło: NASA.

Obrót Neptuna wynosi 15 godzin, 57 minut i 59 sekund, zgodnie z najdokładniejszym do tej pory pomiarem.

Wyznaczenie prędkości obrotu planety, która pokazuje jedynie powierzchnię swojej atmosfery i również się porusza, nie jest łatwym zadaniem. O wiele łatwiej jest określić prędkość obrotową planet skalistych.

Kiedy Voyager 2 dotarł do Neptuna w 1989 r., Oszacowano okres rotacji 16 godzin i 6,5 sekundy. Dziś wiadomo, że pomiar ten jest niedokładny, dzięki skrupulatnym pomiarom planetologa Ericha Karkoschki z University of Arizona.

Prędkość obrotowa i pole magnetyczne

Prędkość obrotu innych planet olbrzymów jest mierzona za pomocą impulsów emitowanych przez pole magnetyczne. Jednak metoda ta nie dotyczy Neptuna, ponieważ ani oś, ani środek dipola magnetycznego nie pokrywają się z osią obrotu planety, co widać na poniższym obrazie porównawczym:

Rysunek 5. Pole magnetyczne olbrzymów. Źródło: Seeds, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.

Zdjęcie przedstawia model pola magnetycznego wytwarzanego przez dipol (magnes), znajdujący się mniej więcej w centrum planety. Model ten nadaje się również do pola magnetycznego Ziemi.

Ale pole Neptuna jest anomalne w tym sensie, że kwadrupol i dane wejściowe wyższego rzędu mogą być większe niż pole dipolowe. Jak widać na rysunku, dipol jest przesunięty od środka.

Dlatego Karkoschka opracował inną metodę, wykorzystując ponad pięćset zdjęć z teleskopu Hubble'a. Znalazł dwie charakterystyczne cechy planety, które nazwał: cecha południowo-biegunowa i południowa fala polarna.

Obracają się one z tą samą prędkością od lat 90. XX wieku, co potwierdza, że ​​jest to prawdziwa prędkość planety.

Rysunek 6. Na tym zdjęciu Neptuna kolorowe filtry są używane do podświetlenia ciemnej plamki 2 i funkcji bieguna południowego, które wydają się być zakotwiczone na planecie. Źródło: Erich Karkoschka.

Obraz na Rysunku 5 (powyżej) pokazuje kolory i kontrasty zmodyfikowane przez filtry w celu podkreślenia atmosferycznych cech planety.

Jak powiedzieliśmy, wiatry w atmosferze Neptuna często przekraczają prędkość dźwięku.

W związku z tym Wielka Ciemna Plama Neptuna zmienia swoje względne położenie w czasie, podczas gdy Ciemna Plama 2 i Funkcja bieguna południowego zachowują swoje względne pozycje. Sugeruje to, że są one związane z obrotem planety, co pozwoliło Karkoschce dokładnie określić długość dnia na Neptunie.

Kompozycja

Pierwiastki takie jak wodór (84%), hel (12%), metan (2%) i inne gazy, takie jak amoniak, etan i acetylen, znajdują się w atmosferze Neptuna. W tej atmosferze występuje mieszanina wody, ciekłego amoniaku, metanu i stopionej skały, zawierająca krzemionkę, żelazo i nikiel.

Rosnące stężenia metanu, amoniaku i wody występują w dolnych częściach atmosfery. W przeciwieństwie do Urana, planety bliźniaczej, kompozycja Neptuna ma większą objętość oceanu.

Struktura

Planeta ma skaliste jądro otoczone lodową powłoką, a wszystko to w gęstej i gęstej atmosferze, zajmującej jedną trzecią jej promienia. Jest podobny do tej z bliźniaczej planety Uran.

Poniższy rysunek przedstawia bardziej szczegółowo strukturę Neptuna.

Rysunek 7. Struktura wewnętrzna Neptuna. Źródło: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Neptun ma strukturę z dobrze zróżnicowanymi warstwami:

- Warstwa górna: składa się z chmur składających się głównie z wodoru i helu oraz w mniejszym stopniu z metanu i innych gazów. Odpowiada około 5-10% masy planety.

- Atmosfera : wodór, hel i metan.

- Płaszcz: pod atmosferą znajduje się wielki płaszcz planety, płynny region, w którym temperatury mogą sięgać od 1727 do 4727 ° C. Składa się z wody, metanu i amoniaku w stanie płynnym.

Płaszcz ma od 10 do 15 mas lądu i jest bogaty w wodę, amoniak i metan. Ta mieszanina, mimo że jest gorącym i gęstym płynem, nazywana jest „lodem” i nazywana jest także oceanem wody i amoniaku.

Sam płaszcz ma bardzo wysokie temperatury, między 1700ºC a 4700ºC, a jego przewodność elektryczna jest również wysoka.

