Neptūns — astotā Saules sistēmas planēta: fakti, īpašības un atklāšana

Discovery

Domājams, ka pirmais Neptūnu, iespējams, pamanīja Galilejs, jo viņa zīmējumos Neptūns bija redzams netālu no Jupitera. Taču Galileo netika atzīts par šī atklājuma autoru, jo viņš uzskatīja, ka Neptūns nav planēta, bet gan "stacionāra zvaigzne". Tā kā Neptūns pa debesīm pārvietojas lēni, Galileo mazais teleskops nebija pietiekami spēcīgs, lai konstatētu Neptūnu kā planētu.

1821. gadā Aleksis Buārs publicēja Urāna orbītas astronomiskās tabulas. Vēlākie novērojumi parādīja, ka Urāna orbīta pārvietojas neregulāri, kas dažiem astronomiem lika domāt, ka Urāna neregulāro kustību cēlonis ir kāds cits liels ķermenis. 1843. gadā Džons Koučs Adamss aprēķināja astotās planētas orbītu, kas, iespējams, varētu ietekmēt Urāna orbītu. Savus aprēķinus viņš nosūtīja karaliskajam astronomam seram Džordžam Airijam, kurš lūdza Adamsu sniegt paskaidrojumu. Adamss sāka gatavot atbildes kopiju, bet tā arī to neizsūtīja.

1846. gadā Urbēns Le Verjē (Urbain Le Verrier), kurš nesadarbojās ar Adamsu, veica savus aprēķinus, taču arī viņš neguva lielu franču astronomu ievērību. Tomēr tajā pašā gadā Džons Heršels sāka atbalstīt matemātisko metodi un iedrošināja Džeimsu Čalisu meklēt planētu. Pēc ilgas kavēšanās 1846. gada jūlijā Challis uzsāka negribētos meklējumus. Tikmēr Le Verjē bija pārliecinājis Johanu Gotfrīdu Galli meklēt planētu.

Lai gan Heinrihs d'Arrests vēl bija Berlīnes observatorijas students, viņš ierosināja, ka tikko uzzīmētu debess karti Le Verjē prognozētajā apgabalā varētu salīdzināt ar pašreizējo debesi, lai meklētu planētas stāvokļa maiņu salīdzinājumā ar fiksētu zvaigzni. Neptūns tika atklāts tajā pašā naktī 1846. gada 23. septembrī, 1° (viena grāda (leņķa) robežās no Le Verjē paredzētās vietas un aptuveni 10° no Adamsa prognozes. Vēlāk Challis noskaidroja, ka augustā viņš planētu bija redzējis divas reizes, neatpazīstot to savas neuzmanīgās pieejas dēļ.

Kredītu piešķiršana un nosaukumu piešķiršana

Pēc tam, kad ziņa par Neptūna atklāšanu izplatījās, starp frančiem un britiem sākās strīdi par to, kurš ir pelnījis nopelnus par atklājuma veikšanu. Vēlāk starptautiskā vienošanās nolēma, ka gan Le Verjē, gan Adamss kopā ir pelnījuši nopelnus. Tomēr vēsturnieki šo tēmu pārskatīja pēc tam, kad 1998. gadā tika no jauna atklāti "Neptūna dokumenti" (vēsturiski dokumenti no Karaliskās Griničas observatorijas), kurus, šķiet, bija nozadzis un gandrīz trīs desmitgades glabājis astronoms Olins Eggens un kuri tika no jauna atklāti (viņa īpašumā) tikai neilgi pēc viņa nāves. Pēc dokumentu izskatīšanas daži vēsturnieki tagad uzskata, ka Adamss nav pelnījis vienādu atzinību ar Le Verjē.

Neptūnu neilgi pēc tā atklāšanas īslaicīgi sauca par "Urāna ārējo planētu" vai "Le Verjē planētu". Pirmais ierosinājums par nosaukumu nāca no Galles. Viņš ierosināja nosaukumu Janus. Anglijā Challis ierosināja nosaukumu Oceanus. Francijā Arago ierosināja jauno planētu nosaukt par Leverjē, un šis ierosinājums ārpus Francijas sastapa lielu pretestību. Franču almanahos nekavējoties atjaunoja Heršela nosaukumu Urānam un Leverjē nosaukumu jaunajai planētai.

Tikmēr Ādamss atsevišķa un atšķirīga iemesla dēļ ieteica mainīt Džordža nosaukumu uz Urānu, savukārt Leverjē (ar Garuma padomes starpniecību) ierosināja par jauno planētu izmantot Neptūnu. Strūve 1846. gada 29. decembrī Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijā atbalstīja šo nosaukumu. Drīz Neptūns guva starptautisku vienprātību daudzu cilvēku vidū, un tad tas bija oficiālais jaunās planētas nosaukums. Romas mitoloģijā Neptūns bija jūras dievs, kas tika identificēts ar grieķu dievu Poseidonu.

