Нептун та його супутники

Нептун — восьма по віддаленості від Сонця планета Сонячної системи. Планета була відкрита в 1846 році й названа за іменем бога морів у римській міфології. Символ Нептуна - стилізований тризуб, символ морського бога Нептуна.

ВІДКРИТТЯ ПЛАНЕТИ

1845 і 1846 роках англійський астроном Джон Адамс (John Couch Adams) і француз Урбен Левер'є (Urbain Jean Joseph Leverrier) незалежно один від одного розрахували положення планети на підставі даних про невеликі збурення в русі Урана.

Уночі 23 вересня 1846 Йоганн Галлі (Johann Gottfried Galle) і Гейнріх д'Арре (Heinrich Louis d'Arrest), проводячи спостереження на обсерваторії в Берліні, виявили планету всього в одному градусі від положення, передбаченого Левер'є. Настільки ж вдале пророкування Адамса, зроблене на рік раніше, зустріло в Англії необґрунтований скептицизм, і було опубліковано тільки після відкриття планети. Відкриття Нептуна викликало у Франції й Англії запеклі суперечки про національний пріоритет, і про те, як варто назвати планету (Левер'є хотів назвати її у свою честь). В остаточному підсумку, планета одержала назву Нептун за іменем бога моря римської міфології, і був визнаний внесок як Адамса, так і Левер'є в її відкриття. Цікаво, що розрахована Левер'є й Адамсом орбіта Нептуна дуже швидко відхилялася від дійсної орбіти планети, і якби пошуки затяглися на кілька років, то по цих обчисленнях знайти планету було б вже не реально. Можливо, що за два сторіччя до відкриття, в 1613, Галілео Галілей спостерігав Нептун, але не розпізнав його як планету.

ВИВЧЕННЯ

На найкращих фотографіях, зроблених із Землі, можна розрізнити окремі яскраві хмари і яскравий серпанок над південним полюсом планети. Космічний апарат «Вояджер-2» підтвердив ці спостереження, коли пройшов усього в 5000 км над верхівками хмар планети 25 серпня 1989. Крім того, він виявив багато нових деталей, у тому числі велику циклонічну систему в південній півкулі - Велика темна пляма. До 1994 р. ця система розпалася, а космічний телескоп ім. Хаббла виявив нову Велику темну пляму в північній півкулі.

«Вояджер-2» також виявив меншу циклонічну систему з яскравим ядром з перистих хмар, добре помітну систему смуг, і численні тонкі перисті хмари. Також була виявлена маленька яскрава хмарина неправильної форми, що робить один оберт за 16 годин. Вона одержала назву «Скутер», і може бути вершиною викиду з нижніх шарів атмосфери. Деякі із цих деталей відкидають тіні на більш глибокі шари хмар, що дало перші дані про вертикальне розшарування атмосфери Нептуна. Високі хмари, що перебувають на 50-100 км вище основного шару, імовірно, складаються із кристалів метану, а більш низький і безперервний рівень утворений кристалами аміаку або сульфіду водню.

Перисті хмари швидко змінюються, виникаючи і зникаючи всього за кілька годин. Таким чином, погода на Нептуні динамічна й мінлива, як і на Землі.

АСТРОНОМІЧНІ ДАНІ

Орбіта Нептуна — одна з найбільш округлих в Сонячній системі. Її більша піввісь дорівнює 4504,3 млн. км при ексцентриситеті всього 0,0086. Відстань Нептуна до Сонця міняється в межах 29,8—30,4 а. о. Нахил орбіти до площини екліптики дорівнює 1°46'. Період оберту планети навколо Сонця дорівнює 164,79 років.

Максимальна зоряна величина Нептуна на земному небі дорівнює 7,8, тобто він приблизно в п'ять разів слабше самих слабких зірок, видимих неозброєним оком. У великі телескопи він виглядає як маленький блакитний диск.

ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

У Нептуна, як і в інших планет-гігантів, немає твердої поверхні, тому за рівень відліку при вимірі розмірів планети приймається рівень атмосфери, на якому тиск становить 1 бар. Екваторіальний діаметр Нептуна дорівнює 49528 км, полярний - 48680 км; його маса - 1.02 * 1026 кг - перевершує земну в 17,14 разів. Таким чином, ця планета трохи менша й важча за Уран. Середня щільність Нептуна - 1,76 г/см³. Рівень сонячної енергії на околицях Нептуна дуже малий і становить близько 8 Вт/м².

