Neptun

Istoric

Descoperire

Se crede că prima observație posibilă a lui Neptun ar fi fost făcută de Galileo, deoarece desenele sale îl arătau pe Neptun în apropierea lui Jupiter. Însă Galileo nu a fost creditat pentru această descoperire, deoarece credea că Neptun este o "stea fixă" și nu o planetă. Din cauza mișcării lente a lui Neptun pe cer, micul telescop al lui Galileo nu era suficient de puternic pentru a detecta Neptun ca planetă.

În 1821, Alexis Bouvard a publicat tabelele astronomice ale orbitei lui Uranus. Observațiile ulterioare au arătat că Uranus se deplasa în mod neregulat pe orbita sa, ceea ce i-a făcut pe unii astronomi să creadă că un alt corp mare ar fi cauza mișcărilor neregulate ale lui Uranus. În 1843, John Couch Adams a calculat orbita unei a opta planete care ar putea influența orbita lui Uranus. El a trimis calculele sale lui Sir George Airy, astronomul regal, care i-a cerut lui Adams o explicație. Adams a început să facă o copie a răspunsului, dar nu a trimis-o niciodată.

În 1846, Urbain Le Verrier, care nu lucra cu Adams, și-a făcut propriile calcule, dar nici el nu a reușit să atragă prea multă atenție din partea astronomilor francezi. Cu toate acestea, în același an, John Herschel a început să susțină metoda matematică și l-a încurajat pe James Challis să caute planeta. După multe amânări, Challis a început căutările fără voia lui în iulie 1846. Între timp, Le Verrier l-a convins pe Johann Gottfried Galle să caute planeta.

Deși Heinrich d'Arrest era încă student la Observatorul din Berlin, el a sugerat că o hartă nou desenată a cerului, în regiunea zonei prezise de Le Verrier, ar putea fi comparată cu cerul actual pentru a căuta schimbarea de poziție a unei planete, în comparație cu o stea fixă. Neptun a fost descoperit în aceeași noapte de 23 septembrie 1846, la mai puțin de 1° (un grad (unghi) față de locul în care Le Verrier a prezis că se va afla, și la aproximativ 10° de predicția lui Adams. Challis a aflat mai târziu că văzuse planeta de două ori în august, nereușind să o recunoască din cauza abordării neglijente a lucrului.

Creditarea și denumirea

După ce vestea descoperirii lui Neptun s-a răspândit, au existat și multe discuții între francezi și britanici cu privire la cine ar fi meritat meritele pentru această descoperire. Mai târziu, un acord internațional a decis că atât Le Verrier, cât și Adams meritau împreună acest merit. Cu toate acestea, istoricii au revizuit subiectul după redescoperirea, în 1998, a "hârtiilor Neptun" (documente istorice de la Observatorul Regal din Greenwich), care se pare că fuseseră furate și păstrate de astronomul Olin Eggen timp de aproape trei decenii și au fost redescoperite (în proprietatea sa) abia la scurt timp după moartea acestuia. După ce au analizat documentele, unii istorici consideră acum că Adams nu merită un credit egal cu cel al lui Le Verrier.

La scurt timp după descoperirea sa, Neptun a fost numită temporar "planeta exterioară lui Uranus" sau "planeta lui Le Verrier". Prima sugestie pentru un nume a venit de la Galle. El a propus numele Janus. În Anglia, Challis a sugerat numele Oceanus. În Franța, Arago a sugerat ca noua planetă să se numească Leverrier, o sugestie care a întâmpinat multă opoziție în afara Franței. Almanahurile franceze au reintrodus prompt numele Herschel pentru Uranus și Leverrier pentru noua planetă.

Între timp, din motive separate și diferite, Adams a sugerat schimbarea numelui Georgian în Uranus, în timp ce Leverrier (prin intermediul Board of Longitude) a sugerat Neptun pentru noua planetă. Struve a susținut acest nume la 29 decembrie 1846, în fața Academiei de Științe din Sankt Petersburg. În curând, Neptun a fost agreat la nivel internațional de mai multe persoane și a fost apoi numele oficial pentru noua planetă. În mitologia romană, Neptun era zeul mării, identificat cu zeul grec, Poseidon.

