Склад атмосфери Нептуна. Загальні відомості про планету Нептун

У суєті днів світ для звичайної людини деколи зменшується до розмірів роботи і вдома. Між тим, якщо поглянути на небо, можна переконатися, наскільки мізерно це в масштабах Всесвіту. Може бути, тому юні романтики мріють присвятити себе підкорення космосу і вивченню зірок. Вчені-астрономи ні на секунду не забувають, що, крім Землі з її проблемами та радощами, є безліч інших далеких і загадкових об`єктів. Один з них - планета Нептун, восьма за ступенем віддаленості від Сонця, недоступна для безпосереднього спостереження і тому подвійно приваблива для дослідників.

Як все починалося

Ще в середині XIX століття Сонячна система, на думку вчених, містила всього сім планет. Сусіди Землі, найближчі і віддалені, вивчалися з використанням всіх доступних досягнень у галузі техніки і обчислень. Багато характеристики спочатку описувалися теоретично, а вже потім знаходили практичні підтвердження. З розрахунком орбіти Урана справа йшла трохи інакше. Томас Джон Хассі, астроном і священик, виявив невідповідність реальної траєкторії руху планети передбачуваної. Висновок міг бути тільки один: існує об`єкт, що впливає на орбіту Урана. По суті, це було перше повідомлення про планету Нептун.

Через майже десять років (в 1843 г.) одночасно двоє дослідників розрахували, по якій орбіті може рухатися планета, яка примушує газового гіганта потіснитися. Це були англієць Джон Адамс і француз Урбен Левер`є. Незалежно один від одного, але з різною точністю вони визначили шлях руху тіла.

Виявлення і позначення

Нептун був знайдений на нічному небі астрономом Іоганном Готтфрід Галле, до якого прийшов Льоверье зі своїми розрахунками. Французький вчений, згодом розділив з Галле і Адамсом славу першовідкривача, помилився в обчисленнях лише на градус. Офіційно Нептун з`явився в наукових працях 23 вересня 1846.

Спочатку планету пропонувалося назвати іменем дволикого Януса, але таке позначення не прижилося. Астрономи більше надихнулися порівнянням нового об`єкта з царем морів і океанів, настільки ж чужого земної тверді, як, судячи з усього, і відкрита планета. Ім`я Нептуна запропонував Левер`є і підтримав В. Я. Струве, який очолював Пулковську обсерваторію. Назва була дана, залишалося тільки зрозуміти, який склад атмосфери Нептуна, чи є вона взагалі, що ховається в його надрах і так далі.

У порівнянні з Землею

З моменту відкриття пройшло чимало часу. Сьогодні про восьмий планеті Сонячної системи ми знаємо набагато більше. Нептун значно перевершує Землю за розмірами: його діаметр більше майже в 4 рази, а маса - в 17 разів. Значна віддаленість від Сонця не залишає сумнівів, що погода на планеті Нептун також відчутно відрізняється від земної. Тут немає і не може бути життя. Справа навіть не в вітрі або якихось незвичайних явищах. Атмосфера і поверхня Нептуна являють собою практично одну структуру. Це характерна особливість усіх газових гігантів, до числа яких належить і дана планета.

Уявна поверхню

Планета по щільності значно поступається Землі (1,64 г / смsup3-), завдяки чому ступити на її поверхню непросто. Та й як такої її немає. Рівень поверхні умовилися впізнавати за величиною тиску: податлива і швидше схожа на рідину «твердь» знаходиться в нижчих шарах атмосфери, де тиск дорівнює одному бару, і, по суті, є її частиною. Будь-яке повідомлення про планету Нептун як з астрономії конкретного розміру ґрунтується на такому визначенні уявної поверхні гіганта.

Отримані з урахуванням цієї особливості параметри виглядають наступним чином:

• діаметр в районі екватора становить 49,5 тис. км-

• розмір його в площині полюсів - майже 48,7 тис. км.

Співвідношення цих характеристик робить Нептун за формою далеким від кола. Він, подібно Блакитний планеті, кілька сплощений з полюсів.

