Планета Нептун

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УГТУ-УПИ им. Б.Н. Ельцина.

Реферат по КСЕ на тему

«Планета Нептун».

Выполнила: Студентка группы ГО-190601

Шихова Любовь.

Преподаватель: Кузнецов А.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2009

 

 

 

 

 

 

 

 

Непту́н — восьмая и самая  дальняя планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли. Планета была названа в честь римского бога морей. Его астрономический символ  — стилизованная версия трезубца бога Нептуна.

 

Обнаруженный 23 сентября 1846 года, Нептун стал первой планетой, обнаруженной в  соответствии с математическими  расчётами, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены . Нептун был найден в пределах предсказанного положения. Вскоре был обнаружен и его спутник Тритон, однако остальные 12 спутников, известных ныне, не были обнаружены до XX века. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года.

 

Нептун по составу близок к Урану, но у обоих планет существуют 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, и состоит в основном из водорода, гелия, содержит в себе более высокую пропорцию льда, водного, аммиачного и метанового, наряду со следами углеводородов и возможно азота. 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.

 

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать до 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C. В центре Нептуна температура составляет примерно 7000 °C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание 

1 История открытия 

1.1 Название

1.2 Статус

2 Физические характеристики 

2.1 Внутреннее строение

2.2 Атмосфера

2.3 Магнитосфера

2.4 Кольца

3 Климат 

3.1 Штормы

3.2 Внутреннее тепло

4 Орбита и вращение 

4.1 Орбитальные резонансы

5 Образование и миграция

6 Спутники

7 Наблюдения

8 Исследования

9 Литература

10 Ссылки

11 Примечания

 

 

 

История открытия

Основная статья: Открытие Нептуна

 

Согласно зарисовкам, Галилео Галилея  наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года, а  затем 29 января 1613 года. 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. Учитывая данное обстоятельство, Бувард выдвинул предположение, что неизвестное пока тело возмущает орбиту Урана своей гравитацией. В 1843, Джон Кауч Адамс вычислил орбиту гипотетической восьмой планеты, для объяснения изменения в орбите Урана. Он послал свои вычисления сэру Джорджу Эйри, королевскому астроному, а тот в ответном письме попросил у Куча разъяснений. Адамс начал набрасывать ответ, но почему-то так и не отправил его и в дальнейшем не настаивал на серьёзной работе по данному вопросу.

 

 

 

Урбен Леверье независимо от Адамса в 1845—1846 годы быстро провёл свои собственные  расчёты, но соотечественники 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, которые безуспешно продолжались в течение августа и сентября.

На деле Чайлз дважды наблюдал Нептун, но вследствие того, что он отложил  обработку результатов наблюдений 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 последовал спор 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. Что, 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 немного не уверен в том, где находится Нептун» — сказал Николас Коллеструм из Университетского колледжа Лондона в 2003 году.

 

 

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[28].

 

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.

 

Статус

 

С момента открытия и до 1930 года Нептун оставался 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.

 

 

Физические характеристики

 

Сопоставление размеров Земли и  Нептуна

 

Обладая массой в 1,0243×1026 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»).

 

 

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.

 

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

 

 

 

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. По общепринятой в планетологии терминологии, эту материю называют ледяной, даже при том, что это — горячая, очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного аммиака.

 

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 К.

 

 

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 — 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 такового в атмосфере Урана, предполагается, что всё же существует некий, пока неизвестный, компонент атмосферы способствующий образованию синего цвета. 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 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 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.

 

 

 

При давлении между одним и пятью  барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 баров 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 километров, 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

 

циановодорода и угарного газа. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов.

 

 

По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, данное явление является следствием атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Согласно другой теории, основой механизма разогревания являют волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких, как метеориты и пыль.

 

 

Магнитосфера

 

И своей магнитосферой, и магнитным  полем, сильно наклонённым на 47°  относительно его оси вращения, и  распространяющегося на 0,55 от радиуса планеты (приблизительно 13500 км), Нептун напоминает Уран. До прибытия к Нептуну «Вояджера — 2» учёные полагали, что наклонённая магнитосфера Урана была результатом его «бокового вращения». Однако после сравнения магнитных полей этих двух планет учёные теперь полагают, что такая странная ориентация магнитосферы в пространстве может быть вызвана приливами во внутренних областях. Такое поле может появиться благодаря конвективным перемещениям жидкости в тонкой сферической прослойке электропроводных жидкостей этих двух планет (предполагаемая комбинация из аммиака, метана и воды), что приводит в действие гидромагнитное динамо. Магнитное поле на экваториальной поверхности Нептуна оценивается в 1,42 μT в течение магнитного момента 2,16×1017 Tm³. Магнитное поле Нептуна имеет комплексную геометрию, которая включает относительно большие включения от не биполярных компонентов, включая сильный квадрупольный момент, который по мощности может превышать дипольный. В противоположность — у Земли, Юпитера и Сатурна относительно небольшой квадрупольный момент, и их поля менее отклонены от полярной оси. Головная ударная волна Нептуна, где магнитосфера начинает замедлять солнечный ветер, проходит на расстоянии в 34,9 планетарных радиусов. Магнитопауза, где давление магнитосферы уравновешивает солнечный ветер, находится на расстоянии в 23—26,5 радиусов Нептуна. Хвост магнитосферы длится примерно до расстояния в 72 радиуса Нептуна, и очень вероятно, что гораздо дальше.