Состав атмосферы Нептуна. Общие сведения о планете Нептун

Ни для кого не будет секретом то, что Земля является единственной обитаемой планетой в нашей Солнечной системе. Все планеты, кроме Земли, отличает отсутствие пригодной для дыхания атмосферы, а многие из них еще и слишком жаркие или наоборот - замерзшие миры.

Планеты нашей Солнечной системы с соблюдением масштабных размеров, в нижней левой части картинки - орбиты планет / изображение NASA

«Обитаемая зона» существует в каждой звездной системе имеющей планеты, она представляет собой некоторую условную область, при нахождении в которой на планетах возможно существование воды в жидкой фазе. В связи с чем на таких планетах или их спутниках, возникают условия подходящие для появления жизни, похожей на земную.

Итак, горячие и холодные миры в нашей Солнечной системе! Что же именно мы знаем про температуры их поверхностей и что влияет собственно на эти температуры?

Фотография Меркурия полученная с американской автоматической межпланетной станции Мессенджер / фото NASA

Из восьми планет Солнечной системы Меркурий находится ближе всех к Солнцу, таким образом можно было бы ожидать, что он будет самым «горячим» в нашем списке. Однако, так как он не имеет атмосферы и вращается вокруг своей оси очень медленно, температура на его поверхности колеблется в довольно широких диапазонах.

Медленное вращение вокруг оси приводит к тому, что сторона Меркурия обращенная к Солнцу разогревается до 427 °C. Между тем, на противоположной стороне, температуры падают до -173 °C, таким образом, средняя температура Меркурия будет 67 °C.

Венера невероятно жаркий и враждебный мир, из-за сочетания его плотной атмосферой и близости к Солнцу / изображение NASA / JPL

Венера - вторая по близости планета к Солнцу, также может похвастаться высокой температурой на поверхности, до 470 °C. Такая температура на поверхности Венеры обусловлена парниковым эффектом, медленным вращением вокруг оси, а также близостью к Солнцу. Из-за плотной атмосферы суточные колебания температуры незначительны, несмотря на нахождение на самой границе зоны обитаемости, жизнь на Венере в нашем понимании невозможна.

Парниковые газы и плотность атмосферы Венеры создали сильнейший парниковый эффект, значительная часть солнечного тепла удерживается атмосферой планеты, а поверхность представляет собой бесплодный и расплавленный ландшафт. На поверхности Венеры находятся тысячи древних вулканов извергавших лаву в прошлом, сотни кратеров, кора планеты - очень тонкая, она ослаблена высокими температурами и мало препятствует извержениям лавы наружу. Крайне негостеприимное место по любым меркам!

Земля - третья планета от Солнца, она до сих пор является единственной известной нам обитаемой планетой. Средняя температура Земной поверхности составляет 7,2 °С и она изменяется в зависимости от ряда факторов. Существенное влияние на температуры северного и южного полушарий планеты оказывает наклон оси, это означает, что в определенные времена года одно из полушарий получает больше света от Солнца, а другое полушарие наоборот - меньше.

Но несмотря на все это, на Земле также есть экстремальные места, например, в Антарктиде была зафиксирована рекордно низкая температура -91,2 °C, а в Долине Смерти, расположенной в районе пустыни Мохаве, США, была достигнута положительная температура в 56,7 °C.

Тонкая атмосфера Марса, видимая на горизонте, слишком слаба для сохранения тепла на планете / изображение NASA

Средняя температура на поверхности Марса -55 °С, но температурные колебания на Красной планете также имеют место. На экваторе температуры достигают значений 20 °C, в то время как на полюсах столбики термометра опускаются до -153 °C. Но в среднем на Марсе гораздо холоднее, чем на Земле, это связано с его тонкой атмосферой, которая не может удерживать тепло получаемое от Солнца, а также с тем, что он находится на внешнем краю обитаемой зоны.

Юпитер - газовый гигант и самая большая планета Солнечной системы / фото NASA/JPL/University

Юпитер - газовый гигант и самая большая планета Солнечной системы. Он не имеет поверхности и поэтому мы не можем измерить её температуру, однако измерения проведенные в верхней части атмосферы Юпитера показали температуру приблизительно -145 °C, с приближением к центру планеты мы видим повышение температуры из-за атмосферного давления.

В точке, где атмосферное давление Юпитера в десять раз больше, чем на Земле, температура достигает 21 °С, которую мы считаем комфортной, а в ядре планеты температура достигает до 35 700 °C - горячее, чем на поверхности Солнца.

Сатурн и его кольца, фото передано космическим аппаратом Кассини / NASA / JPL / Space Science Institute / Gordan Ugarkovic

Сатурн -вторая по размерам планета после Юпитера, холодный газовый гигант, со средней температурой -178 °С. Из-за наклона оси Сатурна, южные и северные полушария нагреваются по-разному, в результате чего на планете присутствуют сезонные колебания температуры и мощные ветры. Так же как и у Юпитера температура в верхних слоях атмосферы Сатурна довольно низкая, но ближе к центру планеты температура растет. Как предполагается, в ядре планеты температура достигать 11 700 °С.

Изображение Урана полученное с космического аппарата Вояджер-2 в 1986 году / фото NASA/JPL/Voyager

Уран - в отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, которые состоят в основном из водорода и гелия, в недрах Урана, а также похожего на него Нептуна отсутствует металлический водород, зато в больших количествах присутствует лёд, в высокотемпературных модификациях, именно по этому эти две планеты были выделены в отдельный класс - «Ледяные гиганты». Температура Урана при давлении 0.1 бар составляет -224 °C, что делает его самой холодной планетой Солнечной системы, Уран даже холоднее чем Нептун, который находится дальше него от Солнца.

Изображение Нептуна полученное с космического аппарата Вояджер-2 / фото NASA/JPL/Voyager

Температура верхних слоев атмосферы Нептуна опускается -218 °С, планета является вторым самым холодным местом нашей Солнечной системы. Но как и все газовые гиганты, Нептун имеет горячее ядро, температура которого составляет около 7000 ° C. Погода на планете - разрушительная, шторма и ветры достигают сверхзвуковых скоростей, большинство ветров на Нептуне дуют в направлении обратном вращению планеты, на обще схеме ветров видно, что на высоких широтах направление ветров совпадает с вращением планеты, а на низких - противоположно ему.

Подводя итог, можно сказать, что наша Солнечная система кидается из крайности в крайность - от экстремально низких температур, к невыносимо жарким, и в целом есть только несколько мест, которые являются достаточно пригодными для поддержания жизни. И из всех мест Земля - единственная планета максимально подходящая для поддержания постоянной жизни.

