 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
НЕПТУНВика Воробьева
Нептун - восьмая и последняя "настоящая" планета Солнечной системы. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 30 а.е. и делает один оборот за 164,8 лет. С такого расстояния Солнце кажется не диском, как с Земли, а яркой звездой. Освещенность, создаваемая этой звездой на орбите Нептуна, почти в 900 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на Земле, но в 525 раз превышает освещенность, создаваемую на Земле полной Луной. Нептун - планета, погруженная в вечные сумерки.
Масса Нептуна составляет 17,15 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность (1,64 г/куб.см) всего в полтора раза больше плотности воды. Нептун входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер, Сатурн и Уран. Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15-20% от их полной массы. Иногда эти две планеты называют малыми, или ледяными, гигантами Солнечной системы.
Подобно остальным планетам-гигантам, Нептун быстро вращается. Он делает один оборот за 16,11 часа. Этот период соответствует вращению планеты как целого, в то время как экваториальная зона вращается медленнее, а приполярные зоны - быстрее этого периода. Скорость ветров на Нептуне достигает 300 м/сек. Эффективная температура планеты составляет всего 59К (-214С). Однако на таком расстоянии от Солнца эта температура должна была быть еще ниже (около 45К). Нептун, в отличие от Урана, имеет внутренний источник тепла неизвестной природы и излучает в пространство в 2,7 раза больше энергии, чем получает от Солнца.
Плоскость экватора Нептуна наклонена к плоскости его орбиты на 29,8 градусов (для Земли эта величина составляет 23,45 градуса), так что на Нептуне тоже происходит смена времен года. Однако каждый из сезонов длится больше 40 земных лет. Со времени своего открытия в 1846 году Нептун еще не закончил полный оборот вокруг Солнца.Атмосфера Нептуна состоит из водорода (примерно 67%), гелия (31%) и метана (2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также малые примеси веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C2H2, диацетилен C4H2, этилен C2H4 и этан C2H6, а также угарный газ CO и молекулярный азот N2. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает диску Нептуна глубокий синий цвет.
Основной слой облаков расположен на уровне давления около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода H2S, возможно, с небольшой примесью аммиака NH3. Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Выше основного слоя, в холодной прозрачной атмосфере конденсируются редкие белые облака из замерзшего метана CH4. Эти белые облака поднимаются на высоту 50-150 км и отбрасывают тени на основной облачный покров, как это видно на снимках Вояджера-2.
Этот снимок Вояджера-2 был получен за 2 часа до его максимального сближения с Нептуном. Высокие облачные ленты из замерзшего метана протянулись вдоль 29 северной широты рядом с восточным терминатором. Солнце освещает планету снизу слева, видны тени метановых облаков, падающие на основной облачный слой.
Разрешение снимка 11 км на пиксель.
Ниже первого слоя облаков, на уровне давления около 20 атмосфер и температуры около 200К (-70С), расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4SH. Еще глубже расположены облака из водяного льда.
Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Нептуна составляет 50К (-223С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 - 10-7 атмосфер при температуре 160К (-110С) расположена мезопауза - область постоянной температуры, выше которой простирается термосфера. Температура термосферы достигает 750К.
Температурные профили атмосферы Нептуна.
На верхнем графике отражен температурный профиль верхней атмосферы Нептуна: стратосфера, область мезопаузы и термосфера. На уровне, соответствующем давлению 1-10 миллибар, конденсируются продукты фотолиза метана, ацетилен и этан, образуя тонкую надоблачную дымку.
На нижнем графике отражены более глубокие слои атмосферы Нептуна: тропосфера и стратосфера. Видна тропопауза на уровне 0,1 атмосферы и устойчивый рост температуры с глубиной. На уровне около 1 атм. конденсируются облака из замерзшего метана.
Эти данные были получены путем радиопросвечивания атмосферы Нептуна Вояджером-2, когда космический аппарат с точки зрения земного наблюдателя проходил за планетой. График, помеченный словом "вход", отражает температурный профиль при заходе Вояджера-2 за Нептун, график, помеченный словом "выход", отражает данные при выходе аппарата из-за Нептуна.
Нептун - планета самых быстрых ветров в Солнечной системе. В высоких широтах ветер дует в направлении вращения планеты, на 70-й южной широте была измерена самая высокая скорость ветра - 300 м/сек. В низких широтах ветер дует параллельно экватору в обратном направлении, его скорость составляет около 100 м/сек.
Наиболее заметная структура в южном полушарии, обнаруженная "Вояджером- 2", была названа Большим темным пятном. Эта обширная циклоническая система по размерам в два раза меньше, чем Большое Красное Пятно Юпитера (т.е. примерно с Землю). Располагаясь на 20њ к югу от экватора, оно вращалось против часовой стрелки с периодом около 16 дней.
К 1994 году оно исчезло, но космический телескоп им. Хаббла обнаружил новое темное пятно в северном полушарии. Согласно современным представлениям, темные пятна в атмосфере Нептуна - дыры в первом слое облаков, позволяющие увидеть более глубокие облачные слои. Отдельные белые перистые облака в тропосфере Нептуна быстро изменяются, часто образуясь и исчезая всего за несколько часов.
