© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

После открытия Урана в 1781 году астрономы долго не могли объяснить причины отклонений в движении этой планеты по орбите от тех параметров, которые определялись законами движения планет, открытыми Иоганном Кеплером. Предполагали, что за орбитой Урана может находиться ещё одна крупная планета. Но правильность такого предположения нужно было доказать, для чего необходимо было выполнить сложные расчёты.

Нептун с расстояния 4,4 млн.км.

Нептун. Фото в условных цветах.

Открытие Непту́на

Открытие Непту́на "на кончике пера"

С древних времён люди знали о существовании пяти планет, которые видны невооруженным глазом: Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

И вот талантливый английский математик Джон Кауч Адамс (1819-1892), только что окончивший колледж Св. Джона в Кембридже, в 1844-1845 годах произвёл расчеты приблизительной массы трансура́новой планеты, элементы её эллиптической орбиты и гелиоцентрическую долготу. Впоследствии Адамс стал профессором астрономии и геометрии Кембриджского университета.

В основу расчётов Адамс положил предположение, что искомая планета должна находиться на расстоянии 38,4 астрономической единицы от Солнца. Такое расстояние Адамсу подсказало так называемое правило Тициуса-Боде, устанавливающее порядок приближенного расчета расстояния планет от Солнца. В дальнейшем мы постараемся рассказать об этом правиле более подробно.

Свои расчёты Адамс представил руководителю Гринвичской обсерватории, но на них не обратили внимания.

Несколькими месяцами позже, независимо от Адамса расчёты произвёл и французский астроном Урбе́н Жан Жозеф Леверье (1811-1877) и представил их в Гринвичскую обсерваторию. Здесь сразу вспомнили о расчетах Адамса, и с 1846 года была развёрнута программа наблюдений в Кембриджской обсерватории, но результатов она не дала.

Летом 1846 года Леверье́ сделал более подробный доклад в Парижской обсерватории, познакомил коллег со своими расчётами, которые были такими же и даже более точными, чем у Адамса. Но французские астрономы, оценив математическое мастерство Леверье́, к проблеме поиска трансура́новой планеты особого интереса не проявили. Это не могло не разочаровать мэтра Леверье́, и он 18 сентября 1846 г. отправил письмо ассистенту Берлинской обсерватории Иоганну Готфриду Галле (1812-1910), в котором, в частности, писал: «… Потруди́тесь направить телескоп в созвездие Водолея. Вы обнаружите планету девятой звёздной величины в пределах 1° от точки эклиптики с долготой 326°…»

Открытие Непту́на на небе

23 сентября 1846 г., сразу же по получении письма, Иоганн Галле и его ассистент, студент-старшекурсник Генрих д’Арре направили телескоп в созвездие Водолея и обнаружили новую, восьмую планету почти точно в том месте, на которое указал Леверье́.

Парижская академия наук заявила вскоре, что новую планету "на кончике пера" открыл Урбен Леверье́. Англичане пытались протестовать и требовали признать первооткрывателем планеты Джона Адамса.

Кому же был отдан приоритет открытия - Англии или Франции? Приоритет открытия был признан за … Германией. В современных энциклопедических справочниках указано, что планету Нептун открыл в 1846 году Иоганн Галле по теоретическим предсказаниям У.Ж. Леверье и Дж.К. Адамса.

Нам кажется, что европейская наука поступила в этом вопросе справедливо по отношению ко всем троим учёным: Галле, Леверье́ и Адамсу. В истории науки осталось также и имя Генриха д’Арре, который тогда был ассистентом Иоганна Галле. Хотя, конечно, работа Галле и его ассистента по объёму и напряженности была значительно меньше той, которую проделали Адамс и Леверье́, выполнив сложные математические расчеты, за которые не взялись многие учёные-математики того времени, считая задачу неразрешимой.

Открытую планету назвали Нептуном по имени древнеримского бога морей (у древних греков на "должности" бога морей числился Посейдон). Имя Непту́на было выбрано, конечно, по традиции, но оказалось достаточно удачным в том смысле, что поверхность планеты цветом напоминает синее море, где хозяйничает Нептун. Кстати говоря, о цвете планеты стало возможным определённо судить лишь спустя почти полтора века после её открытия, когда в августе 1989 года американский космический аппарат «Вояджер-2», выполнив программу исследований вблизи Юпитера, Сатурна и Урана, пролетел над северным полюсом Непту́на на высоте всего 4500 км и передал на Землю снимки этой планеты. «Вояджер-2» остаётся пока единственным аппаратом, направленным в окрестности Непту́на. Правда, некоторые све́дения внешнего характера о Нептуне получены также с помощью телескопа Хаббла, хотя он и находится на околозе́мной орбите, т.е. в ближайшем космосе.

Планета Нептун вполне могла быть открыта ещё Галилеем, который заметил её, но принял за необычную звезду. С тех пор ещё почти двести лет, до 1846 года, одна из планет-гигантов Солнечной системы пребывала в неизвестности.

Общие сведения о Нептуне

Нептун, восьмая по расстоянию от Солнца планета, удалена от светила примерно на 4,5 миллиарда километров (30 а.е.) (min. 4,456, max. 4,537 млрд. км).

Нептун, как и Уран, относится к группе газообразных планет-гигантов. Диаметр его экватора равен 49528 км, что почти в четыре раза больше земного (12756 км). Период вращения вокруг своей оси – 16 ч. 06 мин. Период обращения вокруг Солнца т.е. продолжительность года на Нептуне составляет почти 165 земных лет. Объём Непту́на в 57,7 раза больше объёма Земли, а масса в 17,1 раза больше земной. Средняя плотность вещества равна 1,64 (г/см³), что заметно больше, чем на Уране (1,29 (г/см³)), но значительно меньше, чем на Земле (5,5 (г/см³)). Сила тяготения на Нептуне почти в полтора раза больше земной.

