В суете дней мир для обычного человека порой уменьшается до размеров работы и дома. Меж тем, если взглянуть на небо, можно убедиться, сколь ничтожно это в масштабах Вселенной. Может быть, поэтому юные романтики мечтают посвятить себя покорению космоса и изучению звезд. Ученые-астрономы ни на секунду не забывают, что, помимо Земли с ее проблемами и радостями, есть множество других далеких и загадочных объектов. Один из них — планета Нептун, восьмая по степени удаленности от Солнца, недоступная для непосредственного наблюдения и потому вдвойне притягательная для исследователей.
Как все начиналось
Еще в середине XIX века Солнечная система, по мнению ученых, содержала всего семь планет. Соседи Земли, ближайшие и удаленные, изучались с использованием всех доступных достижений в области техники и вычислений. Многие характеристики вначале описывались теоретически, а уже затем находили практические подтверждения. С расчетом орбиты Урана дело обстояло несколько иначе. Томас Джон Хасси, астроном и священник, обнаружил несоответствие реальной траектории движения планеты предполагаемой. Вывод мог быть только один: существует объект, влияющий на орбиту Урана. По сути, это было первое сообщение о планете Нептун.
Спустя почти десять лет (в 1843 г.) одновременно двое исследователей рассчитали, по какой орбите может двигаться планета, вынуждающая газового гиганта потесниться. Это были англичанин Джон Адамс и француз Урбен Жан Жозеф Леверье. Независимо друг от друга, но с разной точностью они определили путь движения тела.
Обнаружение и обозначение
Нептун был найден на ночном небе астрономом Иоганном Готтфридом Галле, к которому пришел Леверье со своими расчетами. Французский ученый, впоследствии разделивший с Галле и Адамсом славу первооткрывателя, ошибся в вычислениях лишь на градус. Официально Нептун появился в научных трудах 23 сентября 1846 года.
Первоначально планету предлагалось назвать именем двуликого Януса, но такое обозначение не прижилось. Астрономы больше вдохновились сравнением нового объекта с царем морей и океанов, столь же чуждого земной тверди, как, судя по всему, и открытая планета. Имя Нептуна предложил Леверье и поддержал В. Я. Струве, возглавлявший Пулковскую обсерваторию. Название было дано, оставалось только понять, каков состав атмосферы Нептуна, есть ли она вообще, что скрывается в его недрах и так далее.
В сравнении с Землей
С момента открытия прошло немало времени. Сегодня о восьмой планете Солнечной системы мы знаем гораздо больше. Нептун значительно превосходит Землю по размерам: его диаметр больше почти в 4 раза, а масса — в 17 раз. Значительная удаленность от Солнца не оставляет сомнений, что погода на планете Нептун также ощутимо отличается от земной. Здесь нет и не может быть жизни. Дело даже не в ветре или каких-то необычных явлениях. Атмосфера и поверхность Нептуна представляют собой практически одну структуру. Это характерная особенность всех газовых гигантов, к числу которых относится и данная планета.
Мнимая поверхность
Планета по плотности значительно уступает Земле (1,64 г/см³), благодаря чему ступить на ее поверхность непросто. Да и как таковой ее нет. Уровень поверхности условились опознавать по величине давления: податливая и скорее похожая на жидкость «твердь» находится в низших слоях атмосферы, где давление равняется одному бару, и, по сути, является ее частью. Любое сообщение о планете Нептун как о космическом объекте конкретного размера основывается на таком определении мнимой поверхности гиганта.
Полученные с учетом этой особенности параметры выглядят следующим образом:
диаметр в районе экватора составляет 49,5 тыс. км;
размер его в плоскости полюсов — почти 48,7 тыс. км.
Соотношение этих характеристик делает Нептун по форме далеким от круга. Он, подобно Голубой планете, несколько уплощен с полюсов.