Склад атмосфери Нептуна

Суміш газів, що огортає планету, за змістом сильно відмінна від земної. Переважну частину становить водень (80%), другу позицію займає гелій. Цей інертний газ вносить значний внесок у склад атмосфери Нептуна - 19%. Метан становить менше відсотка, також тут зустрічається аміак, але в незначній кількості.

Як не дивно, один відсоток метану в складі сильно позначається на те, яка атмосфера у Нептуна і який весь газовий гігант з точки зору зовнішнього спостерігача. Це хімічна сполука становить хмари планети і не відображає світлові хвилі, відповідні червоному кольору. В результаті для пролітають повз космічних апаратів Нептун виявляється забарвленим в насичений блакитний. Цей колір - одна із загадок планети. Вченим поки до кінця не відомо, що точно призводить до поглинання червоної частини спектра.

Всім газовим гігантам властиво наявність атмосфери. Нептуна серед них виділяє саме колір. Завдяки подібним характеристикам його називають крижаний планетою. Завмерлий метан, своїм існуванням додає вагу порівнянні Нептуна з айсбергом, входить і до складу мантії, навколишнього ядро планети.

Внутрішню будову

Серцевина космічного об`єкта містить залізо, нікель, сполуки магнію і кремнію. За своєю масою ядро приблизно дорівнює всій Землі. При цьому, на відміну від інших елементів внутрішньої структури, воно має густину, яка перевершує аналогічний параметр Блакитний планети в два рази.

Ядро покрите, як уже говорилося, мантією. Її склад багато в чому схожий з атмосферним: тут присутні аміак, метан, вода. Маса шару дорівнює п`ятнадцяти земним, при цьому він сильно нагрітий (до 5000 К). Мантія не має чіткої межі, і атмосфера планети Нептун плавно перетікає в неї. Суміш гелію і водню становить верхню частину в структурі. Плавне перетворення одного елемента в інший і розмиті межі між ними - властивості, характерні для всіх газових гігантів.

Труднощі дослідження

Висновки про те, яка атмосфера у Нептуна, що характерно для його структури, робляться в чому на основі вже отриманих даних про Урані, Юпітер і Сатурн. Віддаленість планети від Землі значно ускладнює її вивчення.

У 1989 році поблизу Нептуна пролітав космічний апарат "Вояджер-2". Це була єдина зустріч крижаного гіганта із земним посланником. Плідність її, втім, очевидна: більшу частину відомостей про Нептуні науці надав саме цей корабель. Зокрема, "Вояджер-2" виявив Велике і Мале темні плями. Обидва зачерненной ділянки добре було видно на тлі блакитний атмосфери. На сьогоднішній день незрозуміло, яка природа цих утворень, але передбачається, що це вихрові потоки або циклони. Вони з`являються у верхніх шарах атмосфери і на величезній швидкості проносяться навколо планети.

Вічний рух

Багато параметри зумовлює наявність атмосфери. Нептуна характеризує не тільки незвичайний колір, але і постійний рух, створюване вітром. Швидкість, з якою хмари облітають планету в районі екватора, перевищує тисячу кілометрів на годину. Рухаються вони при цьому в протилежному щодо обертання самого Нептуна навколо осі напрямку. При цьому обертається планета ще швидше: повний поворот займає всього 16 годин і 7 хвилин. Для порівняння: один оборот навколо Сонця займає майже 165 років.

Чергова загадка: швидкість вітру в атмосфері у газових гігантів збільшується при віддаленні від Сонця і досягає піку на Нептуні. Це явище поки не отримало обґрунтування, як і деякі температурні особливості планети.

Розподіл тепла

Погода на планеті Нептун характеризується поступовою зміною температури залежно від висоти. Той шар атмосфери, де розташовується умовна поверхню, повністю відповідає другому назвою космічного тіла (Крижана планета). Температура тут опускається майже до -200 ordm-C. Якщо переміщатися від поверхні вище, то буде відчутно збільшення тепла аж до 475ordm-. Вчені досі не знайшли гідного пояснення таким перепадів. Як передбачається, Нептун володіє внутрішнім джерелом тепла. Такий «обігрівач» повинен виробляти в два рази більше енергії, ніж приходить на планету від Сонця. Тепло від цього джерела в поєднанні з долітають сюди від нашої зірки енергією, ймовірно, і є причиною сильних вітрів.

