Самая далекая планета от Солнца, которую невозможно увидеть невооруженным глазом с Земли, была открыта 23 сентября 1846 года благодаря математическому предсказанию
Если вообразить себе фантастический фильм, в котором человек попадает на Нептун, то глазам такого космического путешественника предстала бы довольно страшная и унылая картина, рассказывает научный сотрудник отдела физики планет Института космических исследований РАН Дмитрий Горинов.
"Это были бы бесконечные облака, мрак, туман, очень сильный ветер, полное отсутствие любых ориентиров, совершенно непонятно, где низ, а где верх, нет опоры, нет поверхности. Планеты-гиганты — такие "невозможные миры" для человека", — поясняет астроном.
История открытия
Нептун был первой планетой, обнаруженной с помощью математических расчетов, рассказывает Горинов. Это небесное тело в телескоп с Земли наблюдал еще Галилео Галилей в декабре 1612 года, однако он принял Нептун за звезду.
В 1846 году французский астроном Урбен Леверье анализировал движение Урана — последней на тот момент планеты, известной в Солнечной системе, и понял, что объяснить его неравномерное движение по своей орбите поможет версия о массивном объекте, периодически влияющем на Уран.
Леверье вычислил местоположение неизвестной доселе планеты, открытой, по выражению астронома Франсуа Араго, "на кончике пера", и сообщил о своих подсчетах немецкому астроному Иоганну Готтфриду Галле. Вскоре из Берлинской обсерватории был обнаружен объект, который соответствовал предсказаниям.
Стоит отметить, что до Леверье существование неизвестной планеты вычислил британский математик и астроном Джон Адамс. Он передал свои записи директору Кембриджской обсерватории Джорджу Эйри, но тот не уделил должного внимания рассуждениям молодого ученого.
Что мы знаем о Нептуне
Это восьмая и самая дальняя от Солнца планета Солнечной системы, после того как Плутон, находящийся еще дальше, утвердили в статусе карликовой планеты.
Нептун относится к планетам-гигантам: его радиус в 3,9 раза больше радиуса Земли, а масса — в 17,2 раза. Нептун входит в тройку планет-тяжеловесов Солнечной системы.
Как самая отдаленная планета от Солнца, Нептун движется по самой длинной орбите, совершая оборот вокруг звезды за 164,79 земного года, — с момента, как земляне узнали о его существовании, на Нептуне прошел всего один год с небольшим. При этом один день там длится всего около 16 земных часов.
"Почему так происходит — вопрос хороший. У всех планет-гигантов короткие "дни". Возможно, такое быстрое вращение сообщилось им уже на этапе формирования. Поскольку планеты-гиганты могли сильно сжаться в размере на ранних стадиях эволюции, это также могло увеличить скорость вращения", — рассуждает Горинов.
Загадкой является не только быстрое вращение, но и разогрев столь массивной планеты — находясь от Солнца на расстоянии 4,5 млрд км, Нептун излучает в 2,61 раза больше тепла, чем получает его от Солнца.
Солнечный свет идет до Нептуна примерно 4 часа (до Земли — 8 минут), напоминает Горинов. Однако что-то внутри этого ледяного гиганта "подогревает" его недра до 5000 К. "Адекватной модели теплового баланса планет-гигантов у ученых пока нет", — отмечает Горинов.
Горячее сердце ледяного гиганта
Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода и гелия в пропорции 4 к 1 с небольшой примесью (1,5%) метана, который, как считается, и придает планете темно-синий оттенок.
В верхних слоях атмосферы температура близка к −220 градусам Цельсия — это одно из самых "холодных" мест в Солнечной системе, а также самое "ветреное" — здесь непрерывно бушуют самые сильные шторма среди планет Солнечной системы (их скорость может достигать 600 м/с).
Общая глубина нептунианской атмосферы составляет 3–5 тыс. км, и постепенно она переходит в очень плотный и горячий "океан" из жидкого метана, воды и аммиака. Это и есть мантия планеты, окружающая ядро. Ее называют ледяной, хотя на самом деле она необыкновенно горяча.
При колоссальном давлении около 100 тыс. атмосфер, которое, как полагают, есть в глубинах Нептуна, смесь воды, метана и аммиака может замерзать даже при очень высоких температурах от 2000 К до 5000 К.
На долю ледяной мантии может приходиться до 70% массы планеты, основная ее часть — вода. Под ней находится твердое ядро, состоящее из силикатов, никеля и железа — примерно в 1,2 раза больше Земли, — которое составляет до четверти массы Нептуна.
Алмазные дожди Нептуна и вода с комет
Источник внутреннего тепла Нептуна пока остается загадкой. Дмитрий Горинов привел в пример две теории — "алмазную" и "водородную", — которые пытаются объяснить этот внутренний нагрев.