Атмосфера Нептуна на 98 % складається з водню й гелію. У ній утримується також 2,5-3 % метану. Перисті хмари в атмосфері Нептуна, швидше за все, складаються із кристалів замерзлого метану. Сильні лінії поглинання метану, що домінують у спектрі планети, надають Нептунові інтенсивний синій колір. У спектрі виявлені також сліди молекулярного водню й етану. У мікрохвильовому діапазоні помічено присутність невеликої кількості аміаку.

Температура в атмосфері Нептуна змінюється із глибиною. На рівні 0,1 бар температура мінімальна - 50 К. Вище температура росте, досягаючи 750 К на висоті 2000 км (при тиску 10-11 бар), і далі залишається постійною. Також температура зростає в напрямку до центра планети, де очікуються значення температури в 7000 К і тиск в 5 * 106 бар. На рівні 1 бар температура атмосфери дорівнює 74 К. З огляду на відстань планети до Сонця, очікувалося, що ефективна температура Нептуна становить близько 45 К, але виявилося, що вона дорівнює 59,3 К. Таким чином, на Нептуні частина тепла надходить із внутрішніх джерел.

Вісь обертання Нептуна нахилена до площини орбіти на 29°34'. Період обертання магнітного поля Нептуна, що можливо пов'язаний з обертанням ядра планети, був визначений «Вояджером-2» і становить 16,11 годин (16 годин 07 хвилин). Більшість хмар обертаються з іншими періодами, що становлять від 12 годин поблизу південного полюса до 18 годин біля екватора. Це означає, що на Нептуні дмуть вітри зі швидкостями до 2400 км/годину, спрямовані проти обертання планети. Це найпотужніші вітри в Сонячній системі.

«Вояджер-2» виявив, що вісь магнітного поля Нептуна нахилена на 46° до осі обертання планети, і зміщена від центра планети на відстань в 0,55 радіуса планети. У результаті, напруженість магнітного поля сильно варіює по поверхні планети - від 0,1 гаусс у північній півкулі до 1 гаусс у південній. Думають, що магнітне поле Нептуна породжується не ядром планети, а мантією, яка багата аміаком. Сильний нахил осі магнітного поля приводить до того, що траєкторії руху заряджених часток у магнітосфері планети перетинають траєкторії руху супутників і кілець; у результаті багато заряджених часток поглинаються супутниками й кільцями, і їхня концентрація в магнітосфері зменшується. Крім того, «Вояджер» виявив на Нептуні полярні сяйва, хоча й набагато слабші, ніж на Землі. Вони мають складний характер і поширюються на великих ділянках планети, не тільки навколо магнітних полюсів.

Вважають, що Нептун має ядро з розплавлених скельних порід, оточене зовнішнім ядром із частково розплавленої суміші аміаку, води й метану, яка не розділена на окремі шари.

СУПУТНИКИ

Тритон. Найбільший із супутників Нептуна, відкритий У. Ласелем (о.Мальта, 1846 р.). На небі має 14 зоряну величину. Відстань від Нептуна 394700 км, сидеричний період обертання 5 діб 21 год. 3 хв., діаметр близько 3200 км, що трохи (на 389 км) менше діаметра Місяця, хоча маса його на порядок — в 3,5 раз — менша. Це майже єдиний супутник Сонячної системи, який обертається навколо своєї планети в протилежний бік від обертання самої планети навколо своєї осі. Через таке обертання Тритон поступово втрачає енергію в результаті дії припливних сил, і зрештою або зруйнується, або впаде на Нептуна.

Вісь Тритона теж незвичайна: вона нахилена на цілих 157 градусів щодо осі самої планети. А оскільки сам Нептун нахилений на 30 градусів, Тритон виявляється "лежачим на боці". Є версії, що Тритон - захоплена колись Нептуном самостійна планета. Має велику відбивну спроможність (альбедо) — 60-90% (Місяць 12%), бо здебільшого складається з водяного льоду. У Тритона була виявлена незначна газова оболонка, тиск якої на поверхні в 70.000 разів менше земного атмосферного тиску. Походження цієї атмосфери, що повинна була би давно розсіятися, пояснюють частими виверженнями на супутнику, що поповнюють її газами. Коли ж були отримані знімки Тритона, то на крижаний його поверхні дійсно помітили гейзероподібні виверження азоту і темних часток пилу різного розміру. Все це розсіюється в навколишньому просторі. Є припущення, що після захоплення Нептуном супутник був розігрітий припливними силами, і він був навіть рідким перший мільярд років після захоплення. Можливо, у надрах своїх він як і раніше зберіг цей агрегатний стан. Поверхня Тритона нагадує своєю подобою полярних шапок супутники Юпітера: Європу, Ганімед, Іо, а також Аріель Урана.