- Rdzeń: zbudowany z krzemionki, żelaza i niklu, podobny do Urana, innego giganta lodu i gazu. Masa jądra jest 1,2 razy większa od masy Ziemi. Ciśnienie w centrum szacuje się na 700 GPa, czyli mniej więcej dwa razy więcej niż w środku Ziemi, przy temperaturach dochodzących do 5670 ° C.

Atmosfera

Atmosfera Neptuna jest bardzo ciekawa i zasługuje na specjalną sekcję. Przede wszystkim jest bardzo zimno, ponieważ jest to najbardziej oddalona od Słońca planeta i otrzymuje bardzo mało promieniowania słonecznego. W związku z tym temperatura w górnej części atmosfery jest rzędu -220 ºC.

Ale Neptun ma wewnętrzne źródło ciepła, prawdopodobnie z powodu zderzeń elektronów przewodzących w płaszczu płynu, a także z pozostałego ciepła podczas jego tworzenia.

Z powodu tego ogromnego gradientu temperatury występują ogromne prądy konwekcyjne, które powodują, że system klimatyczny planety jest bardzo ekstremalny.

I tak powstają największe burze i huragany w Układzie Słonecznym, o czym świadczą powstawanie ogromnych płatów prądów antycyklonicznych, z powodu przeciwnych wiatrów na różnych szerokościach geograficznych.

Spośród wszystkich systemów antycyklonicznych Neptuna wyróżnia się Wielka Ciemna Plama, sfotografowana po raz pierwszy przez sondę Voyager 2 w 1989 roku, kiedy minęła 3000 kilometrów od planety.

Pod względem koloru Neptun jest jeszcze bardziej niebieskawy niż Uran, właśnie ze względu na wyższe stężenie metanu, który pochłania czerwoną falę i odbija niebieską długość fali. Ale są też inne cząsteczki, które wpływają na jego kolor.

W dolnym obszarze atmosfery (troposfera) temperatura spada wraz z wysokością, ale w górnym obszarze (stratosfera) jest odwrotnie. Pomiędzy tymi warstwami ciśnienie wynosi 10 tysięcy paskali (Pa).

Nad stratosferą znajduje się termosfera, która stopniowo przekształca się w egzosferę, w której ciśnienie spada z 10 Pa do 1 Pa.

Satelity Neptuna

Do tej pory policzono 15 naturalnych satelitów planety. Największym z jego satelitów i pierwszym odkrytym w 1846 roku jest Tryton. W 1949 roku odkryto drugiego satelitę, nazwanego Nereida.

W 1989 roku misja Voyager 2 odkryła sześć kolejnych satelitów: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa i Proteus.

Później w 2003 roku odkryto Halimedes, Sao, Laomedeia, Psámate i Neso. Mały satelita 14 został odkryty w 2013 roku przez instytut SETI, a jego orbita trwa 23 godziny.

Zobaczmy kilka szczegółów na temat głównych księżyców Neptuna:

Tryton

Jest to największy z satelitów Neptuna o średnicy 2700 km, około 18 razy mniejszy od planety macierzystej i prawie 5 razy mniejszy od Ziemi.

Jego okres orbitalny trwa prawie 6 dni, ale co ciekawe, obraca się w przeciwnym kierunku do obrotu Neptuna i innych jego satelitów. Ponadto jego orbita jest nachylona pod kątem 30 stopni w stosunku do płaszczyzny orbity planety.

Jest to najzimniejszy obiekt w Układzie Słonecznym o średniej temperaturze -235 ºC i składa się z trzech czwartych skał i jednej czwartej lodu. Na jego powierzchni znajdują się gejzery, z ciemnymi emanacjami do atmosfery, podczas gdy na powierzchni znajdują się równiny i niektóre wulkany z kraterami o długości 200 km.

Rysunek 8. Główne satelity Neptuna; Triton, Proteus, Nereida i Larisa. Źródło: Wikimedia Commons.

Nereida

Został odkryty przez Gerarda Kuipera w 1949 roku, dzięki temu, że odbija 14% otrzymywanego światła słonecznego.

Jego wielkość wynosi jedną ósmą Tritona i ma bardzo ekscentryczną orbitę, najbliższe podejście do Neptuna to 1354000 km, a najdalsza odległość to 9624000 km, co zajmuje 360 ​​dni.

odmieniec

Rycina 9. Braterstwo, równość, wolność to nazwa nadana łukom pierścienia Adamsa (najbardziej oddalonym). Pierścień wewnętrzny to Le Verrier. (Źródło: wikimedia commons)

Neptun ma pięć cienkich i słabych pierścieni, złożonych głównie z cząstek pyłu i lodu. Uważa się, że jego pochodzenie znajduje się w szczątkach pozostawionych przez zderzenia między meteorami a naturalnymi satelitami planety.

