Планета Нептун

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Чаще всего приходится вычислять возмущения гравитационного  поля по известному расположению других тел. При исследовании траектории Урана  задача стояла противоположенная: зная возмущения, необходимо было найти  место вызывающей их планеты. Эту  задачу решили астроном Леверье и  ученый Адамс. Только одними математическими  расчетами, они указали место  на небе, где должна находиться неизвестная  планета. Когда на это место астроном Галле направил телескоп, то нашел  новую планету. Так состоялось открытие людьми планеты – Нептун.

Это открытие еще  раз доказывало, что теория строения Вселенной созданная Коперником верна, факт обнаружения Нептуна  исключительно по расчетам подтвердил правильность ньютоновских формул, на которых были основаны все расчеты  в астрономии.

 Подозрения на неверность  этих законов возникли после  того, как открыли Уран, было замечено, что его орбита не согласуется  с законами Ньютона. Таким образом,  было предсказано существование  другой, более отдаленной планеты,  которая воздействовала на орбиту  Урана. Нептун первыми наблюдали  Galle и d'Arrest 23 сентября 1846 года очень  близко к местонахождению, независимо  предсказанному Adams и Verrier из вычислений, основанных на наблюдаемых положениях  Юпитера, Сатурна и Урана. 

 Нептун был посещен  только одним космическим кораблем – "Вояджером-2", это произошло 25 августа 1989 года. Почти все, что мы знаем об этой планете, мы знаем благодаря этой экспедиции.

 

1. Планета «Нептун»

 

Планета Нептун - восьмая  и самая дальняя планета Солнечной  системы. Нептун также четвёртый  по диаметру и третий по массе. Нептун в 17 раз массивнее Земли и немного  более массивный, чем похожий  на него Уран, который в 15 раз превосходит  Землю по массе и менее плотный, чем Нептун. Нептун по составу близок к Урану, но у обоих есть различия по составу от больших планет-гигантов - Юпитера и Сатурна. Астрономы иногда помещают их в отдельную категорию, «ледяные гиганты». Атмосфера планеты подобна атмосфере Юпитера и Сатурна в том, что состоит в основном из водорода и гелия, содержит в себе более высокую пропорцию льда, например водного, аммиачного и метанового наряду со следами углеводородов и возможно азота. В контраст этому недра Нептуна состоят главным образом из горных пород и льдов подобно Урану.

 Следы метана  во внешних областях планеты  частично являются причиной голубоватого оттенка атмосферы планеты. Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем - 4,55 млрд. км. (около 30,1 средних расстояний между Солнцем и Землёй), и полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 лет. 12 июля 2011 года планета Нептун завершит свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот. С Земли он будет виден иначе, чем в день открытия, в результате того, что период обращения Земли вокруг Солнца 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 миллион километров - разница между перигелием и афелием, т.е. 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. Правда, из-за длинного орбитального периода  Нептуна сезоны длятся в течение  сорока лет каждый.

 

 

2. История открытия

 

  Зарисовки Галилео Галилея показывают, что 28 декабря 1612 года, а затем 29 января 1613 года он наблюдал Нептун. Однако в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе. Поэтому открытие Нептуна не приписывают Галилею.

 Во время первого  периода наблюдений в декабре  1612 года Нептун был в точке  стояния, как раз в день наблюдений  он перешёл к попятному движению. Видимое попятное движение наблюдается,  когда Земля обгоняет по своей  орбите внешнюю планету. Поскольку  Нептун был вблизи точки стояния, движение планеты было слишком слабым, чтобы быть замеченным с помощью маленького телескопа Галилея.

 В 1821 году Алексей  Бувард опубликовал астрономические  таблицы орбиты Урана. Более  поздние наблюдения показали  существенные отклонения от таблиц. Это привело Буварда к предположению,  что неизвестное пока тело  возмущает орбиту Урана своей  гравитацией. В 1843, Джон Кауч  Адамс вычислил орбиту гипотетической  восьмой планеты, чтобы объяснить  изменения в орбите Урана. Он  послал свои вычисления сэру  Джорджу Эйри, королевскому астроному,  а тот в ответном письме  попросил у Куча разьяснений.  Адамс начал набрасывать ответ,  но почему-то так и не отправил  его и в дальнейшем не настаивал  на серьёзной работе над проблемой  Урана.

 Урбен Леверье  независимо от Адамса в 1845–1846 годы быстро провёл свои собственные  расчёты, но соотечественики не  разделяли его энтузиазма. В июне, ознакомившись с первой опубликованной  Леверье оценкой долготы планеты  и её схожести с оценкой  Адамса, Эйри убедил директора  Кембриджской обсерватории Джеймса  Чайлза начать поиски планеты.  Чайлз безуспешно обыскивал небо  в поисках восьмой планеты  в течение августа и сентября. На деле Чайлз дважды наблюдал  Нептун, но вследствие того, что  он отложил обработку результатов  наблюденикй на более поздний  срок ему не удалось своевременно  идентифицировать искомую планету.

 Тем временем, Леверье  удалось убедить астронома Берлинской  обсерватории Иоганна Готфрида  Галле заняться поисками планеты.  Гейнрих д’Арре, студент обсерватории, предложил Галле сравнить недавно  нарисованную карту неба в  районе предсказанного Леверье  местоположения с видом неба  на текущий момент, чтобы заметить  передвижение планеты относительно  неподвижных звёзд. Планета была  обнаружена в первую же ночь  примерно после одного часа  поисков. Вместе с директором  обсерватории, Иоганном Энке, в течение  двух ночей они продолжили  наблюдение участка неба, где  находилась планета, в результате  чего им удалось обнаружить  её передвижение относительно  звёзд, и убедиться, что это  действительно новая планета.  Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года, в пределах 1° от координат,  предсказанных Леверье, и примерно  в 12° от координат, предсказанных  Адамсом.

