Сонячна система: планета Нептун

Нептун — найвіддаленіша планета Сонячної системи, названа на честь римського бога води та морів. Відкриття й дослідження планети Нептун почалося з моменту відкриття Урана, з 1781-го року.

Усі відомі планети Сонячної системи рухалися так, як передбачали астрономи, натомість Уран постійно то відставав від розрахунків, то поспішав.

Уже тоді астрономи могли визначати положення інших планет із доволі високою точністю. Усі відомі планети Сонячної системи рухалися так, як передбачали астрономи, натомість Уран поводився геть інакше й не підкорявся математиці. Рухаючись орбітою, Уран постійно то відставав від розрахунків, то поспішав.

Астрономи не могли знайти причини такої дивної поведінки та пропонували різноманітні теорії. А коли чергова теорія здавалася правильною, Уран знову міняв швидкість.

За проблему взялися британський студент Джон Адамс та французький вчений УрбЕн Левер’є. Вони, незалежно один від одного, дійшли висновку, що на Уран чиниться раніше невідомий зовнішній вплив, і, найімовірніше, це досі невідкрита, восьма планета сонячної системи. Вчені взялися за обчислення її координат.

Астрономи скептично поставилися до тих розрахунків, тому перевіряти теорії дослідників щодо восьмої планети не квапилися. Врешті Левер’є не витримав і 18 вересня 1846 року звернувся до Берлінської обсерваторії з проханням перевірити його розрахунки. 23 вересня, першої ж ночі під час досліджень, нову планету знайшли саме там, де і вказав Левер’є.

Цілий рік Франція та Англія сперечалися за пріоритет відкриття нової планети, однак самі Левер’є та Адамс у суперечках участі не брали, вони залишилися друзями до кінця життя.

За 17 днів після відкриття Нептуна відкрили і його найбільший супутник, Тритон. 1948 року на честь планети названо новий хімічний елемент під номером 93 — нептуній. Нептун став першою планетою, відкритою завдяки математичним розрахункам. Його відкриття можна вважати найвеличнішим досягненням астрономії, яке продемонструвало неймовірну точність обчислень, проведених вручну. Звістка про відкриття нової планети тоді миттєво облетіла весь світ.

Нептун — це єдина планета Сонячної системи, яку не видно на небосхилі неозброєним оком. Натомість її можна побачити в потужний бінокль чи телескоп. На зоряному небі планета матиме вигляд невеликого блакитного диска, схожого на Уран. Нептун виконує повний оберт за 165 земних років. Тож 2011 року виповнився рівно один нептунський рік відколи його відкрили. Та, попри це, доба на Нептуні триває всього 16 годин.

Орбіта Нептуна перетинається з орбітою Плутона та комети Галлея. Плутон через свою еліптичну орбіту періодично наближається до Сонця ближче, ніж Нептун. Востаннє він був ближчим до Сонця з 1979 по 1999-й роки. Хоча орбіти планет і перетинаються, але вони ніколи не зіткнуться, адже перебувають в орбітальному резонансі 3:2. Тобто на кожні три оберти Нептуна Плутон обертається двічі.

Відстань від Нептуна до Сонця сягає 4,5 млрд, а це у тридцятеро більше, аніж відстань від Землі до Сонця. Отже, світло від Сонця до Нептуна іде понад чотири години. Через таку відстань дослідження НептУна космічними зондами є занадто складним і дорогим ділом. Нептун у півтора раза далі від Сонця, ніж Уран, і має менше половини від тієї кількості сонячного світла, яку отримує Уран. При цьому поверхневі температури цих планет приблизно однакові. Астрономи пояснюють це вищою внутрішньою температурою Нептуна.

За всю історію астрономії до цієї планети наблизився лише один космічний зонд Вояджер-2. 1989 року Вояджер-2 підтвердив наявність у планети магнітного поля та відкрив шість супутників, надіславши на Землю безліч цінних даних, включно з неймовірними світлинами.

Нептун був останньою планетою, яку мав дослідити космічний зонд Вояджер. 1989-го року науковці додатково змінили траєкторію зонда так, щоби дослідити й супутник Нептуна, Тритон. Після цього маневру зонд почав свій шлях за межі Сонячної системи та 2018 року покинув її. До речі, цей зонд і досі передає науковцям дані із міжзоряного простору.

2003-го року NASA планувало запустити місію Neptune orbiter для додаткового вивчення планети та її супутників новим зондом. Старт мав відбутися у 2017–2019 роках, але 2008-го місію скасували.

У березні 2019 року науковці почали розробку іншого проєкту із запуску до Нептуна космічного зонда Trident. Окрім самої планети, він має вивчити і її супутник Тритон. Старт заплановано на 2026-й рік, політ до планети триватиме 12 років. Головне, щоби до старту вчені НАСА встигли виправити проблему 2038.

Якщо порівняти Нептун із Землею, його вага в 17 разів більша, а радіус учетверо більший за земний. Вісь Нептуна нахилена схожим чином до осі Землі. Це означає, що на цій планеті є такі ж пори року, як і в нас. При цьому їхня тривалість значно довша. Замість звичних нам трьох місяців тут пори року тривають по 40 років.