Urbain Le Verrier, co-dezvăluitorul lui Neptun.

Structura

Masa și compoziția

Cu o masă de 10,243×1025 kg, Neptun se situează între Pământ și cei mai mari giganți gazoși; Neptun are 17 mase terestre, dar doar 1/18 din masa lui Jupiter. Neptun și Uranus sunt deseori considerate ca făcând parte dintr-o subclasă de giganți gazoși cunoscuți sub numele de "giganți de gheață", având în vedere dimensiunile lor mai mici și diferențele mari de compoziție în comparație cu Jupiter și Saturn. În căutarea planetelor extrasolare, Neptun a fost folosit ca referință pentru a determina dimensiunea și structura planetei descoperite. Unele planete descoperite care au mase similare cu Neptun sunt adesea numite "Neptune". la fel cum astronomii se referă la diferite "Jupiteri" extrasolare.

Atmosfera lui Neptun este alcătuită în principal din hidrogen, cu o cantitate mai mică de heliu. De asemenea, în atmosferă este detectată o cantitate mică de metan. Benzile importante de absorbție ale metanului se găsesc la lungimi de undă de peste 600 nm, în porțiunea roșie și infraroșie a spectrului. Această absorbție a luminii roșii de către metanul atmosferic conferă lui Neptun nuanța sa albastră.

Deoarece Neptun orbitează atât de departe de Soare, primește foarte puțină căldură, regiunile superioare ale atmosferei fiind la -218 °C (55 K). Cu toate acestea, mai adânc în interiorul straturilor de gaz, temperatura crește încet. Ca și în cazul lui Uranus, sursa acestei încălziri este necunoscută, dar diferențele sunt mai mari: Neptun este cea mai îndepărtată planetă de Soare, dar energia sa internă este suficient de puternică pentru a crea cele mai rapide vânturi observate în Sistemul Solar. Au fost sugerate mai multe explicații posibile, printre care încălzirea radiogenică din nucleul planetei, radiația continuă în spațiu a căldurii rămase de la materia care a intrat în atmosferă în timpul nașterii planetei și undele gravitaționale care se sparg deasupra tropopausei.

Se crede că structura din interiorul lui Neptun este foarte asemănătoare cu cea din interiorul lui Uranus. Este probabil să existe un nucleu, despre care se crede că are aproximativ 15 mase terestre, alcătuit din rocă topită și metal, înconjurat de un amestec de rocă, apă, amoniac și metan. Presiunile puternice mențin partea înghețată a acestui amestec înconjurător sub formă solidă, în ciuda temperaturilor ridicate din apropierea nucleului. Atmosfera, care se întinde pe o distanță de aproximativ 10-20% spre centru, este formată în principal din hidrogen și heliu la altitudini mari. În zonele mai joase ale atmosferei se găsesc mai multe amestecuri de metan, amoniac și apă. Foarte încet, această zonă mai întunecată și mai fierbinte se amestecă cu interiorul lichid supraîncălzit. Presiunea din centrul lui Neptun este de milioane de ori mai mare decât cea de la suprafața Pământului. Comparând viteza sa de rotație cu gradul de oblicitate, se observă că are masa mai puțin concentrată spre centru, spre deosebire de Uranus.

Vremea și câmpul magnetic

O diferență între Neptun și Uranus este nivelul de activitate meteorologică care a fost observat (văzut sau măsurat). Când nava spațială Voyager a trecut pe lângă Uranus în 1986, s-a observat că vânturile de pe această planetă erau ușoare. Când Voyager a zburat pe lângă Neptun în 1989, au fost observate fenomene meteorologice puternice. Vremea de pe Neptun are sisteme de furtuni extrem de active. Atmosfera sa are cele mai mari viteze ale vântului din sistemul solar, despre care se crede că este alimentată de fluxul de căldură internă. Vânturile obișnuite din regiunea ecuatorială au viteze de aproximativ 1.200 km/h (750 mph), în timp ce vânturile din sistemele de furtună pot atinge până la 2.100 km/h, viteze aproape supersonice.