Nazwy pierścieni pochodzą od nazwisk naukowców, którzy w największym stopniu przyczynili się do ich odkrycia i badań. Od najgłębszego do najbardziej oddalonego są to Galle, Le Verrier, Lassell, Arago i Adams.

Istnieje również pierścień, którego orbitę dzieli z satelitą Galatea, co widać na poniższym obrazku:

Rysunek 10. Diagram przedstawiający pięć pierścieni Neptuna i ich nazwy. Pokazana jest również orbita niektórych satelitów. (Źródło: NASA).

Kiedy i jak obserwować Neptuna

Neptuna nie widać gołym okiem, nawet teleskop amatorski wygląda na tak mały, że można go pomylić z gwiazdą.

W tym celu najlepiej skorzystać z programu komputerowego lub aplikacji, która działa jak planetarium. W przypadku systemu operacyjnego Android wyróżnia się aplikacja Sky Maps, która umożliwia szybkie lokalizowanie planet i innych ciał niebieskich z dużą precyzją.

Najlepszym czasem do obserwacji jest sytuacja, gdy planeta znajduje się w opozycji, to znaczy Ziemia znajduje się pomiędzy linią łączącą Słońce z Neptunem.

Zjawisko to występuje co 368 dni, a do 2020 roku nastąpi 11 września. Z pewnością nie jest to jedyna okazja do obserwacji Neptuna, który jest widoczny również w innych porach roku.

Przy pomocy dobrego teleskopu Neptun można odróżnić od gwiazd tła, ponieważ wygląda jak niebiesko-zielony dysk.

Magnetosfera Neptuna

Wcześniej komentowano osobliwości pola magnetycznego Neptuna. Bieguny magnetyczne planety są nachylone pod kątem 47º względem osi obrotu.

Pole magnetyczne jest generowane przez ruch płynów przewodzących, które tworzą cienką kulistą warstwę wewnątrz planety. Ale na Neptunie bieguny magnetyczne są przesunięte od środka o około 0,5 promienia od planety.

Natężenie pola na równiku magnetycznym jest rzędu 15 mikrotesli i jest 27 razy większe niż na Ziemi.

Geometria pola jest złożona, ponieważ udział kwadrupoli może przekroczyć udział dipola, w przeciwieństwie do Ziemi, w której najbardziej istotnym wkładem jest dipol.

Rysunek 11. Osobliwe pole magnetyczne Neptuna. (Źródło: emaze.com)

Magnetosfera Neptuna rozciąga się do 35 razy promień na czole uderzenia i 72 promienie na ogonie.

Magnetopauza, czyli miejsce, w którym ciśnienie magnetyczne jest równe ciśnieniu naładowanych cząstek ze Słońca, znajduje się między 23 a 27 promieniami od planety.

Misje do Neptuna

Voyager 2

Jedyną misją kosmiczną, która okrążyła planetę Neptun, był Voyager 2, który przybył na planetę w 1982 roku.

W tym czasie znane były tylko dwa satelity: Tryton i Nereida. Ale dzięki misji Voyager 2 odkryto sześć kolejnych: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa i Proteus. Te satelity są znacznie mniejsze niż Triton, mają nieregularny kształt i mniejsze promienie orbit.

Podejrzewa się, że te sześć satelitów jest pozostałością po zderzeniu ze starożytnym satelitą, który zderzył się z Trytonem, kiedy ten ostatni został przechwycony przez grawitację Neptuna.

Voyager 2 odkrył również nowe pierścienie na Neptunie. Chociaż pierwszy z pierścieni został odkryty w 1968 roku, jego istnienie i odkrycie nowych nie było możliwe do przybycia tej sondy w 1989 roku.

Najbliższe zbliżenie sondy do planety miało miejsce 25 sierpnia 1989 r., W odległości 4800 km nad biegunem północnym Neptuna.

Ponieważ była to ostatnia duża planeta, jaką sonda mogła odwiedzić, zdecydowano się przelecieć blisko księżyca Triton, podobnie jak w przypadku sondy Voyager 1, która przeleciała obok Saturna i jego księżyca Tytana.

25 sierpnia 1989 roku sonda odbyła bliskie spotkanie z księżycem Nereid, zanim osiągnęła 4400 km od atmosfery Neptuna i tego samego dnia przeleciała w pobliżu Trytona, największego księżyca planety.

Sonda zweryfikowała istnienie pola magnetycznego otaczającego Neptuna i odkryła, że ​​pole to zostało przesunięte ze środka i przechylone, podobnie jak pole wokół Urana.

Bibliografia

1. N + 1. 200 kilogramów diamentów spada na Urana i Neptuna. Odzyskany z: nmas1.org.
2. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (i jak je zidentyfikować). Odzyskany z: nakedeyeplanets.com.
3. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
4. Wikipedia. Pierścień planetarny. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Neptune. Odzyskane z: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Eksploracja Neptuna. Odzyskane z: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Neptun (planeta). Odzyskane z: es.wikipedia.org.