Нептун має 14 супутників, що носять імена богів та німф грецької міфології. Також він має щонайменше п’ять кілець. Два з них називаються іменами першовідкривачів планети: Адамса та Левер’є. Окрім того, Нептун має чотири фрагментовані кільця, які, ймовірно, утворилися внаслідок сили тяжіння його супутників.

Відстань від Нептуна до його найбільшого супутника Тритона становить майже 400 тис. км. Практично такою ж є відстань від Землі до Місяця. Діаметр Тритона сягає двох тисяч семисот км, що на 800 км менше ніж діаметр Місяця, хоча маса його у три з половиною рази менша. Тритон має незначну газову оболонку, тиск якої на поверхню в 70 000 разів менший за земний атмосферний тиск. Ця атмосфера мала б давно розсіятися, але вона постійно поповнюється газами завдяки частим виверженням вулканів. Але повернімося до Нептуна.

Нептун є газовим гігантом – значну частину об’єму планети становить її мантія. Вона складається з водяного, аміачного та метанового льоду. Під мантією лежить кам’яне ядро.

На дві третини атмосфера планети складається з водню, на третину — з метану із невеликою домішкою гелію. Саме метан у верхніх шарах атмосфери забарвлює планету в синій колір. Температура поверхні Нептуна становить -201°C. Основний хмарний шар складається із замерзлого сірководню. При цьому в центрі планети температура становить 5100°C, що відповідає температурі на поверхні Сонця або температурі ядра більшості відомих людям планет. Через значну газову оболонку та відносно мале тверде ядро, різні частини атмосфери рухаються з різною швидкістю. Тому екваторіальна частина атмосфери виконує повний оберт за 18 годин, що на дві години повільніше за ядро.

Натомість полярна частина обертається за 12 годин. Це найбільша відома нам різниця швидкостей повітряних мас поміж планет Сонячної системи. Вона призводить до утворення потужних вітрів та штормів на кшталт Великої темної плями.

В атмосфері Нептуна вирують найсильніші вітри серед усіх планет Сонячної системи. Вчені зафіксували шторм, де швидкість вітру сягала 2.500 км/год, що вдвічі більше за швидкість звуку. Цей шторм назвали «Велика темна пляма» і його розміри 13 тисяч на 6600 км.

2016-го року у північній півкулі Нептуна почався інший шторм, що розмірами майже сягав нашого Місяця. Схожий шторм вчені вже бачили на Юпітері (так звана Велика червона пляма). Але швидкість вітру там була втричі меншою. Для порівняння, на Землі швидкість найпотужнішого зареєстрованого вітру не перевищувала 400 км на годину, а максимальна швидкість винищувача F-22 Raptor становить 2160 км/год. Отже, Нептун — це планета, де найсучасніший надзвуковий винищувач на максимальній потужності летітиме хвостом уперед.

Однак навіть із сучасним рівнем розвитку астрономії, Нептун і досі не дає спокою вченим. В яких умовах сформувалась ця планета, донині лишається для нас загадкою.
Більшість планет та астероїдів були утворені методом акрЕції. Це налипання матерії на відносно важке ядро під дією сили тяжіння. Усі планети формувалися 4.5 мільярди років тому, коли Сонячна система була ще величезною хмарою пилу та газу.

Формування планет-гігантів, на кшталт Юпітера чи Нептуна триває кілька мільйонів років. Планети могли би бути значно більшими, але більша частина газу та пилу викидається за межі системи сонячним вітром. Як показало сучасне моделювання, Нептун не міг утворитися методом акрЕції, адже густина пилу та газу в зовнішній частині Сонячної системи є занадто низькою для цього. Наразі є кілька теорій щодо формування Нептуна.

Одна з теорій стверджує, що ядро планети могло сформуватися від скупчення пилу. Це дуже швидкий тип формування планет, що триває кілька тисяч років замість кількох мільйонів. Після цього відбувається захоплення легких газів, як-от водень чи гелій. Саме з них і формується атмосфера новоствореної планети. Інша теорія полягає в тому, що Нептун сформувався в тій же ділянці, де й Земля, але згодом мігрував на зовнішню орбіту. Причиною цього міг стати гравітаційний вплив через орбітальний резонанс інших масивних планет. Так, гравітація Юпітера та Сатурна створила гравітаційний хаос, який виштовхнув Нептун та Уран на зовнішню орбіту Сонячної системи.

Ще одну теорію висунули 2012 року шведські вчені. Вони припустили, що Нептун сформувався з крихітних камінців, які захоплювалися масивним ядром із планетезималі.

Планетезима́ль — це нагромадження астероїдів та інших об’єктів один на одного. Велика планета, наближаючись до цього нагромадження, могла захоплювати звідти каміння, натомість основна маса планетозимАлі вилітала геть із гравітаційного впливу планети. Нептун має безліч загадок, він оповитий багатьма міфами, і не раз згадувався в науково-фантастичних романах.

У романі The Star Герберта Велса Нептун зіткнувся з іншим масивним об’єктом, унаслідок чого впав на Сонце, ледь не знищивши при цьому Землю. Олаф Степлдон у творі Last and First Men (Перші та останні люди) описує Нептун як домівку високорозвиненої людської раси. Як бачите, Нептун і досі має безліч загадок, а отже, на нас чекає багато цікавих відкриттів. Що ви пам’ятаєте зі шкільного курсу про Нептун? Розкажіть у коментарях.