În 1989, Marea Pată Întunecată, un sistem de furtuni ciclonice de mărimea Eurasiei, a fost descoperit de nava spațială Voyager 2 a NASA. Furtuna semăna cu Marea Pată Roșie de pe Jupiter. Cu toate acestea, la 2 noiembrie 1994, telescopul spațial Hubble nu a văzut Marea Pată Întunecată pe planetă. În schimb, o nouă furtună asemănătoare cu Marea Pată Întunecată a fost descoperită în emisfera nordică a planetei. Motivul pentru care Marea Pată Întunecată a dispărut nu este cunoscut. O posibilă teorie este că transferul de căldură dinspre nucleul planetei a perturbat echilibrul atmosferic și modelele de circulație existente. Scooter este o altă furtună, un grup de nori albi mai la sud decât Marea Pată Întunecată. Porecla i-a fost dată atunci când a fost observată pentru prima dată în lunile care au precedat întâlnirea cu Voyager în 1989: se deplasa mai repede decât Marea Pată Întunecată. Imaginile ulterioare au arătat nori care se mișcau chiar mai repede decât Scooter. Ochiul Vrăjitorului/Ochiul Negru 2 este o altă furtună ciclonică sudică, a doua cea mai puternică furtună observată în timpul întâlnirii din 1989. Inițial a fost complet întunecată, dar pe măsură ce Voyager s-a apropiat de planetă, s-a dezvoltat un nucleu luminos, care se vede în majoritatea imaginilor de cea mai înaltă rezoluție.

Spre deosebire de alți giganți gazoși, atmosfera lui Neptun arată prezența unor nori înalți care fac umbre pe un strat gros de nori dedesubt. Deși atmosfera lui Neptun este mult mai activă decât cea a lui Uranus, ambele planete sunt alcătuite din aceleași gaze și gheață. Uranus și Neptun nu sunt exact același tip de giganți gazoși ca Jupiter și Saturn, ci sunt mai degrabă giganți de gheață, ceea ce înseamnă că au un nucleu solid mai mare și sunt, de asemenea, alcătuite din gheață. Neptun este foarte rece, cu temperaturi de până la -224 °C (-372 °F sau 49 K) înregistrate la vârful norilor în 1989.

Neptun are, de asemenea, asemănări cu Uranus în ceea ce privește magnetosfera sa, cu un câmp magnetic puternic înclinat comparativ cu axa sa de rotație la 47° și decalat cu cel puțin 0,55 raze (aproximativ 13.500 de kilometri) față de centrul fizic al planetei. Comparând câmpurile magnetice ale celor două planete, oamenii de știință cred că această cursă extremă poate fi caracteristică fluxurilor din interiorul planetei și nu rezultatul mișcării de rotație laterală a lui Uranus. ^[]

Inelele lui Neptun

În jurul planetei albastre au fost descoperite inele foarte mici de culoare albastră, dar acestea nu sunt la fel de bine cunoscute ca inelele lui Saturn. Când aceste inele au fost descoperite de o echipă condusă de Edward Guinan, inițial s-a crezut că este posibil ca inelele să nu fie inele complete. Totuși, acest lucru a fost dovedit greșit de Voyager 2. Inelele planetare ale planetei Neptun au un aranjament ciudat "ciufulit". Deși cauza este în prezent necunoscută, dar unii oameni de știință cred că ar putea fi din cauza contactului gravitațional cu lunile mici care orbitează în apropierea lor. ^[]

Dovezile că inelele sunt incomplete au început la mijlocul anilor 1980, când s-a constatat că ocultațiile stelare prezintă rareori o "clipită" suplimentară chiar înainte sau după ce planeta a ocultat steaua. Imaginile de pe Voyager 2 din 1989 au rezolvat problema, când s-a constatat că sistemul de inele avea mai multe inele slabe. Cel mai îndepărtat inel, Adams, are trei arcuri celebre numite acum Liberté, Egalité și Fraternité (Libertate, Egalitate și Fraternitate).

Existența arcurilor este foarte greu de înțeles, deoarece legile mișcării ar trebui să prezică faptul că arcurile se extind într-un singur inel într-un timp foarte scurt. În prezent, se crede că efectele gravitaționale ale Galateei, o lună aflată chiar în interiorul inelului, ar fi creat arcele.