Masa un sastāvs

Neptūna masa ir 10,243×1025 kg, un tas šo planētu ierindo starp Zemi un lielākajiem gāzes milžiem; Neptūna masa ir septiņpadsmit Zemes masas, bet tikai 1/18 no Jupitera masas. Neptūns un Urāns bieži tiek uzskatīti par gāzveida milžu apakšklases, ko dēvē par "ledus milžiem", daļu, ņemot vērā to mazo izmēru un lielās sastāva atšķirības salīdzinājumā ar Jupiteru un Saturnu. Meklējot ekstrasaules planētas, Neptūns ir izmantots kā atskaites punkts, lai noteiktu atklātās planētas lielumu un uzbūvi. Dažas atklātās planētas, kuru masa ir līdzīga Neptūna masai, bieži tiek dēvētas par "Neptūniem". tāpat kā astronomi par dažādām citplanētām dēvē "Jupiterus".

Neptūna atmosfēru veido galvenokārt ūdeņradis, bet mazākā daudzumā - hēlijs. Atmosfērā konstatēts arī neliels daudzums metāna. Nozīmīgas metāna absorbcijas joslas atrodas spektra sarkanajā un infrasarkanajā daļā, viļņu garumā virs 600 nm. Šī sarkanās gaismas absorbcija, ko rada atmosfēras metāns, piešķir Neptūnam zilu nokrāsu.

Tā kā Neptūns riņķo tik tālu no Saules, tas saņem ļoti maz siltuma, un atmosfēras augšējās daļās temperatūra ir -218 °C (55 K). Tomēr dziļāk gāzes slāņos temperatūra paaugstinās lēnām. Līdzīgi kā Urānam, šī sasilšanas avots nav zināms, taču atšķirības ir lielākas: Neptūns ir vistālāk no Saules esošā planēta, tomēr tās iekšējā enerģija ir pietiekami spēcīga, lai radītu visātrākos Saules sistēmā novērotos vējus. Ir izvirzīti vairāki iespējamie izskaidrojumi, tostarp planētas kodola radiogēnā sasilšana, planētas dzimšanas laikā radušās inflējošās matērijas radītā siltuma pārpalikumu nepārtraukta izstarošana kosmosā un gravitācijas viļņi, kas izlaužas virs tropopauzes.

Tiek uzskatīts, ka Neptūna iekšpuses struktūra ir ļoti līdzīga Urāna iekšpuses struktūrai. Domājams, ka tur ir kodols, kura masa ir aptuveni 15 Zemes masas un kuru veido izkausētas klintis un metāls, ko ieskauj iežu, ūdens, amonjaka un metāna maisījums. Liels spiediens saglabā šo apkārtējo maisījuma ledus daļu cietu, neraugoties uz lielajām temperatūrām kodola tuvumā. Atmosfēra, kas stiepjas aptuveni 10 līdz 20 % virzienā uz centru, lielā augstumā sastāv galvenokārt no ūdeņraža un hēlija. Zemākajās atmosfēras daļās ir vairāk metāna, amonjaka un ūdens maisījumu. Ļoti lēni šī tumšākā un karstākā zona saplūst ar pārkarsēto šķidro iekšpusi. Spiediens Neptūna centrā ir miljoniem reižu lielāks nekā uz Zemes virsmas. Salīdzinot tā rotācijas ātrumu ar tā oblatitātes pakāpi, redzams, ka atšķirībā no Urāna tā masa ir mazāk koncentrēta centra virzienā.

Laikapstākļi un magnētiskais lauks

Viena atšķirība starp Neptūnu un Urānu ir novērotās (redzamās vai izmērītās) meteoroloģiskās aktivitātes līmenis. Kad 1986. gadā Voyager kosmiskais aparāts lidoja garām Urānam, tika novērots, ka vējš uz šīs planētas ir mērens. Kad Voyager 1989. gadā lidoja garām Neptūnam, tika novēroti spēcīgi laikapstākļi. Neptūna laikapstākļos ir ārkārtīgi aktīvas vētru sistēmas. Tā atmosfērā ir vislielākais vēja ātrums Saules sistēmā, ko, domājams, izraisa iekšējā siltuma plūsma. Parastā vēja ātrums ekvatoriālajā apgabalā ir aptuveni 1200 km/h (750 mph), savukārt vējš vētru sistēmās var sasniegt līdz 2100 km/h, kas ir gandrīz virsskaņas ātrums.

