Neptun

Neptun jest bogiem wody, chmur i deszczu, potężnym rzymskim odpowiednikiem greckiego Posejdona, wnukiem Uranosa, synem Saturna, bratem Jowisza i Plutona. Swoje święto – neptunalia, obchodzi 23 lipca. To również planetarny bliźniak Urana. Jego kraina jest ostatnia spośród pozostałych w Układzie Słonecznym kosmicznych królestw.

Charakterystyka fizyczna planety

Neptun jest ostatnią planetą w Układzie Słonecznym, czyli ósmą w kolejności od Słońca. Oddalony jest od naszej gwiazdy ponad 30 razy bardziej niż Ziemia. Dystans ten sprawia, że to jedyna planeta naszego układu, której nie zobaczymy z Ziemi gołym okiem. Na wysokości, gdzie ciśnienie atmosferyczne bliskie jest ciśnieniu ziemskiemu (1000 hPa), jego promień równikowy ma długość równą około 24 764 km. Czyni to tę planetę najmniejszą spośród gazowych olbrzymów Układu Słonecznego. 

Masa Neptuna jest około 17 razy większa od masy Ziemi. Oznacza to, że pomimo mniejszych od swego brata Urana rozmiarów, ma większą gęstość, która wynosi 1638 kg/m³. Z tego powodu jest również najgęstszą planetą spośród naszych gazowych olbrzymów. 

Wielkości fizyczne charakteryzujące Neptuna w porównaniu z Ziemią (planetą skalistą), Jowiszem (gazowym olbrzymem) i Uranem (jego planetarnym bliźniakiem)

Neptuna, podobnie jak Urana, można sklasyfikować jako lodowego olbrzyma, w którym nie da się jednoznacznie wskazać powierzchni. Jego zewnętrzna atmosfera składa się głównie z wodoru (ok. 80%) i helu (ok. 18%), z niewielką domieszką metanu (2%). Metan tworzy chmury, a im bliżej powierzchni planety, tym jego stężenie jest wyższe. W wewnętrznej części atmosfery oprócz wspomnianego metanu występuje również etan, acetylen, śladowe ilości tlenku węgla i cyjanowodoru. 

W przeciwieństwie do Urana obserwowany kolor Neptuna jest bardziej niebieski i intensywny. Może to świadczyć o istnieniu składnika jego atmosfery, którego nie możemy zidentyfikować.

Płaszcz planety to głównie lód, zamrożony metan i amoniak, które ze względu na panujące tam ciśnienie zachowują się jak ciecz i mogą przewodzić prąd. W wyniku obrotu planety wokół własnej osi ciecze te wytwarzają pole magnetyczne. 

Przewiduje się, że najgłębiej leży skalisty rdzeń rozmiarów Ziemi, w skład którego wchodzić mogą skały z amoniaku, metanu i lodu. Ponadto panujące tam ciśnienie może być na tyle duże, by w tym miejscu powstały tlen, węgiel w postaci diamentu, hel, azot i wodór.

Ryc. 1. Schemat budowy Neptuna: 1 – górna atmosfera, 2 – wewnętrzna atmosfera, 3 – płaszcz, 4 – jądro

Pierwszą osobą, która zaobserwowała Neptuna, był Galileusz. Ponieważ jednak Neptun poruszał się zbyt wolno, naukowiec założył, że ma do czynienia z gwiazdą. Dopiero około dwieście lat później francuski astronom Le Verrier, badając zakłócenia w ruchu Urana, przewidział metodami matematycznymi istnienie kolejnej planety w Układzie Słonecznym. Pierwsze świadome obserwacje potwierdzające istnienie tej planety przeprowadził 23 września 1846 r. Johann Gottfried Galle.

Urbain Jean Joseph Le Verrier urodził się 11 marca 1811 r. w Normandii, a zmarł 23 września 1877 r. w Paryżu. Był francuskim matematykiem i astronomem. Przewidział istnienie Neptuna oraz badał ruch peryhelium w orbicie Merkurego.

Ryc. 2. Urbain Jean Joseph Le Verrier

Johann Gottfried Galle urodził się 9 czerwca 1812 r. w Radis, a zmarł 10 lipca 1910 r. w Poczdamie. Był niemieckim astronomem, który jako pierwszy dokonał świadomej obserwacji Neptuna. Pracował przez ponad 45 lat w obserwatorium we Wrocławiu. Prowadził badania nad deszczem meteorytów, który w 1868 r. spadł koło Pułtuska.

Ryc. 3. Johann Gottfried Galle

Dzień i rok na Neptunie

Neptun, który znajduje się najdalej od Słońca, ma stosunkowo duży promień orbity, po jakiej się porusza, i małą szybkość orbitalną. W wyniku tego rok na tej planecie trwa około 165 lat ziemskich, a dzień tylko 16 godzin. Zatem jeden rok na Neptunie odpowiada 90 337 dobom słonecznym tej planety. Oś obrotu Neptuna nachylona jest pod kątem około 28^o do płaszczyzny jego orbity wokół Słońca, co jest bliskie pochyleniom Ziemi i Marsa. Dzięki temu Neptun doświadcza pór roku tak samo jak Ziemia. Ponieważ jego rok jest bardzo długi, to jedna pora roku trwa tam ponad 40 lat ziemskich.

