Нептун: что известно о самой далёкой планете Солнечной системы

Среднее расстояние от Солнца до Нептуна — около 4,5 миллиарда километров. Это примерно в 30 раз больше расстояния между Землёй и Солнцем. Из-за этого солнечный свет там очень слабый. Даже свету требуется около 4 часов, чтобы добраться от Солнца до Нептуна.

Расстояние от Земли до Нептуна постоянно меняется, потому что обе планеты движутся по своим орбитам. В разные моменты оно составляет от 4,3 до 4,7 миллиарда километров.

Нептун настолько далёкий, что добраться до него удалось только одному космическому аппарату — «Вояджеру-2». Он был запущен в 1977 году, а мимо Нептуна пролетел в 1989 году. Путь занял около 12 лет, хотя аппарат летел по очень выгодной траектории с гравитационными «помощниками» планет-гигантов.

До 2006 года Нептун был предпоследней планетой Солнечной системы: девятой считался Плутон. Но Международный астрономический союз пересмотрел определение планеты. Чтобы объект считался ею, он должен:

• вращаться вокруг Солнца;
• иметь достаточную массу, чтобы стать почти круглым;
• «очищать» свою орбиту от других тел.

Плутон не соблюдает последний критерий, потому что находится в области пояса Койпера — зоны за орбитой Нептуна, где много ледяных объектов. Поэтому его перевели в категорию карликовых планет, а Нептун стал официально самой дальней планетой Солнечной системы.

Нептун относится к классу ледяных гигантов. Это особая группа планет, у которых нет твёрдой поверхности. Под плотной атмосферой у них находятся слои веществ — воды, аммиака и метана, — которые под огромным давлением переходят в необычное «плотное» состояние. Их часто называют «льдами», хотя это не лёд в земном смысле.

По своим размерам Нептун — одна из крупнейших планет Солнечной системы. Его диаметр — около 49 500 км (почти в 4 раза больше диаметра Земли), масса — примерно 17 масс Земли, средняя плотность — около 1,6 г/см³. Нептун очень большой по объёму, но при этом не такой плотный, как каменистые планеты вроде Земли. Поэтому его относят не к «сухопутным» планетам, а к гигантам с газово-ледяной структурой.

Ускорение свободного падения на условном уровне облаков Нептуна — около 11 м/с², то есть немного больше земного. Так как у планеты нет твёрдой поверхности, «встать на неё» невозможно — любое тело будет постепенно погружаться в более плотные слои атмосферы.

Нептун вращается вокруг своей оси довольно быстро. Один полный оборот занимает примерно 16 земных часов, поэтому местные сутки там короче, чем на Земле. Если ты окажешься на Нептуне, день и ночь сменялись бы быстрее.

Но с годом ситуация совсем другая. Из-за огромного расстояния до Солнца Нептун движется по своей орбите очень медленно. Один полный оборот вокруг Солнца занимает примерно 164,8 земных года — это почти 60 тысяч земных суток.

Атмосфера этой планеты в основном состоит из водорода и гелия, а также содержит небольшое количество метана. Несмотря на его малую долю, именно метан сильно влияет на внешний вид планеты. Он поглощает красную часть солнечного света и отражает синюю. Из-за этого Нептун выглядит насыщенно-голубым. Уран тоже имеет метан в атмосфере, но его цвет более бледный. Точная причина различий до конца не установлена — учёные считают, что дело может быть в особенностях облачного слоя и распределении метана в атмосфере.

Температура

Температура на Нептуне меняется с высотой. В верхних слоях она опускается примерно до −220 °C. Это одна из самых низких температур, которая известна в Солнечной системе. Если рассматривать уровень давления, близкий к земному (то есть условную «удобную для сравнения» высоту в атмосфере), средняя температура составляет около −201 °C.

Хотя Нептун и находится дальше от Солнца, он не самый холодный. В среднем Уран холоднее, потому что у него почти нет внутреннего источника тепла. Нептун выделяет больше энергии, чем получает от Солнца. Это означает, что внутри планеты есть собственное тепло, которое поднимается наружу. Откуда оно берётся — полностью пока не ясно.

Внутреннее строение

Нептун устроен как многослойное тело, и в нём нет привычной твёрдой поверхности, как у Земли или Марса. Если представить его внутреннее строение упрощённо, можно выделить несколько зон.

Снаружи находится газовая атмосфера, которая постепенно становится всё плотнее по мере погружения вглубь. Чёткой границы между слоями здесь нет — переход происходит плавно. Далее располагается мантия, которая состоит в основном из воды, аммиака и метана. При огромных давлениях эти вещества находятся в необычном состоянии, которое называют сверхкритическим: оно сочетает свойства жидкости и газа. В самом центре планеты находится каменно-металлическое ядро.