Alte câteva inele au fost descoperite de camerele Voyager. De asemenea, inelul subțire Adams se află la aproximativ 63.000 km de centrul lui Neptun, inelul Leverrier se află la 53.000 km, iar inelul Galle, mai larg și mai mic, la 42.000 km. O expansiune foarte mică spre exterior a Inelului Leverrier a fost numită Lassell; este înconjurată la marginea sa exterioară de Inelul Arago la 57.000 km.

Noile observații de pe Pământ publicate în 2005 par să arate că inelele lui Neptun sunt mult mai instabile decât se credea până acum. Mai exact, se pare că inelul Liberté ar putea dispărea foarte repede, în mai puțin de 100 de ani. Noile observații par să ne pună în mare încurcătură înțelegerea inelelor lui Neptun.

Inelele lui Neptun

Lunile lui Neptun

Neptun are un total de 14 luni cunoscute. Deoarece Neptun era zeul roman al mării, lunile planetei au fost numite după zei sau zeițe marine mai mici. Cea mai mare, și singura suficient de mare pentru a avea forma unei sfere, este Triton, (pronunțat:ˈtraɪtən) descoperită de William Lassell la doar 17 zile după descoperirea lui Neptun însuși. Spre deosebire de toate celelalte luni planetare mari, Triton are o orbită retrogradă, ceea ce arată că luna a fost probabil capturată și poate că a fost cândva un obiect din centura Kuiper. Este suficient de aproape de Neptun pentru a fi blocată pe o orbită sincronă și se deplasează încet spre Neptun, urmând ca într-o zi să fie sfâșiată când va depăși limita Roche. Triton este cel mai rece obiect care a fost măsurat în sistemul solar, cu temperaturi de -235 °C (38 K, -392 °F). Diametrul său este de 2700 km, (80% din Luna Pământului, Luna), masa sa este de 2,15×1022 kg (30% din Luna), diametrul său orbital este de 354.800 km (90% din Luna) și perioada sa orbitală este de 5,877 zile (20% din Luna).

Cea de-a doua lună cunoscută a lui Neptun (în ordinea distanței), Nereid, o lună ciudată, are una dintre cele mai neobișnuite orbite dintre toți sateliții din sistemul solar.

În perioada iulie-septembrie 1989, Voyager 2 a descoperit șase noi sateliți ai lui Neptun. Dintre acestea, Proteus, cu formă de cocoloașe, este cel mai mare obiect cunoscut care nu a fost modelat într-o sferă de propria gravitație. Deși este a doua cea mai masivă lună neptuniană, aceasta are doar un sfert de procent din masa lui Triton. Cele mai apropiate patru luni ale lui Neptun, Naiad, Thalassa, Despina și Galatea, orbitează suficient de aproape pentru a se afla în interiorul inelelor lui Neptun.

Următoarea cea mai îndepărtată, Larissa, a fost descoperită inițial în 1981, când a ocultat o stea. Luna a fost creditată ca fiind cauza arcurilor inelare ale lui Neptun atunci când Voyager 2 a observat Neptun în 1989. Cinci noi luni neobișnuite descoperite între 2002 și 2003 au fost anunțate în 2004. Cea mai recentă lună a fost descoperită în urma examinării imaginilor Telescopului Hubble la 16 iulie 2013. Are un diametru de numai 12 mile, ceea ce îi permite să se sustragă detectării chiar și de către nava spațială Voyager 2.

Observație

Neptun nu poate fi văzut doar cu ochiul liber, deoarece strălucirea normală a lui Neptun este cuprinsă între magnitudinile +7,7 și +8,0, care pot fi depășite de lunile galileene ale lui Jupiter, de planeta pitică Ceres și de asteroizii 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno și 6 Hebe. Un telescop sau un binoclu puternic va arăta Neptun ca un mic punct albastru, cu un aspect similar cu cel al lui Uranus. Culoarea albastră provine de la metanul din atmosfera sa. Dimensiunea sa mică și evidentă a făcut dificilă studierea vizuală; majoritatea datelor telescopice au fost destul de limitate până la sosirea telescopului spațial Hubble și a telescoapelor mari de la sol cu optică adaptivă.