Нептун является восьмой планетой от Солнца и последней из известных планет. Не смотря на то, что это третья по массивности планета, она является всего лишь четвертой с точки зрения диаметра. Благодаря своей синей окраске Нептун получил имя римского бога моря.

По мере совершения тех или иных научных открытий у ученых часто возникают споры, какая именно из теорий заслуживает доверия. Открытие Нептуна является наглядным примером таких разногласий.

После того, как 1781 году была открыта планета , астрономы заметили, что его орбита подвержена значительным колебаниям, которых в принципе быть не должно. В качестве обоснования этого непонятного явления была предложена гипотеза о существовании планеты, гравитационное поле которой и вызывает орбитальные отклонения Урана.

Тем не менее, первые научные труды, связанные с существования Нептуна появились только в 1845-1846 году, когда английский астроном Джон Коуч Адамс опубликовал свои расчеты о положении этой тогда еще неизвестной планеты. Однако, несмотря на то, что он предоставил свою работу Королевскому научному сообществу (ведущей английской научно-исследовательской организации), его труд не вызвал ожидаемого интереса. И только год спустя французский астроном Жан Жозеф Леверье также представил расчеты, которые были поразительно похожи на расчеты Адамса. В результате независимых оценок научной работы двух ученых, научное сообщество наконец-то согласилось с их выводами и начало поиски планеты в области неба, на которую указывали исследования Адамс и Леверье. Планета как таковая была обнаружена 23 сентября 1846 года немецким астрономом Иоганном Галлом.

До облета космическим аппаратом Voyager 2 в 1989 году, о планете Нептун у человечества было очень мало информации. Миссия позволила получить данные о кольцах Нептуна, числе лун, атмосфере и вращении. Кроме того, Voyager 2 выявил существенные особенности спутника Нептуна под названием Тритон. На сегодняшний день мировые космические агентства не планируют каких-либо миссий к этой планете.

Верхние слои атмосферы Нептуна на 80% состоят из водорода (H2), 19% гелия и небольших примесей метана. Подобно Урану, синяя окраска Нептуна обусловлена его атмосферным метаном, который поглощает свет на длине волны, которая соответствует красному цвету. Однако, в отличие от Урана, у Нептуна более глубокий синий цвет, что говорит о присутствии в атмосфере Нептуна компонентов, которых нет в атмосфере Урана.

Погодные условия на Нептуне имеют две отличительные черты. Во-первых, как было замечено во время пролета миссии Voyager-2, это так называемые темные пятна. Эти бури сопоставимы по своим масштабам с Большим красным пятном на Юпитере, однако сильно отличаются по своей продолжительности. Шторм известный как Большое Красное Пятно длится уже в течение многих столетий, а темные пятна Нептуна способны существовать не более нескольких лет. Информацию об этом удалось подтвердить благодаря наблюдениям космического телескопа «Хаббл», который был направлен на планету всего через четыре года после того, как Voyager 2 совершил свой облет.

Вторым примечательным погодным явлением планеты является стремительно перемещающиеся шторма белого цвета, которые получили называние «Скутер». Как показали наблюдения, это своеобразный тип ливневой системы, размеры которой намного меньше, чем размеры темных пятен, а продолжительность жизни еще короче.
Подобно атмосферам других газовых гигантов, атмосфера Нептуна делится на широтные полосы. Скорость ветра в некоторых из этих полос достигает почти 600 м/с, то есть ветра планеты можно назвать самыми быстрыми в Солнечной системе.

Структура Нептуна

Наклон оси Нептуна составляет 28,3°, что относительно близко к 23.5° Земли. Учитывая значительную удаленность планеты от Солнца, наличие у Нептуна сравнимых с земными сезонов является достаточно удивительным и до конца неизученным для ученых явлением.

Спутники и кольца Нептуна

На сегодняшний день известно, что Нептун имеет тринадцать спутников. Из этих тринадцати только одна обладает большой и сферической формой. Существует научная теория, согласно которой Тритон - самый крупный из спутников Нептуна, представляет собой карликовую планету, которая была захвачена гравитационным полем и поэтому его естественное происхождение остается под вопросом. Доказательства этой теории исходит от ретроградной орбиты Тритона - спутник вращается в противоположном направлении по отношению к Нептуну. Кроме того, С зарегистрированной температурой поверхности -235 °C, Тритон является самым холодным известный объектом в Солнечной системе.

Считается, что Нептун имеет три основных кольца: Адамса, Леверье и Галле. Эта кольцевая система намного слабее, чем у других газовых гигантов. Кольцевая система планеты настолько тусклая, что некоторое время считалось кольца неполноценны. Однако изображения, которые передал Voyager 2 показали, что это на самом деле не так и кольца полностью опоясывают планету.

Для полного оборота по орбите вокруг Солнца Нептуну требуется 164.8 земных лет. 11 июля 2011 года было обозначено завершение первого полного оборота планеты с момента ее открытия в 1846 году.

Нептун был обнаружен Жаном Жозефом Леверье. Планета оставалась неизвестной для древних цивилизаций в силу того, что не была видно с Земли невооруженным взглядом. Первоначально планета называлась Леверье, в честь ее первооткрывателя. Но научное сообщество быстро отказалось от этого названия и было выбрано название Нептун.

Планета была названа Нептун в честь древнеримского бога моря.

Нептун обладает второй по величине силой тяжести в Солнечной системе, уступая только Юпитеру.

Самый большой спутник Нептуна носит название Тритон, он был обнаружен спустя 17 дней после того, как был обнаружен сам Нептун.

В атмосфере Нептуна можно наблюдать шторм, похожий на Большое красное пятно Юпитера. Данный шторм имеет объем сопоставимый с объемом Земли и известен также как Великое Темное Пятно.

На планете существует еще одна известная буря - Малое Темное Пятно, но она значительно меньше. Ее размер сопоставим с размером Луны.

Нептун – восьмая планета Солнечной системы: открытие, описание, орбита, состав, атмосфера, температура, спутники, кольца, исследование, карта поверхности.

Нептун - восьмая от Солнца и самая удаленная планета Солнечной системы. Это газовый гигант и представитель категории солнечных планет внешней системы. Плутон вылетел из планетарного списка, поэтому Нептун замыкает цепочку.

Ее нельзя отыскать без приборов, поэтому нашли относительно недавно. В близком подходе наблюдали всего раз при пролете аппарата Вояджер-2 в 1989 году. Давайте узнаем какая планета Нептун в интересных фактах.

Интересные факты о планете Нептун

О нем не знали древние

• Нептун нельзя отыскать без использования инструментов. Впервые его заметили лишь в 1846 году. Позицию вычислили математически. Имя дано в честь морского божества у римлян.