1989. gadā Lielo tumšo plankumu - ciklonisku vētru sistēmu Eirāzijas lielumā - atklāja NASA kosmiskais aparāts Voyager 2. Vētra atgādināja Jupitera Lielo sarkano plankumu. Tomēr 1994. gada 2. novembrī ar Hubble kosmisko teleskopu Lielo tumšo plankumu uz planētas nepamanīja. Tā vietā planētas ziemeļu puslodē tika konstatēta jauna, Lielajai tumšajai plankumajai līdzīga vētra. Nav zināms, kāpēc Lielā tumšā plankuma vairs nav. Viena no iespējamām teorijām ir tāda, ka siltuma pārnese no planētas kodola izjauca atmosfēras līdzsvaru un esošos cirkulācijas modeļus. Scooter ir vēl viena vētra, baltu mākoņu grupa, kas atrodas tālāk uz dienvidiem nekā Lielais tumšais plankums. Tā iesauku ieguva, kad to pirmo reizi pamanīja mēnešos pirms Voyager satikšanās 1989. gadā: tā pārvietojās ātrāk nekā Lielais Tumšais plankums. Vēlākajos attēlos bija redzami mākoņi, kas pārvietojās vēl ātrāk nekā Scooter. Burvīgā acs/Tumsas plankums 2 ir vēl viena dienvidu cikloniskā vētra, otra spēcīgākā vētra, kas novērota 1989. gada satikšanās laikā. Sākotnēji tā bija pilnīgi tumša, bet, Voyager pietuvojoties planētai, izveidojās spilgts kodols, kas redzams lielākajā daļā augstākās izšķirtspējas attēlu.

Atšķirībā no citiem gāzes milžiem Neptūna atmosfērā ir redzami augsti mākoņi, kas veido ēnas uz biezā mākoņu klāja zem tā. Lai gan Neptūna atmosfēra ir daudz aktīvāka nekā Urāna atmosfēra, abas planētas sastāv no vienādām gāzēm un ledus. Urāns un Neptūns nav gluži tāda paša veida gāzveida milži kā Jupiters un Saturns, bet drīzāk ledus milži, kas nozīmē, ka tiem ir lielāks ciets kodols un tie arī sastāv no ledus. Neptūns ir ļoti auksts, un 1989. gadā mākoņu virsotnēs tika reģistrēta pat -224 °C (-372 °F jeb 49 K) temperatūra.

Neptūnam ir līdzības ar Urānu arī tā magnetosfērā, kur magnētiskais lauks ir spēcīgi sasvērts pret rotācijas asi 47° leņķī un ir novirzīts vismaz 0,55 rādiusu (aptuveni 13 500 kilometru) attālumā no planētas fiziskā centra. Salīdzinot abu planētu magnētiskos laukus, zinātnieki uzskata, ka ekstrēmais virziens varētu būt raksturīgs plūsmām planētas iekšienē, nevis Urāna sānu rotācijas kustības rezultāts. ^[]

Ap zilo planētu ir atklāti ļoti mazi zilas krāsas gredzeni, taču tie nav tik labi zināmi kā Saturna gredzeni. Kad šos gredzenus atklāja Edvarda Guinana vadītā komanda, sākotnēji viņi domāja, ka gredzeni varētu nebūt pilnīgi gredzeni. Tomēr Voyager 2 pierādīja, ka tas bija nepareizi. Neptūna gredzeniem ir dīvains "ķepurains" izkārtojums. Lai gan pašlaik nav zināms, kāds tam ir cēlonis, bet daži zinātnieki uzskata, ka tas varētu būt gravitācijas kontakta dēļ ar mazajiem mēnesnīcām, kas riņķo to tuvumā. ^[]

Pierādījumi, ka gredzeni ir nepilnīgi, pirmo reizi parādījās 80. gadu vidū, kad zvaigžņu okultošanas laikā tika konstatēts, ka pirms vai pēc tam, kad planēta ir aptumšojusi zvaigzni, reti kad parādās papildu "mirkšķis". Šo problēmu atrisināja 1989. gadā no Voyager 2 iegūtie attēli, kad tika konstatēts, ka gredzenu sistēmai ir vairāki vāji gredzeni. Attālākajam gredzenam, Adamsam, ir trīs slaveni loki, kurus tagad sauc par Liberté, Egalité un Fraternité (Brīvība, vienlīdzība un brālība).