Cu o perioadă orbitală (perioadă siderală) de 164,88 ani iulieni, Neptun se va întoarce în curând (pentru a fi descoperit) în același loc de pe cer unde a fost descoperit în 1846. Acest lucru se va întâmpla de trei ori diferite, de asemenea cu o a patra în care va fi foarte aproape de a se afla în acea poziție. Acestea sunt: 11 aprilie 2009, când se va afla în mișcare progradală; 17 iulie 2009, când se va afla în mișcare retrogradă; și 7 februarie 2010, când se va afla în mișcare progradală. De asemenea, va fi foarte aproape de a se afla în același punct de la descoperirea din 1846, la sfârșitul lunii octombrie până la începutul și mijlocul lunii noiembrie 2010, când Neptun va trece de la mișcare retrogradă la mișcare directă la gradul exact al descoperirii lui Neptun și apoi se va opri pentru un moment de-a lungul eclipticii la mai puțin de 2 minute de arc în acel punct (cel mai apropiat la 7 noiembrie 2010). Aceasta va fi ultima dată, pentru aproximativ următorii 165 de ani, când Neptun se va afla în punctul său de descoperire.

Acest lucru se explică prin ideea de retrogradare. La fel ca toate planetele și asteroizii din sistemul solar, dincolo de Pământ, Neptun trece prin retrogradare în anumite momente în timpul perioadei sale sinodice. În plus față de începutul retrogradării, alte evenimente din interiorul perioadei sinodice includ opoziția astronomică, revenirea la mișcarea de progresie și conjuncția cu Soarele.

Pe orbita sa în jurul Soarelui, Neptun a revenit în august 2011 la punctul inițial de descoperire.

Explorare

În prezent, doar o singură navă spațială a vizitat Neptun. Sonda Voyager 2 a NASA a făcut un zbor rapid pe lângă planetă, cea mai apropiată întâlnire având loc la 25 august 1989, fiind ultima planetă care a fost vizitată de cel puțin o navă spațială.

Unele dintre descoperirile importante ale lui Voyager 2 au fost trecerea foarte aproape de Triton, unde au fost realizate fotografii ale mai multor părți ale lunii. Sonda a descoperit, de asemenea, Marea Pată Întunecată, deși aceasta a dispărut după ce Telescopul Spațial Hubble a realizat fotografii ale lui Neptun în 1994. Inițial, s-a crezut că este un nor mare sau un sistem de furtună ciclonică, dar ulterior s-a presupus că este doar o gaură în pachetul de nori vizibil.

Neptun s-a dovedit a avea cele mai puternice vânturi dintre toți giganții gazoși ai sistemului solar. În regiunile exterioare ale sistemului solar, unde Soarele strălucește de peste 1000 de ori mai slab decât pe Pământ (încă foarte strălucitor, cu o magnitudine de -21), ultimul dintre cei patru giganți a avut loc așa cum se așteptau oamenii de știință. S-ar putea crede că, cu cât o planetă se află mai departe de Soare, cu atât mai puțină energie și căldură ar exista pentru a crea și a face să circule vânturile foarte puternice. Vânturile de pe Jupiter erau deja de sute de kilometri pe oră. În loc să observe vânturi mai lente, oamenii de știință au descoperit vânturi mai rapide (peste 1600 km/h) pe Neptun, care este mai îndepărtat.

O posibilă cauză a vitezei mai mari a vânturilor este aceea că, dacă se produce suficientă energie, se creează turbulențe care încetinesc vânturile (precum cele de pe Jupiter). La Neptun, însă, există atât de puțină energie solară încât, odată ce vânturile sunt pornite, acestea întâmpină foarte puțină rezistență și sunt capabile să mențină viteze foarte mari. Oricum, Neptun cedează mai multă energie decât primește de la Soare, iar sursa internă de energie a acestor vânturi rămâne nedeterminată.

Fotografiile trimise de Voyager 2 către Pământ în 1989 au devenit baza unui program de noapte al PBS numit Neptune All Night.

Voyager 2.