Стремительно вращается на оси

• Экваториальные облака выполняют оборот за 18 часов.

Наименьший среди ледяных гигантов

• Он меньше Урана, но превосходит по массе. Под тяжелой атмосферой скрываются слои водорода, гелия и метановых газов. Есть вода, аммиак и метановый лед. Внутреннее ядро представлено скалой.

Атмосфера наполнена водородом, гелием и метаном

• Метан Нептуна впитывает красный цвет, поэтому планета выглядит синей. Высокие облака постоянно дрейфуют.

Активный климат

• Стоит отметить крупные штормы и мощные ветры. Одна из масштабных бурь зафиксирована в 1989 году – Большое темное пятно, длившееся 5 лет.

Есть тонкие кольца

• Представлены ледяными частичками, смешанными с пылевыми зернами и углеродосодержащим веществом.

Есть 14 спутников

• Самым интересным спутником Нептуна выступает Тритон – морозный мир, выпускающий частички азота и пыли из-под поверхности. Может быть притянутым планетарной гравитацией.

Отправили одну миссию

• В 1989 году мимо Нептуна пролетел Вояджер-2, приславший первые крупномасштабные снимки системы. Также за планетой наблюдал телескоп Хаббл.

Размер, масса и орбита планеты Нептун

При радиусе в 24622 км это четвертая по крупности планета, которая вчетверо крупнее нашей. С массой 1.0243 х 10 26 кг обходит нас в 17 раз. Эксцентриситет составляет всего 0.0086, а расстояние от Солнца до Нептуна – 29.81 а.е. в приближенном состоянии и 30.33. а.е. на максимальном.

Полярное сжатие	0,0171
Экваториальный	24 764
Полярный радиус	24 341 ± 30 км
Площадь поверхности	7,6408·10 9 км²
Объём	6,254·10 13 км³
Масса	1,0243·10 26 кг
Средняя плотность	1,638 г/см³
Ускорение свободного падения на экваторе	11,15 м/с²
Вторая космическая скорость	23,5 км/c
Экваториальная скорость вращения	2,68 км/с 9648 км/ч
Период вращения	0,6653 дня 15 ч 57 мин 59 с
Наклон оси	28,32°
Прямое восхождение северного полюса	19 ч 57 м 20 с
Склонение северного полюса	42,950°
Альбедо	0,29 (Бонд) 0,41 (геом.)
Видимая звёздная величина	8,0-7,78 m
Угловой диаметр	2,2"-2,4"

На сидерический оборот уходит 16 часов, 6 минут и 36 секунд, а на орбитальный проход – 164.8 лет. Наклон оси Нептуна – 28.32° и напоминает земной, поэтому планета проходит сквозь похожие сезонные перемены. Но стоит прибавить фактор длительной орбиты, и получим сезон с продолжительностью в 40 лет.

Планетарная орбита Нептуна влияет на пояс Койпера. Из-за гравитации планеты некоторые объекты лишаются стабильности и создают разрывы в поясе. В некоторых пустых участках проходит орбитальный путь. Резонанс с телами – 2:3. То есть, тела завершают 2 орбитальных прохода на каждые 3 у Нептуна.

Ледяной гигант располагает троянскими телами, устроившимися на точках Лагранжа L4 и L5. Некоторые даже поражают своей стабильностью. Скорее всего, они просто создались рядом, а не притянулись гравитационно позже.

Состав и поверхность планеты Нептун

Эту разновидность объектов именуют ледяными гигантами. Присутствует скалистое ядро (металлы и силикаты), мантия, созданная из воды, метанового льда, аммиаков и водородной, гелиевой и метановой атмосферы. Детальное строение Нептуна просматривается на рисунке.

В ядре присутствует никель, железо и силикаты, а по массе в 1.2 раз обходит нашу. Центральное давление возрастает до 7Мбар, что вдвое выше нашего. Обстановка накаляется до 5400 К. На глубине в 7000 км метан трансформируется в алмазные кристаллы, которые опускаются вниз в виде града.

Мантия достигает в 10-15 раз превосходит земную массу и наполнена аммиачной, метановой и водной смесью. Вещество называют ледяным, хотя в реальности это плотная раскаленная жидкость. Атмосферный слой простирается на 10-20% от центра.

В нижних атмосферных слоях можно заметить, как возрастают метановые, водные и аммиачные концентрации.

Спутники планеты Нептун

Лунная семья Нептуна представлена 14-ю спутниками, где все кроме одного обладают именами в честь греческой и римской мифологии. Они разделены на 2 класса: регулярные и нерегулярные. Первые – Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, S/2004 N 1 и Протей. Расположены ближе всего к планете и маршируют по круговым орбитам.

Спутники отдалены от планеты на расстояние 48227 км до 117 646 км, и все, кроме S/2004 N 1 и Протея, обходят планету меньше, чем ее орбитальный период (0.6713 дня). По параметрам: 96 x 60 x 52 км и 1.9 × 10 17 кг (Наяда) до 436 x 416 x 402 км и 5.035 × 10 17 кг (Протей).

Все спутники, кроме Протея и Лариссы, вытягиваются по своей форме. Спектральный анализ показывает, что они сформировались из водяного льда с примесью темного материала.

Неправильные следуют по наклонным эксцентричным или ретроградным орбитам и проживают на большой отдаленности. Исключение – Тритон, вращающийся вокруг Нептуна по круговому орбитальному пути.

В списке нерегулярных можно найти Тритон, Нереид, Галимеда, Сао, Лаомедеа, Несо и Псамафа. По размеру и массе они практически устойчивые: от 40 км в диаметре и 1.5 × 10 16 кг в массе (Псамафа) до 62 км и 9 х 10 16 кг (Галимеда).

Отдельно рассматриваются Тритон и Нереид, потому что это крупнейшие нерегулярные луны в системе. Тритон вмещает 99.5% орбитальной массы Нептуна.

Они близко вращаются к планете и обладают необычными эксцентриситетами: у Тритона – практически идеальный круг, а у Нереиды – наиболее эксцентричная.

Самый большой спутник Нептуна – Тритон. Его диаметр охватывает 2700 км, а масса – 2.1 х 10 22 кг. Его размера хватает, чтобы добиться гидростатического баланса. Тритон движется по ретроградному и квазикруговому пути. Его наполняет азот, двуокись углерода, метан и водяные льды. Альбедо – больше 70%, поэтому считается одним из наиболее ярких объектов. Поверхность выглядит красноватой. Удивляет и тем, что обладает своим атмосферным слоем.

Плотность спутника – 2 г/см 3 , а значит 2/3 массы отдано на скальные породы. Также может присутствовать вода в жидком состоянии и подземный океан. На юге расположена крупная полярная шапка, древние кратерные шрамы, каньоны и уступы.

