НЕПТУН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СЪСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ, СТРУКТУРА - ARTE - 2025

Нептун е осмата планета в Слънчевата система по отношение на орбитално разстояние, леден гигант и най-отдалеченият от всички. Такъв е случаят, когато Плутон спря да се смята за планета през 2006 г., превръщайки се в планета джудже, която е част от пояса на Койпер.

В нощното небе Нептун изглежда като малка синкава точка, за която се знаеше много малко, докато космическите мисии в края на 80-те години, като Вояджър 2, не предоставиха данни за планетата и нейните спътници.

Фигура 1. Нептун, сниман от Вояджър 2 през 1989 г., изображението показва тъмните петна поради атмосферните бури. (Източник: НАСА)

Изображенията на Voyager 2 показаха за първи път планета със синьо-зелена повърхност, със силни бури и бързи вятърни течения, произвеждащи тъмни антициклонични петна. Те са много подобни на тези на Юпитер, въпреки че не са толкова постоянни във времето като тези.

Атмосферата на Нептун е богата на метан и има много слаба пръстенна система. Планетата има магнитосфера, поради което се предполага, че има метално ядро.

Досега са преброени 15 спътника на Нептун, сред които Тритон и Нереида са основните спътници.

Откритие и история

Откриването на Нептун е резултат от математическо предсказване, основано на наблюдения на нарушения в орбитите на планетите Уран и Сатурн. Преди това през 1610 г. Галилей вече беше забелязал Нептун със същия телескоп, който използва, за да открие луните на Юпитер, но го обърка за звезда.

Много по-късно, през 1846 г., френският математик, специализиран в небесната механика Urbain Le Verrier, изучава някои смущения в орбитите на Сатурн и Уран. Най-доброто обяснение беше да се предложи съществуването на нова планета, от която той предсказа орбитата и положението в небето. Следващата стъпка беше да се намери планетата, така че Ле Верие убеди германския астроном Йохан Готфрид Гале да го потърси.

През нощта на 23 септември 1846 г. Гале потвърди от обсерваторията си в Берлин съществуването на новата планета и след дни се появи Тритон, най-големият спътник.

Почти едновременно в Кеймбридж, Англия, младият математик Джон Куш Адамс, който също работи за проблема от известно време, направи подобни прогнози.

Нептун дължи името си на бога на морето в римската митология (еквивалентен на гръцкия бог Посейдон), следвайки традицията да назовава планетите след божествата на римския пантеон.

Основни характеристики

Диаметърът на Нептун е почти 4 пъти по-голям от диаметъра на Земята, но е около една трета от гигантския Юпитер.

Фигура 2. Нептун в сравнение със Земята. (Източник: wikimedia commons)

Масата му е 17 пъти по-голяма от тази на Земята, а обемът й е 57 пъти по-голям. По маса тя е на трето място сред планетите в Слънчевата система и на четвърто място по размер.

Обобщение на основните физически характеристики на Нептун

-Маса: 1024 × 10 ²⁶ кг (17,147 пъти повече от тази на Земята)

-Среден радиус : 24 622 км, което се равнява на 3,87 пъти повече от радиуса на Земята.

-Форма: сплескана на полюсите с коефициент 0,983.

-Меен радиус на орбитата: 4.498 x 10 ⁹ км, еквивалентен на 30.07 AU

- Наклон на оста на въртене: 30 ° по отношение на орбиталната равнина.

-Температура: -220ºC (облаци)

-Тежест: 11.15 m / s ² (1.14g)

-Собствено магнитно поле: Да, 14 микротесла на екватора.

-Атмосфера: Водород 84%, Хелий 12%, Метан 2%, Амоняк 0.01%.

-Гъстота: 1640 кг / м ³

-Сателити: 15 известни до момента.

-Пръстени: Да, те са тънки и са съставени от частици лед и силикати.

Движение за превод

Нептун, осмата планета в Слънчевата система, е газов гигант, чиято орбита около Слънцето има среден радиус 30 AU. Астрономическата единица AU се равнява на 150 милиона километра и е средното разстояние между Слънцето и Земята.

Фигура 3. Анимация, показваща орбитата на Нептун в червено, заедно с Уран, който е синята точка. Източник: Wikimedia Commons.

Това означава, че радиусът на пътя на Нептун е 30 пъти по-голям от този на Земята, така че са необходими 165 години, за да се извърши една революция около Слънцето.

Забавни факти за Нептун

-Това е най-отдалечената от Слънцето планета, тъй като Плутон, който е след орбитата на Нептун, сега е планета джудже.

-Neptune е най-малката от четирите гигантски планети (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

-Гравитацията на Нептун е много подобна на тази на Земята.