Loku eksistenci ir ļoti grūti saprast, jo kustības likumi paredz, ka loki ļoti īsā laikā izplešas vienā gredzenā. Tagad tiek uzskatīts, ka lokus ir radījusi Galatejas, mēness, kas atrodas tikai uz iekšu no gredzena, gravitācijas ietekme.

Vairāki citi gredzeni tika atklāti ar Voyager kamerām. Arī plāns Adamsa gredzens atrodas aptuveni 63 000 km attālumā no Neptūna centra, Leverjē gredzens ir 53 000 km attālumā, bet platāks, mazāks Galles gredzens - 42 000 km attālumā. Ļeverjē gredzena ļoti nelielais paplašinājums uz āru ir nosaukts par Lasselu; tā ārējo malu 57 000 km attālumā ieskauj Arago gredzens.

Jauni novērojumi uz Zemes, kas publicēti 2005. gadā, parādīja, ka Neptūna gredzeni ir daudz nestabilāki, nekā uzskatīts iepriekš. Precīzāk sakot, šķiet, ka Libertes gredzens varētu ātri izzust mazāk nekā 100 gadu laikā. Jaunie novērojumi, šķiet, ļoti mulsina mūsu izpratni par Neptūna gredzeniem.

Neptūnam ir 14 zināmi mēness. Tā kā Neptūns bija romiešu jūras dievs, planētas mēness tika nosaukts mazāku jūras dievu vai dieviešu vārdā. Lielākais un vienīgais, kas ir pietiekami liels, lai tam būtu lodes forma, ir Tritons (izrunā:ˈtraɪtən), ko Viljams Lasels atklāja tikai 17 dienas pēc paša Neptūna atklāšanas. Atšķirībā no visiem citiem lielajiem planētas mēness, Tritonam ir retrogrāda orbīta, kas liecina, ka mēness, iespējams, tika sagūstīts un, iespējams, reiz bija Kvaipera jostas objekts. Tas ir pietiekami tuvu Neptūnam, lai būtu ieslēgts sinhronajā orbītā, un lēnām virzās uz Neptūnu, un kādu dienu, kad šķērsos Roša robežu, tas tiks saplēsts. Tritons ir aukstākais saules sistēmā izmērītais objekts, kura temperatūra ir -235 °C (38 K, -392 °F). Tā diametrs ir 2700 km (80 % no Zemes Mēness, Lūnas), masa - 2,15×1022 kg (30 % no Lūnas), orbītas diametrs - 354 800 km (90 % no Lūnas) un orbitālais periods - 5,877 dienas (20 % no Lūnas).

Neptūna otrajam zināmajam mēnesim (pēc attāluma), neparastajam mēnesim Nereidai, ir viena no neparastākajām orbītām starp visiem Saules sistēmas pavadoņiem.

No 1989. gada jūlija līdz septembrim Voyager 2 atklāja sešus jaunus Neptūna mēness. No tiem kuplas formas Proteuss ir lielākais zināmais objekts, kas nav izveidojies lodes formā savas gravitācijas ietekmē. Lai gan tas ir otrais masīvākais Neptūna mēness, tā masa ir tikai ceturtā daļa no Tritona masas. Četri tuvākie Neptūna mēness, Naiada, Talassa, Despina un Galateja, riņķo pietiekami tuvu, lai atrastos Neptūna gredzenos.

Nākamā tālākā zvaigzne Larissa tika atklāta 1981. gadā, kad tā aizklāja kādu zvaigzni. Mēness tika atzīts par cēloni Neptūna gredzenu lokiem, kad 1989. gadā Voyager 2 novēroja Neptūnu. 2004. gadā tika paziņots par pieciem jauniem neparastiem mēness, kas atklāti laikā no 2002. līdz 2003. gadam. Jaunākais mēness tika atklāts, pārbaudot Hubbla teleskopa attēlus 2013. gada 16. jūlijā. Tā diametrs ir tikai 12 jūdzes, kas ļauj to izvairīties no atklāšanas pat Voyager 2 kosmosa aparātam.

Neptūnu nevar redzēt ar neapbruņotu aci, jo Neptūna normālais spožums ir no +7,7 līdz +8,0 magnitūdām, ko var aizēnot Jupitera Galileja mēness, pundurplanēta Ceres un asteroīdi 4 Vestas, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno un 6 Hebe. Ar teleskopu vai spēcīgu binokli Neptūns būs redzams kā neliels zils punktiņš, kas pēc izskata līdzinās Urānam. Zilā krāsa rodas no tā atmosfērā esošā metāna. Tā nelielais acīmredzamais izmērs ir apgrūtinājis tā vizuālo izpēti; lielākā daļa teleskopisko datu bija diezgan ierobežoti līdz brīdim, kad parādījās Hābla kosmiskais teleskops un lielie zemes teleskopi ar adaptīvo optiku.