Есть мнение, что Тритон был притянут гравитацией и ранее считался частью пояса Койпера. Приливное притяжение приводит к сближению. Между планетой и спутником может произойти столкновение через 3.6 млрд. лет.

Нереида стоит на третьем месте по величине в лунной семье. Вращается по проградной, но крайне эксцентрической орбите. Спектроскоп нашел льды на поверхности. Возможно, именно хаотическое вращение и вытянутая форма приводят к нерегулярным изменениям видимой величины.

Атмосфера и температура планеты Нептун

На возвышении атмосфера Нептуна состоит из водорода (80%) и гелия (19%) с небольшими метановыми примесями. Синий оттенок появляется из-за того, что метан впитывает красный свет. Атмосфера делится на два главных шара: тропосфера и стратосфера. Между ними есть тропопауза с давлением в 0.1 бар.

Спектральный анализ показывает, что стратосфера туманная из-за скопления смесей, созданных контактом УФ-лучей и метана. В ней заметны монооксид углерода и цианистый водород.

Пока никто не может объяснить, почему термосфера раскалена до 476.85°C. Нептун крайне далеко расположен от звезды, поэтому нужен другой механизм нагрева. Это может быть контакт атмосферы с ионами в магнитном поле или же гравитационные волны самой планеты.

Нептун лишен твердой поверхности, поэтому атмосфера вращается дифференциально. Экваториальная часть совершает обороты с периодом в 18 часов, магнитное поле – 16.1 часов, а полярная зона – 12 часов. Именно поэтому возникают сильные ветры. Три масштабных зафиксировал Вояджер-2 в 1989 году.

Первый шторм простирался на 13000 х 6600 км и смахивал на Большое Красное Пятно Юпитера. В 1994 году телескоп Хаббл попытался отыскать Большое Темное Пятно, но его не было. Зато на территории северного полушария образовалось новое.

Скутер – еще один шторм, представленный светлым облачным покровом. Они находятся южнее Большого Темного Пятна. В 1989 году также заметили и Маленькое Темное Пятно. Сначала оно казалось полностью темным, но когда аппарат приблизился, то удалось зафиксировать яркое ядро.

Кольца планеты Нептун

Планета Нептун располагает 5-ю кольцами, наименованных в честь ученых: Галле, Леверье, Ласселл, Араго и Адамс. Представлены пылью (20%) и небольшими осколками породы. Их сложно отыскать, потому что лишены яркости и отличаются по величине и плотности.

Иоганн Галле был первым, кто рассмотрел планету в увеличительный прибор. Кольцо идет первым и отдалено на 41000-43000 км от Нептуна. Леверье занимает в ширину всего 113 км.

На отдаленности в 53200-57200 км с шириной в 4000 км находится кольцо Ласселла. Это наиболее широкое кольцо. Ученый нашел Тритон через 17 дней после обнаружения планеты.

На 100 км простирается кольцо Араго, расположенное в 57200 км. Франсуа Араго наставлял Леверье и активно выступал в споре о планете.

Адамс в ширину простирается всего на 35 км. Но это кольцо самое яркое у Нептуна и его легко найти. Обладает пятью дугами, три из которых именуют Свобода, Равенство, Братство. Полагают, что дуги были гравитационно пойманы Галатеей, расположенной внутри кольца. Взгляните на фото колец Нептуна.

Кольца темные и созданы из органических соединений. Вмещают много пыли. Полагают, что это молодые формирования.

История изучения планеты Нептун

Нептун не фиксировали до 19-го века. Хотя, если внимательно рассмотреть зарисовки Галилея с 1612 года, то можно заметить, что точки наводят на расположение ледяного гиганта. Так что раньше планету просто принимали за звезду.

В 1821 году Алексис Бувар выпустил схемы, отображающие орбитальный путь Урана. Но дальнейший обзор показал отклонения от чертежа, поэтому ученый подумал, что рядом есть крупное тело, влияющее на путь.

За детальное изучение орбитального прохода Урана принялся Джон Адамс в 1843 году. Независимо от него в 1845-1846-х гг. трудился Урбе Леверье. Своими знаниями он поделился с Иоганном Галле в Берлинской обсерватории. Последний подтвердил, что рядом есть что-то большое.

Открытие планеты Нептун вызывало много споров относительно первооткрывателя. Но научный мир признал заслуги Леверье и Адамса. Но в 1998 году посчитали, что все же первый сделал больше.

Сначала Леверье предложил наименовать объект в свою честь, что вызвало массу возмущения. Зато второе его предложение (Нептун) стало современным названием. Дело в том, что оно вписывалось в традиции наименования. Ниже представлена карта Нептуна.

Карта поверхности планеты Нептун

Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

Они похожи почти как близнецы: практически одинаковые размеры, очень близкие массы и периоды вращения, очень похожий состав, тонкие и слабые кольца... Есть и ещё одна вещь, которая их связывает - история их открытия.

Меркурий или Сатурн были известны людям с доисторических времён, в древнем Египте жрецы уже с лёгкостью предсказывали время и место их следующего появления. А вот Уран, хоть его вполне можно разглядеть невооружённым глазом в ясную ночь, никто не замечал. Из-за большого периода обращения он слишком медленно движется относительно звёзд, чтобы кто-то обратил на него внимание. Более того, со времени изобретения телескопа в 1610 году его по крайней мере 20 раз наблюдали астрономы, записывали его координаты, зарисовывали на карты - и всё равно не замечали движения. И только в 1781 году Уильям Гершель увидел «туманную звезду» и стал следить за ней, проверяя, не комета ли это. Так была впервые открыта новая планета - Уран, и скоро Пьер Симон Лаплас вычислил её орбиту, так что можно было предсказать её движение на много лет вперёд.

Но прошло ещё полвека, и оказалось, что Уран отклоняется от этой орбиты! Адамс в Англии и Леверье во Франции независимо друг от друга предположили, что это ещё одна неизвестная планета притягивает его и «сбивает с пути». Они вычислили, где искать эту невидимку, но Адамс и вычислил не так точно, и не настаивал на своих результатах. А Леверье, который сам астрономом не был, ходил от одного наблюдателя к другому, уговаривая проверить то место на небе, которое он укажет. И в конце концов Галле, у которого была недавно нарисованная карта этого участка неба, взялся сравнить её с тем, что видно в телескоп - и в первый же час нашёл сдвинувшуюся с места «звезду». Это и был Нептун - первая планета, которую сначала предсказали теоретически и только потом нашли. Оказывается, и Нептун люди видели раньше - сам Галилей несколько раз наблюдал его в свой телескоп! - но тоже не заметили, что это планета, а не звезда.