-Това е най-студената планета в Слънчевата система, със средна температура -221,4ºC.

-Има система от пръстени, но за разлика от тези на Сатурн, те не са непрекъснати, а вместо това образуват дъги по орбиталния му път.

-Neptune е най-гъстата от гигантските планети.

-Има урагани с най-бързите ветрове в Слънчевата система, които могат да достигнат изумителните 2100 км / ч.

-Neptune има Голямо тъмно петно, водовъртеж с размерите на планетата Земя. Това петно, заснето през 1989 г., изчезна през 1994 г., но породи ново Тъмно петно.

-Тритон, най-големият спътник на Нептун, се върти в обратна посока спрямо останалите си спътници, поради което се смята, че е бил хванат от планетата и не се е образувал едновременно с нея.

-Triton (най-големият спътник на Нептун) има вулкани и азотни гейзери, но той е една от най-студените звезди в Слънчевата система (-235ºC).

-Мисията Вояджър 2 измина 3000 км от северния полюс на планетата Нептун през 1989г.

-На 12 юли 2011 г. Нептун завърши първата си пълна орбита от откриването си на 23 септември 1846 г.

Въртящо движение

Фигура 4. На Нептун са необходими почти 16 часа, за да направи един пълен оборот около оста си. Източник: НАСА.

Въртенето на Нептун е 15 часа, 57 минути и 59 секунди, според най-точното измерване до момента.

Не е лесна задача да се определи скоростта на въртене на планета, която показва само повърхността на нейната атмосфера и която също се движи. Много по-лесно е да се определи скоростта на въртене на скалистите планети.

Когато Voyager 2 достигна Neptune през 1989 г., се изчислява период на въртене от 16 часа 6.5 секунди. Днес това измерване е известно, че е неточно, благодарение на старателните измервания на планетарния учен Ерих Каркошка от университета в Аризона.

Скорост на въртене и магнитно поле

Скоростта на въртене на другите планети-гиганти се измерва чрез импулсите, излъчвани от магнитното поле. Този метод обаче не се прилага за Нептун, тъй като нито оста, нито центърът на магнитния дипол не съвпадат с оста на въртене на планетата, както виждаме в следното сравнително изображение:

Фигура 5. Магнитно поле на гигантските планети. Източник: Семена, М. 2011. Слънчевата система. Седмо издание. Учене в Cengage.

Изображението показва модела на магнитното поле, произведено от дипол (магнит), разположен повече или по-малко в центъра на планетата. Този модел е подходящ и за магнитното поле на Земята.

Но полето на Нептун е аномално, в смисъл че входовете на квадрупол и по-висок ред могат да бъдат по-големи от диполното поле. И както виждаме на фигурата, диполът е изместен от центъра.

Така Karkoschka измисли различен метод, използвайки повече от петстотин изображения от телескопа Хъбъл. Той намери две характерни черти на планетата, които той нарече: Южна полярна характеристика и Южна полярна вълна.

Те се въртят със същата скорост от 90-те години, потвърждавайки, че това е истинската скорост на планетата.

Фигура 6. В това изображение на Нептун цветните филтри се използват за подчертаване на Тъмното петно ​​2 и Южната полярна характеристика, които изглежда са закотвени към планетата. Източник: Ерих Каркошка.

Изображението на Фигура 5 (по-горе) показва цветове и контрасти, модифицирани от филтри, за да се подчертае атмосферните характеристики на планетата.

Както казахме, ветровете в атмосферата на Нептун често надвишават скоростта на звука.

Така Голямото тъмно петно ​​на Нептун варира относителното си положение във времето, докато Тъмното петно ​​2 и Южната полярна характеристика запазват относителните си позиции. Това предполага, че те са обвързани с въртенето на планетата, което позволи на Karkoschka да определи точно продължителността на един ден на Нептун.

композиция

Елементи като водород (84%), хелий (12%), метан (2%) и други газове като амоняк, етан и ацетилен се намират в атмосферата на Нептун. Под тази атмосфера има смес от вода, течен амоняк, метан и разтопена скала, съдържащи силициев диоксид, желязо и никел.

Нарастващите концентрации на метан, амоняк и вода се намират в долните райони на атмосферата. За разлика от Уран, планетата близнак, съставът на Нептун има по-голям обем на океана.

структура

Планетата има скалисто ядро, заобиколено от ледена обвивка, цялата под плътна и гъста атмосфера, заемаща една трета от радиуса си. Тя е подобна на тази на планетата близнак Уран.

Следващата фигура показва структурата на Нептун по-подробно.