Первая состоит в том, что под очень высоким давлением в недрах Нептуна метан расщепляется на углерод и водород. "Этот углерод собирается под давлением в алмазы, они падают в виде осадков вниз, и этот процесс приводит к выделению тепла в верхние слои атмосферы", — отмечает Горинов.
Согласно же "водородной" теории, за высокую температуру отвечает параводород, который лучше удерживает тепло.
"Два атома в одной молекуле водорода могут иметь разные спины (одна из квантовых характеристик — прим. ТАСС) электронов. Они могут быть сонаправленные и разнонаправленные. Это так называемый ортоводород и параводород", — рассказывает ученый.
При земных температурах эти два водорода ведут себя совершенно одинаково, но при низких нептунианских — начинают по-разному накапливать и удерживать энергию.
Доподлинно неизвестно, почему на планете больше именно параводорода. "Может быть, это из-за того, что на Нептуне больше воды с попадающих на него комет", — рассуждает Горинов.
Сколько лететь до Нептуна
В истории космических исследований только "Вояджер-2" посетил Нептун. Он был запущен в 1977 году, а достиг ледяного гиганта в августе 1989 года, пролетев на расстоянии около 4,8 тыс. км над его северным полюсом.
"Расстояние от Солнца до Нептуна где-то в 30 раз больше, чем до Земли. Но, естественно, положение планет меняется. У "Вояджера-2" был сложный перелет через Юпитер, Сатурн и Уран. Больше 10 лет он туда добирался, и это был очень удачный маршрут", — отмечает Горинов.
Если лететь к Нептуну, то обязательно необходимо делать это не напрямую, а через другие планеты, потому что они помогут в осуществлении гравитационных маневров гипотетической нептунианской миссии и помогут немного "ускорить" такой аппарат. Однако его полет все равно займет не менее 10 лет.
В 1989 году "Вояджер-2" изучил атмосферу и магнитосферу планеты и сделал снимки ледяного гиганта, которыми наука пользуется до сих пор. "Это фундаментальная наука, чрезвычайно интересная для понимания устройства мироздания, но ожидаемая практическая польза от миссии пока не перевешивает ее высокой стоимости. Остается надеяться лишь на развитие наземных и околоземных телескопов", — отмечает Горинов.
Кольца и спутники
Нептун уникален тем, что у него есть не только кольца, но и дуги (или арки), где вещество распределяется словно по пунктирным линиям.
Система колец Нептуна содержит два узких кольца Адамса и Леверье, широкое кольцо Галле и второе широкое кольцо Лассела. Оно ограничено с внешней стороны кольцом Араго на расстоянии 57 тыс. км.
Внешнее кольцо Адамса содержит три дуги или арки, получившие названия Liberty, Equality и Fraternity (Свобода, Равенство и Братство).
Кольца Нептуна удалось четко рассмотреть лишь в 2022 году с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" в инфракрасном диапазоне. Впервые их заснял "Вояджер-2", но они были плохо различимы.
У Нептуна 16 спутников, большинство из которых названы в честь водных божеств и существ из греческой мифологии: Тритон, Нереида, Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, Протей, Галимеда, Несо, Сао, Лаомедея, Псамафа, Гиппокамп.
Первым открытым спутником стал Тритон — его обнаружил Уильям Лассел через 17 дней после открытия самого гиганта. А последней в 2013 году была открыта маленькая луна под названием Гиппокамп.
В 2021 году астроном Скотт С. Шеппард и его команда обнаружили два дополнительных нерегулярных спутника гиганта, получивших предварительные и менее поэтичные названия — S/2021 N 1 и S/2002 N 5. Об открытии было официально объявлено в 2024 году.
Необычный Тритон
Самый большой спутник Нептуна — Тритон. В Солнечной системе это единственный крупный спутник с ретроградным (противоположным движению Нептуна) движением по орбите.
В том числе и поэтому считается, что Нептун некогда захватил Тритон из пояса Койпера (похож на пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера, но в 20 раз шире) за нептунианской орбитой.
Тритон имеет разреженную азотную атмосферу. Температура на нем достигает –235 градусов Цельсия.
Там есть скалы и кратеры, а также темные полосы вулканического происхождения. На снимках "Вояджера-2" видны голубой лед из замерзшего метана на экваторе и азотный лед на южной полярной шапке, из которой на высоту в несколько километров бьют гейзеры.
Считается, что Нептун постепенно притягивает Тритон к себе и примерно через 3,6 млрд лет своей гравитацией разорвет его на части. Тогда обломки Тритона либо упадут на Нептун, либо распределятся по орбите, и тогда у Нептуна появится новая система колец — ярче, чем у Сатурна.
По информации https://tass.ru/kosmos/28139633
Обозрение "Terra & Comp".
