9.4 Нептун

Четвертая планета, принадлежащая к планетам -- гигантам, это планета Нептун, названная в честь римского бога морей (греческий бог- Посейдон). Эта планета была открыта "на кончике пера" французским астрономом Леверье в 1846 году. Проанализировав движение Урана он понял, что для объяснения неравенств в движении Урана необходимо допустить существование достаточно большой притягивающей массы Он указал также место, де эта масса должна быть. Так был открыт Нептун. Справедливости ради необходимо отметить, что

Галилей видел Нептун, так как он отметил изменение расстояния между двумя опорными звездами. Одна из них и был Нептун. Это произошло 28 декабря 1612 года, за 234 года до его открытия.

С близкого расстояния планету Нептун мы увидели благодаря Вояджеру-2. В августе 1989 года в огромном космическом исследовательском центре США JPL (лаборатория реактивного движения) затаив дыхание, ждали на экранах появление все новых и новых изображений Нептуна. Аппарат передал 9 тысяч снимков сближения с Нептуном.

Что мы узнали о Нептуне? Увидеть облака телескопическими методами невозможно. Спектроскопические методы наблюдений левого и правого края планеты дали период вращения от 15 до 19,5 часов. Наблюдения радиоимпульсов на Вояджере позволил точнее определить вращение магнитного поля Нептуна, а следовательно, и вращение самой планеты. Период вращения глубоких слоев планеты оказался равным 16,11 часа.

Масса Нептуна в 17 раз больше земной, а диаметр -- в 3,9 раза. Средняя плотность Нептуна равна 1,64 г/см, это больше, чем у других планет-гигантов. По-видимому, в глубоких слоях планеты большую долю составляют тяжелые элементы. Сила тяжести на уровне видимой поверхности облаков на 16%, чем на поверхности Земли. Угол наклона экватора к плоскости эклиптики составляет 29°. Год Нептуна длится 164,8 земных года.

Атмосфера Нептуна, так же, как и у других планет-гигантов состоит, главным образом, из водорода и гелия, причем гелия немного больше, чем в атмосфере Урана. Глубина атмосферы 3-5 тыс. километров, а давление на ее дне 200 кбар -- это заведомо мало для перехода водорода в жидкомолекулярное состояние, как у Юпитера. Предполагают, что на дне нептунианской атмосферы находится океан из воды, насыщенный ионами. Таким образом, Нептун -- планета-океан, самый большой океан в Солнечной системе.

Предполагают, что мантия планеты ледяная. При давлении около 1 Мбар смесь воды, метана и аммиака может образовать льды даже при очень высоких температурах от 2000 К до 5000 К. На долю ледяной мантии приходится 70% массы планеты, основная ее часть -- вода.

Около 25% массы Нептуна составляет ядро. Оно, как и следует ожидать, состоит из окислов кремния, магния, железа и сульфидов. Давление в центре планеты должно быть 6-8 Мбар, а температура 7000 К.

С особенностями строения недр связано и тепловое излучение планеты. Вояджер показал, что тепловой поток, излучаемый планетой, в 2,7 раза больше, чем он получает от Солнца. Объяснения, откуда берется тепло на Юпитере и Сатурне, в данном случае не годятся. Поэтому предполагается, что избыток тепла создается в мантии радиоактивным распадом хондритных материалов.

Поверхность Нептуна не слишком богата деталями. Вояджер приблизился к Нептуну на расстояние 29240 км от центра, а до облачного слоя оставалось 4900 км. Одним из первых открытий Вояджера-2 было темное образование на диске планеты, которое получило название Большое Темное Пятно (БТП) по аналогии с Большим Красным пятном на Юпитере и Большим Коричневым Пятном на Сатурне. По тени белых облаков, падающих на БТП, удалось определить их высоту. Оказалось, что они расположены на высоте 50-100 км.

В программу Вояджера входило и изучение метеорологии планеты. Прежде всего это касалось скоростей зональных ветров. На широтах 60° ю.ш. и 30° с.ш. скорости 100 м/с, и возрастают до 400-700 м/с в полосе широт от 0 до 20° ю.ш. Ученые столкнулись с многими непонятными вещами, такими как "метеорологические миражи" -- появление или исчезновение некоторых деталей в диаграмме зональных ветров.

На основании исследования магнитного поля Нептуна ученые пришли к согласию, что поле возбуждается в жидкой проводящей среде, на расстоянии 0,55 радиуса планеты. Радиальная протяженность проводящего слоя неизвестна, но все приходят к выводу, что над твердым ядром Нептуна простирается огромный глобальный океан, токи в котором возбуждают сложное по структуре магнитное поле с множеством полюсов.

До полета космического аппарата Вояджер-2 мы знали о существовании спутников, Догадывались, что кроме Тритона и Нереиды есть еще какие-то тела На это указывало ослабление блеска наблюдаемых звезд при покрытии их спутником. При сближении с космическим аппаратом было открыто еще шесть спутников. Все они имеют небольшие размеры, от 50 до 190  км, за исключением Протеуса, который оказался больше Нереиды (400  км).

Ученые догадывались, что Нептун должен иметь кольца. Наблюдая покрытия звезд, было высказано смелое предположение, что для объяснения продолжительности времени покрытия звезду покрыло кольцо не замкнутого вида! Сближение космического аппарата с Нептуном показало, что такие кольца действительно существуют. Такие кольца назвали арками. Что такое арки? Являются ли эти образования устойчивыми? На эти вопросы должны ответить небесные механики.