Проте ні сонячне світло, ні внутрішній «обігрівач» не можуть підвищити температуру на поверхні так, щоб тут була відчутна зміна пір року. І хоча інші умови для цього дотримуються, відрізнити зиму від літа на Нептуні неможливо.

Магнітосфера

Дослідження "Вояджера-2" допомогли вченим дізнатися багато чого про магнітне поле Нептуна. Воно сильно відмінно від земного: джерело розташовується не в ядрі, а в мантії, завдяки чому магнітна вісь планети сильно зміщена щодо її центру.

Одна з функцій поля - захист від сонячного вітру. Форма магнітосфери Нептуна сильно витягнута: захисні лінії в тій частині планети, яка освітлена, розташовуються на відстані в 600 тис. Км від поверхні, а з протилежного боку - більш ніж у 2 млн км.

Вояджер зафіксував непостійність напруги поля і розташування магнітних ліній. Такі властивості планети також ще не пояснені до кінця наукою.

Кільця

В кінці XIX століття, коли вчені вже не шукали відповідь на питання про те, чи є атмосфера на Нептуні, перед ними виникла інша задача. Необхідно було пояснити, чому по шляху проходження восьмий планети зірки починали гаснути для спостерігача дещо раніше, ніж до них наближався Нептун.

Вирішити проблему вийшло тільки через майже століття. У 1984 році за допомогою потужного телескопа вдалося розглянути саме яскраве кільце планети, згодом назване ім`ям одного з першовідкривачів Нептуна - Джона Адамса.

Подальші дослідження виявили ще кілька подібних утворень. Саме вони закривали зірки на шляху проходження планети. Сьогодні астрономи вважають Нептуна володарем шести кілець. У них криється ще одна загадка. Кільце Адамса складається з декількох дужок, розташованих на деякій відстані один від одного. Причина такого розміщення неясна. Частина дослідників схиляються до думки, що утримує їх в такому положенні сила гравітаційного поля одного із супутників Нептуна - Галатеї. Інші наводять вагомий контраргумент: розміри її настільки малі, що навряд чи вона впоралася б із завданням. Можливо, поруч існує ще кілька невідомих супутників, що допомагають Галатеї.

В цілому кільця планети - видовище, поступається за значності і красі подібним формуванням Сатурна. Не останню роль в кілька тьмяному зовнішньому вигляді відіграє склад. Кільця в основному містять брили метанового льоду, покритого сполуками кремнію, які добре поглинають світло.

Супутники

Нептун - володар (за останніми даними) 13 супутників. Більшість з них мають невеликі розміри. Видатні параметри тільки у Тритона, лише трохи поступається в діаметрі Місяці. Склад атмосфери Нептуна і Тритона різний: супутник має газову оболонку з суміші азоту і метану. Ці речовини надають дуже цікавий вид планеті: замерзлий азот з включеннями з метанового льоду створює на поверхні в районі Південного полюса справжнє буйство фарб: переливи жовтого поєднуються з білим і рожевим.

Доля красеня Тритона, між тим, не така райдужна. Вчені пророкують йому зіткнення з Нептуном і поглинання ім. В результаті восьма планета стане володаркою нового кільця, по яскравості порівнянного з утвореннями Сатурна і навіть випереджаючого їх. Решта супутники Нептуна значно поступаються Тритону, частина з них навіть не має поки назви.

Восьма планета Сонячної системи багато в чому відповідає своїй назві, на виборі якого позначилося і наявність атмосфери, - Нептун. Її склад сприяє появі характерного блакитного кольору. Нептун мчить крізь незрозуміле нам простір, подібно богу морів. І аналогічно океанським глибин та частина космосу, яка починається за Нептуном, зберігає масу таємниць від людини. Вченим майбутнього лише належить їх відкрити.