По сравнению с Юпитером и Сатурном Уран и Нептун какие-то «гиганты-маломерки». Это потому, что газа им там, вдали от Солнца, не хватило - пока они неспешно набирали массу, весь газ «расхватали» другие планеты-гиганты, а остатки разлетелись вдаль. Так что водорода и гелия на Уране и Нептуне всего процентов 10–20, что составляет 1–2 массы Земли - а не 200 или 80, как на Юпитере или Сатурне. Зато на них вполне хватило льда - похоже, тут им ещё Юпитер помог, «подбрасывая куски» из более близкой к центру и густо заполненной области. (Юпитер ведь уже тогда хулиганил и разбрасывал всё куда попало.) Причём лёд не только обычный, водяной, но и аммиачный (NH 3), и метановый (CH 4). Так что их иногда называют ледяными гигантами . Но тут надо иметь в виду, что термин этот обманчив: какой уж там лёд при таком давлении и при температуре внутри планеты несколько тысяч градусов! Это не лёд, а то, во что он давно превратился со времени падения на протопланету - очень горячая и очень плотная жидкость, похожая на земную магму, только состоящая из более лёгких молекул, которая плавно - как и на «водородных» гигантах - переходит в газ по мере приближения к поверхности.

Итак, ядро этих планет (из смеси металла и камня, а не металлическое, как на Земле, и не из металлического водорода, как на Юпитере и Сатурне) составляет по разным оценкам от 0,5 до 3 масс Земли и занимает место от центра до 1/5 радиуса, атмосфера из водорода и гелия - ещё 0,5–1,5 массы Земли и ту же 1/5 радиуса, но с внешнего края; всё остальное - мантия из «льдов». Голубой цвет обеих планет объясняется, как предполагают, присутствием в верхнем слое атмосферы примеси метана, который поглощает красные и отражает синие солнечные лучи.

Задача

Если и ядро, и атмосфера имеют одинаковую массу (по одной массе Земли) и «занимают» по 1/5 радиуса, что же - у них, значит, одинаковые плотности?

Ответ

Конечно, нет! Ведь объём сферического слоя зависит не только от его толщины, но и от радиуса - например, на большой воздушный шар нужно больше резины, даже если толщина шарика одна и та же. (По той же причине, например, на большую коробку потратится больше картона, чем на маленькую коробочку из картона той же толщины.) Можно сравнить объёмы атмосферы и ядра: объём шара пропорционален его радиусу в кубе. Значит, объём ядра равен (1/5) 3 = 1/125 от объёма планеты, а объём атмосферы 1 − (4/5) 3 = (125 − 64)/125 ≈ 1/2 объёма планеты, примерно в 60 раз больше. Если массы равны, то плотность атмосферы во столько же раз меньше.

Но между Ураном и Нептуном есть и различия. Главное - это направление вращения. В отличие от «нормально», то есть слегка наклонённого Нептуна, Уран «ходит лёжа на боку»: его ось вращения лежит почти ровно в плоскости орбиты. Поэтому практически на всей планете полгода (то есть 42 наших года!) длится полярный день и полгода - полярная ночь (почему так - см. «Квантик» № 6 и № 7 за 2016 год). От такого равномерного и постепенного прогрева и охлаждения погода на Уране очень скучная: ни штормов, ни ураганов, ни даже разноцветных полос вдоль экватора... Когда там пролетал «Вояджер-2» - единственный до сих пор космический аппарат, приближавшийся к Урану и Нептуну, - был как раз разгар полярного лета, и ему не удалось увидеть ничего интересного. Лишь весной и осенью там хоть что-то происходит: вот недавно (равноденствие как раз только что прошло) появилось яркое облачное колечко (см. фото) и хоть какие-то пятна-вихри.

Отчего же ось Урана так наклонилась? Никто не знает. Ведь в облаке, из которого образовались планеты, всё крутилось вокруг Солнца в одну и ту же сторону - против часовой стрелки. Вот и растущие в нём комки-планеты закручивались так же. А Уран (и ещё Венера) - нет. Как всегда в таких случаях, «ищут виноватого»: может, Уран столкнулся с чем-нибудь крупным, и это - последствия соударения. Но Венера после такого удара почти перестала вращаться, а Уран крутится быстро, только не в той плоскости. Непонятно, когда он мог так покалечиться: если это случилось, когда Уран сам ещё был небольшим, то при дальнейшем наборе массы он должен был сильно замедлить вращение - ведь всё, что на него падало, вращалось не так, как он. А если это случилось поздно, когда Уран уже был большим, то какой же это гигант должен был в него врезаться?!

А ещё Уран - самая холодная планета, холоднее даже Нептуна, который на треть дальше от Солнца: температура на поверхности опускается до 50 градусов Кельвина (примерно −225°C). И в центре, как думают астрономы, она тоже ниже, чем у всех планет-гигантов: всего 5000 К. (Да, это почти как на краю Солнца - там 6000 К. Но не думайте, что это очень много - на Сатурне, например, температура внутри достигает 12 тысяч градусов.) Даже Нептун внутри горячее: он излучает в космос в 2,5 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Откуда берётся излишек? Может, от распада радиоактивных элементов, а может, от просачивания более тяжёлых атомов гелия в водородной атмосфере вниз, поближе к ядру. (На Юпитере и Сатурне гелий уже давно «утонул», а на Уране и Нептуне - нет.) Уран же излучает ровно столько же, сколько получил, не добавляя ни на грош своей энергии.

Почему так? Тоже неизвестно. Одни говорят, что опять виновато то столкновение, которое повернуло Уранову ось - из-за него и тепло растратилось, и Уран раньше срока остыл. Другие считают, что с Ураном-то всё в порядке, это Нептун слишком горячий для такого расстояния от Солнца - из-за большого спутника, Тритона, который «теребит» его приливными силами. Если так, то лишняя энергия «отбирается» у Тритона, орбита которого постепенно опускается всё ниже.

Что ещё у этих двух планет разное - это спутники. У Урана спутники, в общем-то, мелкие, все вместе они весят меньше половины одного нептуновского Тритона, не говоря уж о нашей Луне. Но всё-таки пять из них имеют сферическую форму. Почти все спутники (кроме совсем мелких булыжников вдали от планеты) вращаются в плоскости экватора Урана - значит, они, скорее всего, образовались вокруг него, и уже после «катастрофы» (а возможно, и благодаря ей - из появившегося в результате стройматериала). Все крупные спутники Урана состоят из смеси льда (водного, сухого и аммиачного) и камня - примерно поровну. Вероятно, они были раньше разогреты и «переплавились», так что камень опустился вниз, а лёд поднялся к поверхности. Посредине между тем и другим мог быть океан из воды, подогреваемый приливами, как у спутников Юпитера и Сатурна. У спутников поменьше он давно замёрз, а у Титании и Оберона - двух самых больших - мог сохраниться и по сей день. Правда, всё равно температура такой «воды» ненамного выше −100°C (!) - замёрзнуть ей мешает большое давление (сверху ведь толстый ледяной панцирь) и добавки-«незамерзайки» - аммиак и разные соли.