Нереїда. Другий за розмірами супутник Нептуна. Середня відстань від Нептуна 6,2 млн. км, діаметр біля 200 км. Нереїда — найдальший від Нептуна супутник із відомих. Вона робить один виток навколо планети за 360 днів. Орбіта Нереїди сильно витягнута, її ексцентриситет складає цілих 0,75. Найбільша відстань від супутника до планети перевищує найменшу в сім разів. Нереїда була відкрита у 1949-му році Койпером (США).

Інші супутники

В 1989 «Вояджер-2» відкрив ще шість супутників Нептуна. Всі вони рухаються по кругових орбітах практично в площині екватора планети. П'ять із них мають періоди обертання менші за період обертання планети, і тому на небі Нептуна сходять на заході й заходять на сході; це також означає, що через гравітаційне тертя вони рано чи пізно впадуть на Нептун. Найбільший відкритий у 1989 р. супутник — Протей — неправильної форми із середнім діаметром близько 420 км. Він темніший за Нереїду, і відбиває всього 6 % падаючого світла. Протей має сірий колір; на його поверхні помітні кратероподібні утворення й тріщини.

Ще один супутник, Ларисса, темний об'єкт неправильної форми розміром 210*180 км, що відбиває 5 % світла. На ньому помітні кілька кратерів розмірами 30—50 км. Неправильна форма Протея і Ларисси вказує на те, що протягом всієї своєї історії вони залишалися холодними брилами льоду. Радіуси орбіт супутників 117,6 тис. км і 74 тис. км відповідно. Про інші супутники відомо ще менше. Деспіна й Галатея обертаються на відстанях 62 тис. км і 52 тис. км, відповідно. Таласса обертається навколо Нептуна за 7,5 години на відстані 50 тис. км. Наяда, з періодом обігу 7,1 години, має орбіту, яка помітно нахилена до площини екватора Нептуна — на 4,5°.

В 2002-2003 відкриті ще п'ять супутників Нептуна, таким чином, їх загальне число досягло 13. Кожний з нововідкритих об'єктів має діаметр 30-60 км і непостійну, витягнуту орбіту з більшим нахилом. Період їхнього обертання навколо Нептуна становить від 5 до 26 земних років.

КІЛЬЦЯ

До прольоту «Вояджера-2» наявність у Нептуна кілець було предметом жвавої дискусії. Деякі наземні спостереження дозволяли припустити, що навколо планети розташовані неправильні дуги. Знімки «Вояджера» показали, що навколо планети існують п'ять кілець: два яскравих і вузьких і три більш слабких. Деякі сектори зовнішнього яскравого кільця значно яскравіші, ніж інші, і саме вони були відкриті при спостереженні із Землі. Довжина таких дуг становить від 1000 до 10000 км. Три найяскравіші серед них одержали назви Воля, Рівність і Братерство. Яскраві кільця (1989N2R, Левер'є і 1989N1R, Адамс) розташовані на відстанях 53 тис. км і 63 тис. км. Внутрішнє яскраве кільце має ширину всього 15 км. Супутники Галатея й Деспіна рухаються по внутрішньому краю 1989N1R і 1989N2R відповідно, і, можливо, беруть участь у їхньому формуванню. Одне із широких кілець розташовано на відстані 42 тис. км (1989N3R, Галлі), інше - між яскравими кільцями (1989N4R Лассель, Араго), і третє, очевидно, заповнює простір між внутрішнім широким кільцем і планетою. Кільця не відбивають радіохвиль, що вказує на відсутність в них часток розміром крупніше сантиметра. Те, що кільця краще помітні, коли Сонце підсвічує їх позаду, вказує на перевагу пилоподібних часток. Можливо, кільця складаються з метанового льоду, що стемнів під дією випромінювання Сонця.