Состав атмосферы Нептуна
Смесь газов, окутывающая планету, по содержанию сильно отлична от земной. Подавляющую часть составляет водород (80%), вторую позицию занимает гелий. Этот инертный газ вносит значительный вклад в состав атмосферы Нептуна — 19%. Метан составляет менее процента, также здесь встречается аммиак, но в незначительной количестве.
Как ни странно, один процент метана в составе сильно сказывается на том, какая атмосфера у Нептуна и каков весь газовый гигант с точки зрения внешнего наблюдателя. Это химическое соединение составляет облака планеты и не отражает световые волны, соответствующие красному цвету. В результате для пролетающих мимо космических аппаратов Нептун оказывается окрашенным в насыщенный голубой. Этот цвет — одна из загадок планеты. Ученым пока до конца не известно, что точно приводит к поглощению красной части спектра.
Всем газовым гигантам свойственно наличие атмосферы. Нептуна среди них выделяет именно цвет. Благодаря подобным характеристикам его называют ледяной планетой. Замерший метан, своим существованием добавляющий вес сравнению Нептуна с айсбергом, входит и в состав мантии, окружающей ядро планеты.
Внутреннее строение
Сердцевина космического объекта содержит железо, никель, соединения магния и кремния. По своей массе ядро примерно равно всей Земле. При этом, в отличие от других элементов внутренней структуры, оно обладает плотностью, превосходящей аналогичный параметр Голубой планеты в два раза.
Ядро покрыто, как уже говорилось, мантией. Ее состав во многом схож с атмосферным: здесь присутствуют аммиак, метан, вода. Масса слоя равна пятнадцати земным, при этом он сильно нагрет (до 5000 К). Мантия не имеет четкой границы, и атмосфера планеты Нептун плавно перетекает в нее. Смесь гелия и водорода составляет верхнюю часть в структуре. Плавное превращение одного элемента в другой и размытые границы между ними — свойства, характерные для всех газовых гигантов.
Трудности исследования
Выводы о том, какая атмосфера у Нептуна, что характерно для его структуры, делаются во многом на основе уже полученных данных об Уране, Юпитере и Сатурне. Удаленность планеты от Земли значительно затрудняет ее изучение.
В 1989 году вблизи Нептуна пролетал космический аппарат "Вояджер-2". Это была единственна встреча ледяного гиганта с земным посланником. Плодотворность ее, впрочем, очевидна: большую часть сведений о Нептуне науке предоставил именно этот корабль. В частности, "Вояджер-2" обнаружил Большое и Малое темные пятна. Оба зачерненных участка хорошо были видны на фоне голубой атмосферы. На сегодняшний день непонятно, какова природа этих образований, но предполагается, что это вихревые потоки или циклоны. Они появляются в верхних слоях атмосферы и на огромной скорости проносятся вокруг планеты.
Вечное движение
Многие параметры обуславливает наличие атмосферы. Нептуна характеризует не только необычный цвет, но и постоянное движение, создаваемое ветром. Скорость, с которой облака облетают планету в районе экватора, превышает тысячу километров в час. Двигаются они при этом в противоположном относительно вращения самого Нептуна вокруг оси направлении. При этом оборачивается планета еще быстрее: полный поворот занимает всего 16 часов и 7 минут. Для сравнения: один оборот вокруг Солнца занимает почти 165 лет.
Очередная загадка: скорость ветра в атмосфере у газовых гигантов увеличивается при удалении от Солнца и достигает пика на Нептуне. Это явление пока не получило обоснования, как и некоторые температурные особенности планеты.
Распределение тепла
Погода на планете Нептун характеризуется постепенным изменением температуры в зависимости от высоты. Тот слой атмосферы, где располагается условная поверхность, полностью соответствует второму названию космического тела (ледяная планета). Температура здесь опускается почти до -200 ºC. Если перемещаться от поверхности выше, то будет ощутимо увеличение тепла вплоть до 475º. Ученые до сих пор не нашли достойного объяснения таким перепадам. Как предполагается, Нептун обладает внутренним источником тепла. Такой «обогреватель» должен вырабатывать в два раза больше энергии, нежели приходит на планету от Солнца. Тепло от этого источника в сочетании с долетающей сюда от нашей звезды энергией, вероятно, и является причиной сильных ветров.