Все пять крупных спутников ужасно исцарапаны - покрыты гигантскими глубокими каньонами длиной сотни километров, шириной до 50 км и глубиной до 5 км. Самый большой каньон на Титании тянется от её экватора почти до самого полюса (1500 км). Предполагают, что эти каньоны - огромные трещины в ледяной коре - образовались при постепенном замерзании подлёдного океана: ведь вода при замерзании не сжимается (как большинство веществ), а расширяется. Каждый новый слой льда «распирал» ледяную кору и разламывал её - это похоже на образование эскарпов Меркурия, только там кора проваливалась внутрь, а тут - выталкивалась наружу. Возможно, при этом немного воды выливалось наружу и затем заливало дно трещин.

Совсем непохожи на них спутники Нептуна. Они, правда, совсем мало изучены - но и так уже видно, что один только Тритон имеет сферическую форму. Остальные - бесформенные глыбы, хотя по крайней мере два из них могли бы, судя по массе, быть шарообразными. Очевидно, они никогда не нагревались - иначе уж точно «переплавились» бы в шарики. Непохоже, чтобы эти спутники образовались вместе с планетой - видимо, они все захвачены позже.

Тритон раза в 3–4 легче Луны, занимает 7-е место по массе среди спутников. По размерам он больше Плутона, недавно лишённого звания планеты, да и по другим параметрам похож на него. При этом он - единственный из крупных спутников, который вращается вокруг своей планеты «не в ту сторону» и по сильно наклонённой орбите. И это при том, что период обращения вокруг Нептуна - всего 6 часов, то есть орбита очень низкая! Не иначе Тритон, как и остальные нептуновы спутники, не родился в этих местах, а был захвачен. Откуда же Нептун ухитрился раздобыть такого большого вассала? Из пояса Койпера.

Планет всего 8, а ещё лет десять назад говорили - 9: Плутон «разжаловали» в карликовые планеты. Дело в том, что за орбитой Нептуна обнаружили целую кучу небольших планеток, и некоторые из которых по размеру и массе очень похожи на Плутон. Чтобы не объявлять их всех планетами, пришлось придумать для них отдельную категорию - карликовые планеты . Скопление карликовых планет и малых тел за орбитой Нептуна, на расстояниях 30–50 а. е., называется поясом Койпера , по аналогии с поясом астероидов. Кстати, крупнейшее тело из пояса астероидов - Цереру - тоже перевели из астероидов в разряд карликовых планет. И, как Юпитер в поясе астероидов, Нептун наводит свои порядки в поясе Койпера, возмущая и раскачивая орбиты одних планеток и стабилизируя орбиты других. Чуть ли не весь пояс Койпера находится с ним в резонансе: например, периоды обращения Нептуна и Плутона относятся как 2:3. Их орбиты почти пересекаются, но они никогда не столкнутся именно из-за резонанса.

Возвращаясь к Тритону, заметим, что Нептун уже успел «воспитать» его - вращается Тритон синхронно (всё время «смотрит» на планету одной стороной). Замечательно, что его орбита - идеальный круг. Очевидно, раньше она была вытянутой (хотя и неизвестно, насколько), и на её «выравнивание» приливными силами пришлось затратить довольно много энергии. Эта энергия, переходя в тепло, нагревала Тритон, и до сих пор на нём действуют криовулканы, которые вместо горячей магмы извергают жидкий азот. Возможно, что под поверхностью до сих пор осталась незамёрзшая жидкость (вода с аммиаком при −100°C). При этом на поверхности Тритона до того холодно (−235°C), что азот, который в земных условиях - только газ, там может даже выпадать в виде снега.

И Уран, и Нептун окружены кольцами, но кольца эти слабые и состоят из тёмных частиц - вид совсем не тот, что у Сатурна. По тому, какие они тонкие и какие широкие между ними промежутки (см. фото) похоже, что это останки совсем недавно разрушенных приливными силами маленьких спутников.

Вот и подошло к концу наше путешествие по восьми большим планетам Солнечной системы и их лунам. Но секреты и загадки Солнечной системы на этом, конечно, не кончаются...

Художник Мария Усеинова

Нептун - 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.
Обнаруженный 23 сентября 1846 года, Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, 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 открыт и его спутник Тритон, однако остальные 13 спутников, известные ныне, были неизвестны 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, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов - Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов». Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия, наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты.

Открытие планеты:
Первооткрыватель	Урбен Леверье, Иоганн Галле, Генрих д’Арре
Место открытия	Берлин
Дата открытия	23 сентября 1846
Способ обнаружения	расчёт
Орбитальные характеристики:
Перигелий	4 452 940 833 км (29,76607095 а. е.)
Афелий	4 553 946 490 км (30,44125206 а. е.)
Большая полуось	4 503 443 661 км (30,10366151 а. е.)
Эксцентриситет орбиты	0,011214269
Сидерический период обращения	60 190,03 дня (164,79 года)
Синодический период обращения	367,49 дня
Орбитальная скорость	5,4349 км/с
Средняя аномалия	267,767281°
Наклонение	1,767975° (6,43° относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла	131,794310°
Аргумент перицентра	265,646853°
Спутники	14
Физические характеристики:
Полярное сжатие	0,0171 ± 0,0013
Экваториальный радиус	24 764 ± 15 км
Полярный радиус	24 341 ± 30 км
Площадь поверхности	7,6408·10 9 км 2
Объём	6,254·10 13 км 3
Масса	1,0243·10 26 кг
Средняя плотность	1,638 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	11,15 м/с 2 (1,14 g)
Вторая космическая скорость	23,5 км/c
Экваториальная скорость вращения	2,68 км/с (9648 км/ч)
Период вращения	0,6653 дня (15 ч 57 мин 59 с)
Наклон оси	28,32°
Прямое восхождение северного полюса	19ч 57м 20с
Склонение северного полюса	42,950°
Альбедо	0,29 (Бонд), 0,41 (геом.)
Видимая звёздная величина	8,0-7,78m
Угловой диаметр	2,2"-2,4"
Температура:
уровень 1 бара	72 К (около -200 °С)
0,1 бара (тропопауза)	55 К
Атмосфера:
Состав:	80±3,2% водород (H 2) 19±3,2% гелий 1,5±0,5% метан примерно 0,019% дейтерид водорода (HD) примерно 0,00015% этан
Льды:	аммиачные, водные, гидросульфидно-аммониевые (NH 4 SH), метановые
ПЛАНЕТА НЕПТУН

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 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 по различным оценкам от 5400 K до 7000-7100 °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.
12 июля 2011 года исполнился ровно один Нептунианский год - или 164,79 земного года - с момента открытия Нептуна 23 сентября 1846 года.