Neptūna orbitālais periods (zvaigžņu periods) ir 164,88 Jūlija gadi, un drīz Neptūns atgriezīsies (lai to atklātu) tajā pašā debess vietā, kur tas tika atklāts 1846. gadā. Tas notiks trīs dažādas reizes, arī ceturto reizi, kad tas būs ļoti tuvu šim stāvoklim. Tie būs 2009. gada 11. aprīlis, kad tas atradīsies progrādā kustībā, 2009. gada 17. jūlijs, kad tas atradīsies retrogrādā kustībā, un 2010. gada 7. februāris, kad tas atradīsies progrādā kustībā. Tas arī būs ļoti tuvu tam, ka atradīsies tajā pašā punktā kopš 1846. gada atklāšanas 2010. gada oktobra beigās un novembra sākumā vai novembra vidū, kad Neptūns no retrogrādās kustības pāries tiešajā kustībā tieši Neptūna atklāšanas grādos un tad uz brīdi apstāsies gar ekliptiku 2 loka minūšu robežās šajā punktā (vistuvāk 2010. gada 7. novembrī). Šī būs pēdējā reize nākamo 165 gadu laikā, kad Neptūns atradīsies savā atklāšanas punktā.

Tas ir izskaidrojams ar retrogradācijas ideju. Tāpat kā visas planētas un asteroīdi Saules sistēmā ārpus Zemes, arī Neptūns savā sinodiskajā periodā noteiktos brīžos piedzīvo retrogradāciju. Papildus retrogradācijas sākumam citi notikumi sinodiskā perioda iekšienē ir arī astronomiskā opozīcija, atgriešanās progrēda kustībā un konjunkcija ar Sauli.

Savā orbītā ap Sauli Neptūns 2011. gada augustā atgriezās sākotnējā atklāšanas punktā.

Pašlaik Neptūnu ir apmeklējis tikai viens kosmosa kuģis. NASA zonde Voyager 2 1989. gada 25. augustā veica ātru planētas aplidošanu, un tā bija pēdējā planēta, kuru ir apmeklējis vismaz viens kosmosa kuģis.

Viens no "Voyager 2" svarīgākajiem atklājumiem bija ļoti tuvs lidojums gar Tritonu, kura laikā tika uzņemtas vairāku Mēness daļu fotogrāfijas. Zonde atklāja arī Lielo tumšo plankumu, lai gan tagad tas ir pazudis pēc tam, kad 1994. gadā ar kosmisko teleskopu "Hubble" tika uzņemti Neptūna attēli. Sākotnēji tika uzskatīts, ka tas ir liels mākonis vai ciklonu vētras sistēma, bet vēlāk tika nojaušams, ka tas ir tikai caurums redzamajā mākoņu klājā.

Izrādījās, ka Neptūnam ir visspēcīgākie vēji no visiem Saules sistēmas gāzveida milžiem. Saules sistēmas ārējos reģionos, kur Saule spīd vairāk nekā 1000 reižu vājāk nekā uz Zemes (joprojām ir ļoti spilgta ar magnitūdu -21), pēdējais no četriem milžiem patiešām notika tā, kā zinātnieki patiesībā gaidīja. Varētu domāt, ka, jo tālāk planēta atrodas no Saules, jo mazāk enerģijas un karstuma būtu vajadzīgs, lai radītu un palaistu apkārt ļoti spēcīgus vējus. Jupitera vēji jau bija simtiem kilometru stundā. Tā vietā, lai novērotu lēnākus vējus, zinātnieki konstatēja ātrākus vējus (vairāk nekā 1600 km/h) uz attālākā Neptūna.

Viens no iespējamiem iemesliem, kas varētu būt par iemeslu lielākam vēja ātrumam, ir tas, ka, ja rodas pietiekami daudz enerģijas, rodas turbulence, kas palēnina vēju ātrumu (līdzīgi kā Jupitera vējiem). Tomēr Neptūnijā saules enerģijas ir tik maz, ka, tiklīdz vēji ir iedarbojušies, tie sastop ļoti mazu pretestību un spēj saglabāt ļoti lielu ātrumu. Katrā ziņā Neptūns atdod vairāk enerģijas, nekā saņem no Saules, un šo vēju iekšējais enerģijas avots joprojām nav noskaidrots.

1989. gadā no Voyager 2 uz Zemi nosūtītie attēli kļuva par pamatu PBS visu nakti ilgajai programmai "Neptūns visu nakti".