Магнитное поле Нептуна и Урана заметно отличается от магнитного поля Земли, Юпитера и Сатурна. Если магнитное поле Земли и ближайших планет-гигантов вызвано конвекцией в жидком ядре планеты и является дипольным по своей структуре (имеет один северный и один южный полюс), то магнитное поле Нептуна вызвано конвекцией в водно-амимиачной мантии планеты. Если описывать реальное магнитное поле Нептуна как дипольное, то окажется, что магнитная ось диполя смещена от центра планеты на 0,55 радиуса и наклонена на 47 градусов к оси вращения. Так как ось вращения планеты сама наклонена почти на 30 градусов, магнитная ось описывает конус почти в 77 градусов в течение каждого оборота планеты, и магнитосфера поворачивается к потокам солнечного ветра то "боком", то "макушкой".
Еще лучше магнитное поле Нептуна описывается как квадрупольное (т.е. имеющее два южных и два северных полюса).
Напряженность магнитного поля на поверхности планеты меняется примерно от 0,1 до 1 Гаусса.Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Нептун имеет систему колец. Наличие колец у Нептуна было заподозрено в 1984 и 1985 годах при анализе наблюдений покрытия Нептуном далеких звезд. Снимки "Вояджера-2" подтвердили их наличие. Всего известно 5 колец: два ярких и три более слабых. Самое внешнее и яркое называется кольцом Адамса, оно расположено на расстоянии 63 тыс.км от центра Нептуна, его ширина всего около 50 км. Яркость этого кольца неравномерна: на тонком "ободке" лежат три яркие дуги протяженностью от 1000 до 10000 км, называемые "Свобода", "Равенство" и "Братство". На расстоянии 53 тыс.км от центра Нептуна лежит кольцо Леверье шириной около 100 км, еще ближе (на расстоянии 42 тыс. км) - размытое кольцо Галле. Еще одно слабое безымянное кольцо шириной около 500 км проходит по орбите Галатеи и, возможно, состоит из вещества, выбитого из ее поверхности.
Альбедо всех колец очень низкое (меньше 10%). Кольца не отражают радиоволны и выглядят значительно ярче в рассеянном, нежели в отраженном свете, а значит, состоят преимущественно из мелких пылевых частиц.
На данный момент у Нептуна известно 13 спутников. Спутники Нептуна можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, Протеус, вторая - Тритон и Нереида, и третья - 5 внешних спутников S/2002 N1, S/2002 N2, S/2002 N3, S/2002 N4, S/2003 N1.
Все внутренние спутники Нептуна - темные (альбедо менее 10%) глыбы неправильной формы размером 100-200 км, вращающиеся в прямом направлении по круговым орбитам практически в плоскости экватора Нептуна. Галатея и Деспина находятся в области колец и, возможно, являются источником материала, пополняющего кольца. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов, и только самый крупный из внутренних спутников, Протеус, делает один оборот за 1,12 суток.
Тритон - самый крупный спутник Нептуна и один из крупнейших спутников в Солнечной системе. Его диаметр составляет 2707 км, по размерам он больше Плутона. Он вращается вокруг Нептуна в обратном направлении по круговой орбите, наклоненной к экватору планеты на 23 градуса, и делает один оборот примерно за 6 дней. Совершенно очевидно, что Тритон не мог образоваться вместе с Нептуном из протопланетного облака и, вероятнее всего, является телом, захваченным из пояса Койпера. Под действием приливных сил он медленно приближается к планете и, в конце концов, упадет на Нептун или будет разорван приливными силами в роскошное яркое кольцо. Поверхность Тритона очень холодная (температура поверхности 37К), яркая (альбедо 76%) и в геологическом смысле молодая (т.е. почти лишенная ударных кратеров). Тритон покрыт азотным инеем и имеет разреженную атмосферу из азота.
Нереида - еще один реликт давнего катастрофического события в системе Нептуна, когда был захвачен Тритон и потеряны спутники, вращавшиеся на расстоянии нескольких сотен тысяч километров от планеты. Эксцентриситет ее орбиты превышает 0,75, это самый высокий эксцентриситет у планет и спутников в Солнечной системе. Она облетает Нептун за 360 суток - всего на 5 дней меньше земного года! Ее альбедо выше, чем альбедо внутренних спутников, но значительно меньше альбедо Тритона.
Пять еще безымянных спутников вращаются на самом краю системы Нептуна на расстоянии в десятки миллионов километров от планеты. Судя по эксцентричным орбитам, сильному наклону к плоскости экватора и (у самых дальних спутников) обратному движению эти небольшие темные глыбы являются захваченными объектами пояса Койпера аналогично внешним спутникам Юпитера. Самый удаленный из них делает один оборот вокруг Нептуна за 25 лет!Источники:
1. The atmospheres of Uranus and Neptune
2. Pressure-Temperature Profiles
3. Uranus and Neptune share magnetic secrets
4. Информационный справочник по планетам Солнечной системы, куратор В.С.Уральская
5. М.Я. Маров, "Планеты Солнечной системы", Москва, 1986.