Однако ни солнечный свет, ни внутренний «обогреватель» не могут повысить температуру на поверхности так, чтобы здесь была ощутима смена времен года. И хотя другие условия для этого соблюдаются, отличить зиму от лета на Нептуне невозможно.
Магнитосфера
Исследования "Вояджера-2" помогли ученым узнать многое о магнитном поле Нептуна. Оно сильно отлично от земного: источник располагается не в ядре, а в мантии, благодаря чему магнитная ось планеты сильно смещена относительно ее центра.
Одна из функций поля — защита от солнечного ветра. Форма магнитосферы Нептуна сильно вытянута: защитные линии в той части планеты, которая освещена, располагаются на расстоянии в 600 тыс. км от поверхности, а с противоположной стороны — более чем в 2 млн км.
Вояджер зафиксировал непостоянность напряжения поля и расположения магнитных линий. Такие свойства планеты также еще не объяснены до конца наукой.
Кольца
В конце XIX века, когда ученые уже не искали ответ на вопрос о том, есть ли атмосфера на Нептуне, перед ними возникла другая задача. Необходимо было объяснить, почему по пути следования восьмой планеты звезды начинали гаснуть для наблюдателя несколько раньше, чем к ним приближался Нептун.
Решить проблему получилось только спустя почти век. В 1984 году с помощью мощного телескопа удалось рассмотреть самое яркое кольцо планеты, впоследствии названное именем одного из первооткрывателей Нептуна - Джона Адамса.
Дальнейшие исследования обнаружили еще несколько подобных образований. Именно они закрывали звезды на пути следования планеты. Сегодня астрономы считают Нептуна обладателем шести колец. В них кроется еще одна загадка. Кольцо Адамса состоит из нескольких дужек, располагающихся на некотором расстоянии друг от друга. Причина такого размещения неясна. Часть исследователей склоняются к мысли, что удерживает их в таком положении сила гравитационного поля одного из спутников Нептуна - Галатеи. Другие приводят весомый контраргумент: размеры ее столь малы, что вряд ли она справилась бы с задачей. Возможно, рядом существует еще несколько неизвестных спутников, помогающих Галатее.
В целом кольца планеты — зрелище, уступающее по внушительности и красоте подобным формированиям Сатурна. Не последнюю роль в несколько тусклом внешнем виде играет состав. Кольца в основном содержат глыбы метанового льда, покрытого соединениями кремния, которые хорошо поглощают свет.
Спутники
Нептун — обладатель (по последним данным) 13 спутников. Большинство из них имеют небольшие размеры. Выдающиеся параметры только у Тритона, лишь немного уступающего в диаметре Луне. Состав атмосферы Нептуна и Тритона различен: спутник имеет газовую оболочку из смеси азота и метана. Эти вещества придают очень интересный вид планете: замерзший азот с включениями из метанового льда создает на поверхности в районе Южного полюса настоящее буйство красок: переливы желтого сочетаются с белым и розовым.
Судьба красавца Тритона, меж тем, не такая радужная. Ученые предрекают ему столкновение с Нептуном и поглощение им. В результате восьмая планета станет обладательницей нового кольца, по яркости сравнимого с образованиями Сатурна и даже опережающего их. Остальные спутники Нептуна значительно уступают Тритону, часть из них даже не имеет пока названия.
Восьмая планета Солнечной системы во многом соответствует своему названию, на выборе которого сказалось и наличие атмосферы, - Нептун. Ее состав способствует появлению характерного голубого цвета. Нептун несется сквозь непонятное нам пространство, подобно богу морей. И аналогично океанским глубинам та часть космоса, которая начинается за Нептуном, хранит массу тайн от человека. Ученым будущего лишь предстоит их открыть.