 Вслед за открытием  последовала большая конкуренция  между англичанами и французами  за право считать открытие  Нептуна своим. В конечном счёте  консенсус был найден, и было  принято решение считать Адамса  и Леверье сооткрывателями. В  1998 году были вновь найдены  так называемые «бумаги Нептуна» (имеющие историческое значение  бумаги из Гринвичской обсерватории), которые были незаконно присвоены  астрономом Олином Дж. Эггеном  и хранились у него в течение  почти трёх десятилетий, и были  найдены в его владении только  после его смерти. После пересмотра  документов некоторые историки  теперь полагают, что Адамс не  заслуживает равных с Леверье  прав на открытие Нептуна. Это,  впрочем, подвергалось сомнениям  и ранее, например, Деннисом Реулинсом,  ещё с 1966 года. В 1992 году в  статье в журнале «Dio» он  назвал требования британцев  признать равноправие Адамса  на открытие воровством. «Адамс  проделал некоторые вычисления, но он был довольно неуверен  в том, где находится Нептун»  – сказал Николас Коллеструм  из Университетского колледжа  Лондона в 2003 году.

 

1. Название

 

 Некоторое время после  открытия Нептун обозначался  просто как «внешняя от Урана  планета» или как «планета  Леверье». Первым, кто выдвинул идею  об официальном наименовании, был  Галле, предложивший название  Янус. В Англии Чайлз предложил  другое название: Океан.

 Утверждая, что имеет  право дать наименование открытой  им планете, Леверье предложил  назвать её Нептуном, ложно утверждая,  что такое название одобрено  французским бюро долгот. В октябре  он пытался назвать планету  по своему имени, «Леверье»,  и был поддержан директором  обсерватории Франсуа Араго, однако  эта инициатива натолкнулась  на существенное сопротивление  за пределами Франции. Французские  альманахи очень быстро вернули  название Гершель для Урана,  в честь её первооткрывателя  Уильяма Гершеля, и Леверье  для новой планеты.

 Директор Пулковской  обсерватории Василий Струве  отдал предпочтение названию  «Нептун». О причинах своего выбора  он сообщил на съезде Императорской  Академии наук в Петербурге 29 декабря 1846 года. Это название  получило поддержку за пределами  России и вскоре стало общепринятым  международным наименованием планеты.

 В римской мифологии  Нептун – бог моря и соответствует  греческому Посейдону.

 

2. Статус

 

  С момента открытия и до 1930 года Нептун был самой далёкой от Солнца известной планетой. После открытия Плутона Нептун стал предпоследней планетой, за исключением 1979–1999 годов, когда Плутон находился внутри орбиты Нептуна. Однако исследование пояса Койпера в 1992 году привело к тому, что многие астрономы стали обсуждать вопрос о том, считать Плутон планетой или частью пояса Койпера. В 2006 году Международный астрономический союз принял новое определение термина «планета» и классифицировал Плутон как карликовую планету, и, таким образом, вновь сделал Нептун последней планетой Солнечной системы.

 

 

3. Физические характеристики

 

 С массой в 1,0243Ч1026 кг Нептун является промежуточным  звеном между Землёй и большими  газовыми гигантами. Его масса  в 17 раз превосходит Земную, но  составляет лишь 1/19 от массы Юпитера.  Экваториальный радиус Нептуна  равен 24,764 км, что почти в 4 раза  больше земного. Нептун и Уран  часто считаются подклассом газовых  гигантов, который называют «ледяными  гигантами» из-за их меньшего  размера и большей концентрации  летучих веществ. При поиске  экзопланет Нептун используется  как метоним: обнаруженные экзопланеты  со схожей массой часто называют  «Нептунами», также часто астрономы  используют как метоним Юпитер: («Юпитеры»).

 

 

1. Внутреннее строение

 

  Внутреннее строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10-20 процентов 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 гигапаскалей. 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 кельвинов. Масса мантии  Нептуна превышает Земную в  10-15 раз, по разным оценкам,  и богата водой, аммиаком, метаном  и прочими соединениями. Как является  общепринятым в планетологии, эту  материю называют ледяной, даже  при том, что это – горячая,  очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного  аммиака.

 

 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

 На глубине 7000 километров  условия таковы, что метан разлагается  на алмазные кристаллы, которые  «падают» на ядро. Ядро Нептуна  состоит из железа, никеля и  силикатов. Ядро, как полагают, весит  в 1,2 раза больше Земли. Давление  в центре достигает 7 мегабар,  что в миллионы раз больше, чем на поверхности Земли. Температура  в центре, возможно, достигает 5400 кельвинов.

 

 

2. Атмосфера

 

  В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий. Они составляют 80 и 19 % атмосферы на этой высоте, соответственно. 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 – часть того, что придаёт атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана.

Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от содержания метана в атмосфере Урана, полагают, что  всё же некий пока неизвестный  компонент атмосферы способствует синему цвету. Атмосфера Нептуна  подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура  падает с высотой, и стратосфера, где температура с высотой  увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 баров. Стратосфера замещается термосферой на уровне давления ниже, чем 10-4 – 10-5 микробаров. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что  она состоит из облаков переменных составов, в зависимости от высоты. Облака верхнего уровня находятся на уровне давления ниже одного бара, где  температура, подходящая для конденсации  метана.