Со времён глубокой древности и до 1781 года люди считали Сатурн самой далёкой планетой. Открытый в 1781 году Уран "раздвинул" границы Солнечной системы вдвое (от 1,5 млрд. км до 3 млрд. км).

Но через 65 лет (1846 г.) открыли Нептун, и он "раздвинул" границы Солнечной системы ещё в полтора раза, т.е. до 4,5 млрд. км во все стороны от Солнца.

Как мы увидим в дальнейшем, и это не стало пределом для пространства, занимаемого нашей Солнечной системой. Через 84 года после открытия Непту́на, в марте 1930 года, американец Клайд Томбо открыл ещё одну планету – Плутон, вращающуюся вокруг Солнца на среднем от него расстоянии около 6 млрд. км.

Правда, Международный Астрономический Союз в 2006 году лишил Плутон "звания" планеты. По мнению учёных, маловат ростом оказался Плутон для такого звания, а потому переведён был в разряд карликов. Но это не меняет суть де́ла - всё равно Плутон как космическое тело входит в состав Солнечной системы. И никто не поручится, что за орбитой Плутона больше нет космических тел, которые могли бы войти в состав Солнечной системы на правах планет. Во всяком случае и за орбитой Плутона пространство наполнено разнообразными космическими объектами, что подтверждается наличием так называемого по́яса Эджворта-Ко́йпера, простирающегося на 30-100 а.е. Об этом поясе мы поговорим чуть позже (см. пояс Эджворта-Ко́йпера на "Знания-сила").

Атмосфера и поверхность Непту́на

Атмосфера Нептуна

Рельеф облаков Нептуна

Атмосфера Непту́на состоит в основном из водорода, гелия, метана и аммиака́. Метан поглощает красную часть спектра и пропускает синий и зелёный цвета́. Поэтому цвет поверхности Непту́на кажется зеленовато-голубым.

Состав атмосферы следующий:

Основные компоненты: водород (H₂) 80±3,2 %; гелий (He) 19±3,2 %; метан (CH₄) 1,5±0,5 %.
Компоненты примесей: ацетилен (C₂H₂), диацетилен (C₄H₂), этилен (C₂H₄) и этан (C₂H₆), а также угарный газ (CO) и молекулярный азот (N₂);
Аэрозоли: аммиачный лёд, водный лед, гидросульфидно-аммониевый (NH₄SH) лёд, метановый лёд (? - под вопросом).

Температура: на уровне давления 1 bar: 72 K (–201 °C);
                     на уровне давления 0.1 bar: 55 K (–218 °C).

Начиная с высоты около 50 км от поверхностных слоёв атмосферы и далее до высоты в несколько тысяч километров планету покрывают серебристые перистые облака́, состоящие преимущественно из замерзшего метана (см. фото справа вверху). Среди облаков наблюдаются образования, напоминающие циклонные завихрения атмосферы, подобно тому, как это имеет место на Юпитере. Такие завихрения выглядят в виде пятен и периодически возникают и исчезают.

Атмосфера постепенно переходит в жидкое, а затем и твёрдое тело планеты, как предполагается, состоящее в основном из тех же веществ - водорода, гелия, метана.

Атмосфера Непту́на очень активна: на планете дуют очень сильные ветры. Если ветры на Уране со скоростью до 600 км/ч мы называли ураганными, то как назвать ветры на Нептуне, которые дуют со скоростью 1000 км/ч ? Более сильных ветро́в нет ни на одной другой планете Солнечной системы.

Большое тёмное пятно Нептуна

Атмосферные образования Нептуна

Малое тёмное пятно D2 Нептуна

Предполагается, что Нептун имеет достаточно сильный внутренний источник тепла, который порождает конвекти́вное движение газов и, как следствие, сильные ветры в атмосфере. Этот источник вместе с солнечным теплом, хотя и в ничтожном количестве поступающим на Нептун, не позволяет температуре на поверхности планеты опуститься до абсолютного нуля. Впрочем, до этой черты не так уж далеко: температура в верхней части облаков равна примерно минус 220°C.

Ось вращения Непту́на имеет наклон к плоскости орбиты в 28°48', что означает наличие смены времён года на планете. Но чем зима может отличаться от лета, если Нептун находится в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, а средняя температура поверхности постоянно составляет минус 220°C ?

Фото Нептуна с телескопа Хаббл в разные годы с целью изучения сезонных изменений

Внутреннее строение Непту́на

Атмосфера планеты постепенно сменяется мантией, толщина которой равна 10-15 тысяч км. У Нептуна имеется твёрдое ядро, которое занимает относительно больший объём, чем у Юпитера и Сатурна. Диаметр ядра составляет около 14000 км. Как и у Урана, ядро состоит преимущественно из силикатов. В центре планеты может быть и вода, и аммиак, и водород в жидком или твёрдом (металлическом) состоянии.

Внутреннее строение Нептуна

Магнитное поле Непту́на

Схема магнитного поля Нептуна

Нептун имеет магнитное поле, ось которого имеет большой (почти 47°) наклон по отношению к оси вращения планеты. Отсюда - сложный характер изменения и распространения магнитного поля в пространстве. Особенности магнитного поля Непту́на были зафиксированы приборами автоматической станции «Вояджер-2».