У Земли или Марса есть чёткая поверхность — граница между атмосферой и твёрдой породой. У Нептуна такой границы нет, поэтому он воспринимается скорее как огромная «область» из газа и плотных внутренних слоёв, чем как планета с твёрдым грунтом.

Скорость ветра на Нептуне

Нептун считается самой «ветреной» планетой Солнечной системы. В его атмосфере зафиксированы скорости ветра до 2000 км/ч. Это быстрее, чем самые сильные ураганы на Земле, и выше, чем типичные скорости ветров на других планетах-гигантах.

Такие мощные потоки воздуха возникают из-за внутреннего тепла планеты и особенностей движения её слоёв. Кроме того, у Нептуна сложное магнитное поле. Оно сильно наклонено относительно оси вращения планеты, из-за чего взаимодействие с заряженными частицами и атмосферой становится более запутанным. Это может влиять на формирование и поведение бурь.

Большое тёмное пятно

В 1989 году космический аппарат «Вояджер-2» обнаружил на Нептуне огромный атмосферный вихрь, который назвали Большим тёмным пятном. По размерам он был примерно сопоставим с Землёй, то есть занимал огромную область в атмосфере планеты.

Такие тёмные пятна — это крупные антициклонические вихри, то есть области высокого давления, где газовые потоки вращаются в определённой системе. По сути, это мощные штормы в верхних слоях атмосферы. Их часто сравнивают с Большим красным пятном на Юпитере, но есть важное отличие: нептунианские вихри живут гораздо меньше.

Когда Нептун наблюдали повторно спустя несколько лет, Большое тёмное пятно уже исчезло. Однако в атмосфере планеты появились другие похожие вихри.

У Нептуна известно 16 спутников. До пролёта космического аппарата «Вояджер-2» в 1989 году астрономам были известны только три — Тритон, Нереида и Ларисса. Остальные спутники были обнаружены позже, в основном благодаря современным телескопам.

Самый крупный спутник — Тритон. Он необычен тем, что движется в обратную сторону по сравнению с вращением Нептуна. Такое движение называют ретроградным, и оно обычно говорит о том, что объект не сформировался рядом с планетой, а был захвачен её гравитацией. Учёные считают, что Тритон, скорее всего, пришёл из области пояса Койпера — региона за орбитой Нептуна, где находится множество ледяных тел.

Со временем его орбита постепенно изменяется под действием гравитации Нептуна. По расчётам, через миллиарды лет Тритон может либо разрушиться, либо столкнуться с планетой.

У Нептуна есть кольцевая система, хотя она менее заметна, чем у Сатурна. Вокруг планеты обнаружено пять основных колец и несколько более плотных участков внутри них, которые называют кольцевыми дугами или арками. Это необычные образования: материал в них распределён неравномерно и сосредоточен отдельными «сгустками». Кольца Нептуна очень тёмные и узкие, поэтому с Земли их нельзя увидеть без специальных приборов. Даже в мощные телескопы они долго оставались почти незаметными.

Как учёные открыли Нептун

Открытие Нептуна стало одним из самых известных примеров того, как важна математика в астрономии. Учёные заметили, что движение планеты Уран не совпадает с расчётами. Его орбита немного «сбивалась», как будто на неё действовала невидимая сила. Это навело на мысль, что за Ураном должна находиться ещё одна, более далёкая планета, которая своим притяжением влияет на его движение.

Независимо друг от друга, французский математик Урбен Леверье и британский учёный Джон Адамс рассчитали, где именно может находиться неизвестное небесное тело. 23 сентября 1846 года немецкий астроном Иоганн Галле направил телескоп в указанную область неба и обнаружил Нептун почти точно в предсказанной точке.

«Вояджер-2»

Единственный космический аппарат, который долетел до Нептуна, — «Вояджер-2». Он был запущен в 1977 году, а вблизи планеты пролетел в августе 1989 года. Путь занял около 12 лет. За короткое время пролёта аппарат успел передать на Землю первые подробные изображения Нептуна: его атмосферы, колец и спутников. Также именно он зафиксировал Большое тёмное пятно и помог уточнить данные о системе спутников.

Сегодня учёные продолжают сравнивать Нептун с Ураном и уточнять их различия. Например, известно, что Нептун активнее: у него сильнее ветры и выше внутреннее тепло. Но многие детали его устройства и атмосферы до сих пор остаются предметом исследований.

Нептун — это планета на границе Солнечной системы, где экстремальные ветры, холод и давление создают условия, которые сложно представить. Он остаётся одной из наименее изученных планет, потому что находится слишком далеко для частых миссий.