Физические характеристики:

Обладая массой в 1,0243·10 26 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 меньшей концентрации летучих веществ.
Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем - 4,55 млрд км (около 30,1 средних расстояний между Солнцем и Землёй, или 30,1 а. е.), и полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 года. Расстояние между Нептуном и Землёй составляет от 4,3 до 4,6 млрд км. 12 июля 2011 года Нептун завершил свой первый с момента открытия планеты в 1846 году полный оборот. С Земли он был виден иначе, чем в день открытия, в результате того, что период обращения Земли вокруг Солнца (365,25 дня) 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 млн км - разница между перигелием и афелием, то есть 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. Однако из-за длинного орбитального периода Нептуна сезоны длятся около сорока лет каждый.
Сидерический период вращения для Нептуна равен 16,11 часа. Вследствие осевого наклона, сходного с Земным (23°), изменения в сидерическом периоде вращения в течение его длинного года не являются значимыми. Поскольку Нептун не имеет твёрдой поверхности, его атмосфера подвержена дифференциальному вращению. Широкая экваториальная зона вращается с периодом приблизительно 18 часов, что медленнее, чем 16,1-часовое вращение магнитного поля планеты. В противоположность экватору, полярные области вращаются за 12 часов. Среди всех планет Солнечной системы такой вид вращения наиболее ярко выражен именно у Нептуна. Это приводит к сильному широтному сдвигу ветров.

Нептун оказывает большое влияние на весьма отдалённый от него пояс Койпера. Пояс Койпера - кольцо из ледяных малых планет, подобное поясу астероидов между Марсом и Юпитером, но намного протяжённее. Он располагается в пределах от орбиты Нептуна (30 а. е.) до 55 астрономических единиц от Солнца. Гравитационная сила притяжения Нептуна оказывает наиболее существенное влияние на пояс Койпера (в том числе в плане формирования его структуры), сравнимое по доле с влиянием силы притяжения Юпитера на пояс астероидов. За время существования Солнечной системы некоторые области пояса Койпера были дестабилизированы гравитацией Нептуна, и в структуре пояса образовались промежутки. В качестве примера можно привести область между 40 и 42 а. е.
Орбиты объектов, которые могут удерживаться в этом поясе в течение достаточно долгого времени, определяются т. н. вековыми резонансами с Нептуном. Для некоторых орбит это время сравнимо с временем всего существования Солнечной системы. Эти резонансы появляются, когда период обращения объекта вокруг Солнца соотносится с периодом обращения Нептуна как небольшие натуральные числа, например, 1:2 или 3:4. Таким образом объекты взаимостабилизируют свои орбиты. Если, к примеру, объект будет совершать оборот вокруг Солнца в два раза медленнее Нептуна, то он пройдёт ровно половину пути, тогда как Нептун вернётся в своё начальное положение.
Наиболее плотно населённая часть пояса Койпера, включающая в себя более 200 известных объектов, находится в резонансе 2:3 с Нептуном. Эти объекты совершают один оборот каждые 1 1/2 оборота Нептуна и известны как «плутино», потому что среди них находится один из крупнейших объектов пояса Койпера - Плутон. Хотя орбиты Нептуна и Плутона подходят очень близко друг к другу, резонанс 2:3 не позволит им столкнуться. В других, менее «населённых», областях существуют резонансы 3:4, 3:5, 4:7 и 2:5.
В своих точках Лагранжа (L4 и L5) - зонах гравитационной стабильности - Нептун удерживает множество астероидов-троянцев, как бы таща их за собой по орбите. Троянцы Нептуна находятся с ним в резонансе 1:1. Троянцы очень устойчивы на своих орбитах, и поэтому гипотеза их захвата гравитационным полем Нептуна сомнительна. Скорее всего, они сформировались вместе с ним.

Внутреннее строение

Внутреннее строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10-20% 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 ГПа. 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 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 км условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро. Согласно одной из гипотез, имеется целый океан «алмазной жидкости». Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов и, как полагают, имеет массу в 1,2 раза больше, чем у Земли. Давление в центре достигает 7 мегабар, то есть примерно в 7 млн раз больше, чем на поверхности Земли. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К.

Атмосфера и климат

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 является важнейшим фактором, придающим 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 существует также 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 бар. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10 -4 - 10 -5 микробар. 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.

Метан на Нептуне Изображение в ложных цветах было сделано космическим аппаратом Вояджер-2 с помощью трех фильтров: синий, зеленый и фильтр, который показывает поглощение света метаном. Таким образом, регионы на изображении, которые имеют ярко белый цвет или красный оттенок содержат большую концентрацию метана. Весь Нептун покрывает вездесущий метановый туман в полупрозрачном слое атмосферы планеты. В центре диска планеты свет проходит сквозь дымку и уходит глубже в атмосферу планеты, в результате чего центр кажется менее красным, а по краям метановый туман рассеивает солнечный свет на большой высоте, в результате формируется ярко красный ореол.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

При давлении между одним и пятью барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 бар 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 км, 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.

Высотные облачные полосы на Нептуне Изображение получено космическим аппаратом Вояджер-2 за два часа до максимального сближения с Нептуном. Отчетливо видны вертикальные яркие полосы облаков Нептуна. Эти облака наблюдались на широте в 29 градусов к северу вблизи восточного терминатора Нептуна. Облака отбрасывают тени, это означает, что они располагаются выше, чем основной непрозрачный облачный слой. Разрешение изображения 11 км на пиксель. Ширина полос облаков от 50 до 200 км, а отбрасываемые ими тени простираются на 30-50 км. Высота облаков примерно 50 км.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

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 являются 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.

Одно из различий между Нептуном и Ураном - уровень метеорологической активности. «Вояджер-2», пролетавший вблизи Урана в 1986 году, зафиксировал крайне слабую активность атмосферы. В противоположность Урану, на Нептуне были отмечены заметные перемены погоды во время съёмки с «Вояджера-2» в 1989 году.