Фигура 7. Вътрешна структура на Нептун. Източник: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Нептун има структура с добре диференцирани слоеве:

- горен слой: той е съставен от облаци, които са предимно водород и хелий, и в по-малка степен метан и други газове. Тя съответства на приблизително 5-10% от масата на планетата.

- Атмосфера: водород, хелий и метан.

- Мантия: под атмосферата е голямата мантия на планетата, течен район, където температурите могат да достигнат между 1,727 и 4,727 ° С. Състои се от вода, метан и амоняк в течно състояние.

Мантията варира от 10 до 15 сухопътни маси и е богата на вода, амоняк и метан. Тази смес се нарича "лед", въпреки че е гореща и гъста течност, а също така се нарича океанът на водата и амоняка.

Самата мантия има много високи температури, между 1 700ºC и 4,700ºC, а електрическата проводимост също е висока.

- Ядро: съставено от силициев диоксид, желязо и никелова скала, подобно на Уран, другият гигант на лед и газ. Масата на ядрото е 1,2 пъти по-голяма от тази на Земята. Налягането в центъра се изчислява на 700 GPa, приблизително двойно, отколкото в центъра на Земята, с температури до 5 670 ºC.

атмосфера

Атмосферата на Нептун е много интересна и заслужава специален раздел. Като начало е изключително студено, тъй като е най-отдалечената от Слънцето планета и получава много малко слънчева радиация. Поради това температурата в горната част на атмосферата е от порядъка на -220 ºC.

Но Нептун има вътрешен източник на топлина, вероятно поради сблъсъка на проводящите електрони в мантията на течността, а също и на останалата топлина по време на образуването му.

Поради този огромен температурен градиент възникват огромни конвекционни течения, което прави климатичната система на планетата много екстремна.

И така се получават най-големите бури и урагани в Слънчевата система, както се доказва от образуването на огромни петна от антициклонични течения, дължащи се на противоположни ветрове на различни географски ширини.

Сред всички антициклонични системи на Нептун се откроява Голямото тъмно петно, заснето за първи път от сондата Вояджър 2 през 1989 г., когато премина на 3000 километра от планетата.

По отношение на цвета, този на Нептун е дори по-синкав от Уран, именно поради по-високата му концентрация на метан, който абсорбира червената дължина на вълната и отразява синята дължина на вълната. Но има и други молекули, които допринасят за нейния цвят.

В долния регион на атмосферата (тропосфера) температурата намалява с височина, но в горния регион (стратосфера) се случва обратното. Между тези слоеве налягането е 10 хиляди паскали (Па).

Над стратосферата се намира термосферата, която постепенно се трансформира в екзосфера, където налягането намалява от 10 Па на 1 Па.

Нептунови спътници

Към днешна дата са преброени 15 естествени спътника на планетата. Най-големият от неговите спътници и първият открит през 1846 г. е Тритон. През 1949 г. е открит втори сателит, наречен Nereida.

През 1989 г. мисията Вояджър 2 откри още шест спътника: Наяд, Таласа, Деспина, Галатея, Лариса и Протей.

По-късно през 2003 г. са открити Халимед, Сао, Лаомедия, Псамат и Несо. Малкият спътник 14 е открит през 2013 г. от института SETI, като орбиталният му период е 23 часа.

Нека видим някои подробности за основните луни на Нептун:

тритон

Той е най-големият от спътниците на Нептун, с диаметър 2700 км, около 18 пъти по-малък от планетата-домакин и почти 5 пъти по-малък от Земята.

Орбиталният му период е почти 6 дни, но любопитно се върти в обратна посока на въртенето на Нептун и другите му спътници. Освен това орбитата му е наклонена на 30 градуса по отношение на орбиталната равнина на планетата.

Това е най-студеният обект в Слънчевата система, със средна температура -235 ºC и е съставен от три четвърти скала и четвърт лед. На повърхността му има гейзери, с тъмни излъчвания към атмосферата, докато повърхността представя равнини и някои вулкани с кратери на 200 км.

Фигура 8. Основните спътници на Нептун; Тритон, Протей, Нереида и Лариса. Източник: Wikimedia Commons.

стоного

Открит е от Джерард Куйпер през 1949 г., благодарение на факта, че отразява 14% от слънчевата светлина, която получава.

Размерът му е една осма от Тритон и има много ексцентрична орбита, най-близкият подход към Нептун е 1 354 000 км, а най-далечното разстояние е 9 624 000 км, като отнема 360 дни.

Протей

Фигура 9. Братството, равенството, свободата е името, дадено на арките на Адамсовия пръстен (най-външния). Вътрешният пръстен е Le Verrier. (Източник: wikimedia commons)

Нептун има пет тънки и слаби пръстена, съставени предимно от прах и ледени частици. Смята се, че неговият произход е в отломките, оставени от сблъсъци между метеори и природните спътници на планетата.