Погода на Нептуне характеризуется чрезвычайно динамической системой штормов, с ветрами, достигающими почти сверхзвуковых скоростей (около 600 м/с). В ходе отслеживания движения постоянных облаков было зафиксировано изменение скорости ветра от 20 м/с в восточном направлении к 325 м/с на западном. В верхнем облачном слое скорости ветров разнятся от 400 м/с вдоль экватора до 250 м/с на полюсах. Большинство ветров на Нептуне дуют в направлении, обратном вращению планеты вокруг своей оси. Общая схема ветров показывает, что на высоких широтах направление ветров совпадает с направлением вращения планеты, а на низких широтах противоположно ему. Различия в направлении воздушных потоков, как полагают, следствие «скин-эффекта», а не каких-либо глубинных атмосферных процессов. Содержание в атмосфере метана, этана и ацетилена в области экватора превышает в десятки и сотни раз содержание этих веществ в области полюсов. Это наблюдение может считаться свидетельством в пользу существования апвеллинга на экваторе Нептуна и его понижения ближе к полюсам.

В 2006 году было замечено, что верхняя тропосфера южного полюса Нептуна была на 10 °C теплее, чем остальная часть Нептуна, где температура в среднем составляет -200 °C. Такая разница в температуре достаточна, чтобы метан, который в других областях верхней части атмосферы Нептуна находится в замороженном виде, просачивался в космос на южном полюсе. Эта «горячая точка» - следствие осевого наклона Нептуна, южный полюс которого уже четверть нептунианского года, то есть примерно 40 земных лет, обращён к Солнцу. По мере того, как Нептун будет медленно продвигаться по орбите к противоположной стороне Солнца, южный полюс постепенно уйдёт в тень, и Нептун подставит Солнцу северный полюс. Таким образом, высвобождение метана в космос переместится с южного полюса на северный. Из-за сезонных изменений облачные полосы в южном полушарии Нептуна, как наблюдалось, увеличились в размере и альбедо. Эта тенденция была замечена ещё в 1980 году, и, как ожидается, продлится до 2020 года с наступлением на Нептуне нового сезона. Сезоны меняются каждые 40 лет.

В 1989 году аппаратом НАСА «Вояджер-2» было открыто Большое тёмное пятно, устойчивый шторм-антициклон размерами 13 000 x 6600 км. Этот атмосферный шторм напоминал Большое красное пятно Юпитера, однако 2 ноября 1994 года космический телескоп «Хаббл» не обнаружил его на прежнем месте. Вместо него новое похожее образование было обнаружено в северном полушарии планеты. Скутер - это другой шторм, обнаруженный южнее Большого тёмного пятна. Его название - следствие того, что ещё за несколько месяцев до сближения «Вояджера-2» с Нептуном было ясно, что эта группка облаков перемещалась гораздо быстрее Большого тёмного пятна. Последующие изображения позволили обнаружить ещё более быстрые, чем «скутер», группы облаков.

Большое темное пятно Фотография слева сделана узко угольной камерой Вояджера-2 с помощью зеленого и оранжевого фильтра, с расстояния в 4,4 млн. миль от Нептуна за 4 дня и 20 часов до максимального сближения с планетой. Хорошо видны Большое темное пятно и его меньший компаньон на западе Малое темное пятно. Серия снимков справа показывает изменения Большого темного пятна в течение 4,5 суток во время подлета космического аппарата Вояджер-2, интервал съемки 18 часов. Большое темное пятно находится на широте в 20 градусов к югу и охватывает до 30 градусов по долготе. Верхнее изображении в серии получено на расстоянии в 17 млн. км от планеты, нижнее - 10 млн. км. Серия снимков показала, что шторм изменяется со временем. В частности на западе сначала съемки за БТП тянулся темный шлейф, который затем втянулся в основную область шторма, оставив после себя серию из небольших темных пятен-"бусинок". Большое яркое облако на южной границе БТП является более или менее постоянным спутником образования. Видимое движение небольших облаков на периферии предполагает вращение БТП против часовой стрелки.
ПЛАНЕТА НЕПТУН

Малое тёмное пятно, второй по интенсивности шторм, наблюдавшийся во время сближения «Вояджера-2» с планетой в 1989 году, расположено ещё южнее. Первоначально оно казалось полностью тёмным, но при сближении яркий центр Малого тёмного пятна стал виднее, что можно заметить на большинстве чётких фотографий с высоким разрешением. «Тёмные пятна» Нептуна, как полагают, рождаются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие и заметные облака. Таким образом, они кажутся своеобразными дырами в верхнем облачном слое, так как они открывают просветы, позволяющие видеть сквозь более темные и глубокие слои облаков.

Поскольку эти штормы носят устойчивый характер и могут существовать в течение нескольких месяцев, они, как считается, имеют вихревую структуру. Часто связываются с тёмными пятнами более яркие, постоянные облака метана, которые формируются в тропопаузе. Постоянство сопутствующих облаков показывает, что некоторые прежние «тёмные пятна» могут продолжить своё существование как циклон, даже при том что они теряют тёмный окрас. Тёмные пятна могут рассеяться, если они движутся слишком близко к экватору или через некий иной неизвестный пока механизм

Более разнообразная погода на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, - следствие более высокой внутренней температуры. При этом Нептун в полтора раза удалённее от Солнца, чем Уран, и получает лишь 40% от того количества солнечного света, которое получает Уран. Поверхностные же температуры этих двух планет примерно равны. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в -221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает -201,15 °C. Глубже идут газы, однако температура устойчиво повышается. Как и с Ураном, механизм нагрева неизвестен, но несоответствие большое: Уран излучает в 1,1 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Нептун же излучает в 2,61 раза больше, чем получает, его внутренний источник тепла добавляет 161% к энергии, получаемой от Солнца. Хотя Нептун - самая далёкая от Солнца планета, его внутренней энергии оказывается достаточно, чтобы породить самые быстрые ветры в Солнечной системе.

Новое темное пятно Космический телескоп Хаббл обнаружил новое большое темное пятно, расположенное в северном полушарии Нептуна. Наклон Нептуна и его нынешнее положение почти не позволяют сейчас рассмотреть больше подробностей, в итоге пятно на снимке располагается вблизи лимба планеты. Новое пятно копирует подобный шторм на южном полушарии, который был обнаружен Вояджером-2 в 1989 году. В 1994 году снимки с телескопа Хаббл показали, что пятно в южном полушарии исчезло. Как и его предшественник, новый шторм окружен облаками на границе. Эти облака возникают, когда газ из нижних областей поднимается вверх, а затем охлаждается с образованием кристаллов метанового льда.

ПЛАНЕТА НЕПТУН

Предлагается несколько возможных объяснений, включая радиогенный нагрев ядром планеты (подобно разогреву Земли радиоактивным калием-40), диссоциация метана в другие цепные углеводороды в условиях атмосферы Нептуна, а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению гравитационных волн над тропопаузой.