Пръстените са кръстени на фамилните имена на учените, допринесли най-много за тяхното откриване и изучаване. От най-вътрешната до най-външната те са Гале, Льо Верие, Ласел, Араго и Адамс.

Има и пръстен, чиято орбита споделя със спътника Galatea, който можем да видим на следното изображение:

Фигура 10. Диаграма на петте пръстена на Нептун и техните имена. Показана е и орбитата на някои спътници. (Източник: НАСА).

Кога и как да наблюдаваме Нептун

Нептун не може да се види с просто око, дори и с любителски телескоп той изглежда толкова малък, че може да бъде сбъркан със звезда.

За целта е най-добре да използвате компютърна програма или приложение, което работи като планетариум. За операционната система Android се откроява приложението Sky Maps, което ви позволява бързо да намирате планети и други небесни обекти със значителна точност.

Най-доброто време за наблюдение е, когато планетата е в опозиция, тоест Земята е между линията, която свързва Слънцето с Нептун.

Това явление се появява на всеки 368 дни и до 2020 г. ще се прояви на 11 септември. Това със сигурност не е единственият повод да наблюдаваме Нептун, което се вижда и през друго време на годината.

С добър телескоп Нептун може да се разграничи от фоновите звезди, тъй като изглежда като синьо-зелен диск.

Магнетосферата на Нептун

По-рано се коментираха особеностите на магнитното поле на Нептун. Магнитните полюси на планетата са наклонени 47 ° по отношение на оста на въртене.

Магнитното поле се генерира от движението на проводими течности, които образуват тънък сферичен слой вътре в планетата. Но на Нептун магнитните полюси са изместени от центъра на около 0,5 радиуса от планетата.

Интензивността на полето в магнитния екватор е от порядъка на 15 микротесла, което е 27 пъти по-интензивно от това на Земята.

Геометрията на полето е сложна, тъй като квадруполният принос може да надвиши приноса на дипола, за разлика от Земята, в която най-релевантният принос е диполът.

Фигура 11. Особеното магнитно поле на Нептун. (Източник: emaze.com)

Магнитосферата на Нептун се простира до 35 пъти по-голям от радиуса му в удара отпред и до 72 радиуса на опашката.

Магнитопаузата, която е мястото, където магнитното налягане се равнява на налягането на заредените частици от Слънцето, е между 23 до 27 радиуса от планетата.

Мисии към Нептун

Вояджър 2

Единствената космическа мисия за орбита на планетата Нептун беше Voyager 2, който пристигна на планетата през 1982 година.

По това време бяха известни само два спътника: Тритон и Нереида. Но благодарение на мисията Voyager 2 бяха открити още шест: Наяд, Таласа, Деспина, Галатея, Лариса и Протей. Тези спътници са доста по-малки от Тритон, с неправилна форма и по-малки орбита на радиус.

Предполага се, че тези шест сателита са останки от сблъсък с древен спътник, който се е сблъскал с Тритон, когато последният е превзет от гравитационното дърпане на Нептун.

Voyager 2 също откри нови пръстени на Нептун. Въпреки че първият от пръстените е открит през 1968 г., съществуването му и откриването на нови не е възможно до пристигането на споменатата сонда през 1989 година.

Най-близкото приближаване на космическия кораб към планетата стана на 25 август 1989 г., което се проведе на разстояние от 4800 км над северния полюс на Нептун.

Тъй като това беше последната голяма планета, която космическият кораб може да посети, беше решено да направи близък полет на луната Тритон, подобно на това, което беше направено с Вояджър 1, който летеше от Сатурн и неговата луна Титан.

На 25 август 1989 г. космическият кораб осъществи близка среща с луната Нереид, преди да достигне 4400 км от атмосферата на Нептун и в същия ден премина близо до Тритон, най-голямата луна на планетата.

Космическият апарат провери съществуването на магнитното поле около Нептун и установи, че полето е изместено от центъра и наклонено, подобно на полето около Уран.

Препратки

1. N + 1. 200-килограмови диаманти валят по Уран и Нептун. Възстановена от: nmas1.org.
2. Пауъл, М. Планетите с голи очи в нощното небе (и как да ги идентифицираме). Възстановени от: nudeeyeplanets.com.
3. Семена, М. 2011. Слънчевата система. Седмо издание. Учене в Cengage.
4. Wikipedia. Планетен пръстен. Възстановено от: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Neptune. Възстановено от: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Изследване на Нептун. Възстановено от: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Нептун (планета). Възстановено от: es.wikipedia.org.