Ryc. 4. Osie obrotu planet Układu Słonecznego

Konsekwencją ruchu obrotowego planet jest występowanie strefy stałych wiatrów. W przypadku Neptuna, ogromnej planety, na której dzień jest krótki, prędkości tych wiatrów osiągają wartości ponaddźwiękowe i wynoszą nawet 2300 km/h. 

Bardzo charakterystycznym punktem tej planety była Wielka Ciemna Plama, przypominająca Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu. Odkryto ją w czasie misji sondy Voyager 2 w 1989 r. Miała eliptyczny kształt i wielkość porównywalną z wielkością Ziemi. Był to ogromny cyklon przesuwający się z północy na południe Neptuna. Niestety zdjęcia wykonane teleskopem Hubble’a w 1994 r. wykazały, że zjawisko to całkowicie zanikło albo zostało zakryte przez metanowe chmury.

Ryc. 5. Wielka Ciemna Plama na Neptunie. Zdjęcie wykonane przez sondę Voyager 2.

Jedyna misja kosmiczna, która dotarła w okolice Neptuna – sonda Voyager 2 – wykazała, że posiada on pole magnetyczne, które jest około 25 razy silniejsze niż ziemskie. Ponadto oś pola magnetycznego nachylona jest pod kątem 47º w stosunku do osi obrotu planety. Podobnie jak pole ziemskie, pole magnetyczne Neptuna można w przybliżeniu przedstawić jako magnes sztabkowy. W pobliżu biegunów magnetycznych Neptuna, analogicznie jak na Ziemi, naładowane cząstki w magnetosferze mogą przemieszczać się wzdłuż linii pola magnetycznego do atmosfery. Gdy zderzają się z gazami, które się w niej znajdują, powodują ich fluorescencję, czyli zjawisko zorzy polarnej. 

Ryc. 6. Osie pola magnetycznego i osie obrotu planet w Układzie Słonecznym

Pierścienie Neptuna

W połowie lat 80. XX w. ustalono, że Neptun posiada system pierścieni. Nazwano je na cześć naukowców, którzy prowadzili obserwacje związane z tą planetą. Do dziś zaobserwowano pięć głównych pierścieni i cztery charakterystyczne łuki znajdujące się w pierścieniu Adamsa. W przeciwieństwie do pierścieni Saturna łuki ulegają widocznym zmianom i formują się w większe bądź mniejsze skupiska materii w wyniku oddziaływania z Galateą (księżycem Neptuna). Pierścienie nazwano Liberté (Wolność), Égalité (Równość), Fraternité (Braterstwo) i Courage (Odwaga). Pierwsze trzy nazwy łuków pochodzą od motta Republiki Francuskiej. Pierścienie składają się głównie z pyłu i maleńkich kamieni. Naukowcy uważają, że są one stosunkowo młode w porównaniu z wiekiem planety i najprawdopodobniej powstały, gdy jeden z księżyców Neptuna został zniszczony. Podobnie jak pierścienie Jowisza są słabo widoczne, dlatego często nie zamieszcza się ich na grafikach przedstawiających tę planetę. Najbardziej wewnętrzny – Pierścień Galle, ma dużą szerokość w odniesieniu do kolejnych pierścieni Le Verriera. Następnie mamy najszerszy z nich, czyli Pierścień Lassella, a na końcu dwa wąskie pierścienie Arago i Adamsa.

Ryc. 7. Schemat pierścieni Neptuna

Zestawienie pierścieni Neptuna

Księżyce Neptuna

Aktualnie znamy 14 księżyców Neptuna, których nazwy związane są z greckimi bóstwami wodnymi. Są one zróżnicowane pod kątem budowy, rozmiarów i odległości od planety. Ponadto dwa z nich krążą pomiędzy pierścieniami tej planety (Najada i Talassa), a dwa inne obiegają Neptuna wewnątrz pierścieni (Despina i Galatea). Zakłada się, że oddziałują one grawitacyjnie z cząsteczkami pierścieni, co zapobiega ich ucieczce z pierścieni. 

Zanim w kierunku planety udała się sonda Voyager 2, znane były tylko dwa księżyce: Tryton i Nereida. Dzięki misji kosmicznej poznaliśmy kolejne sześć naturalnych satelitów tego gazowego olbrzyma: Proteusza, Larissę, Galateę, Despinę, Talassę i Najadę. Podczas obserwacji Neptuna z Ziemi udało się odkryć jeszcze pięć maleńkich księżyców: Halimede, Neso, Sao, Laomedeę i Psamathe. Najmniejszy i ostatni ze znanych obecnie, Hippokamp, zaobserwowano za pomocą teleskopu Hubble’a.

Ryc. 8. Neptun razem z niektórymi księżycami

Największego z naturalnych satelitów Neptuna – Trytona, odkrył 10 października 1846 r. William Lassel już 17 dni po odkryciu planety przez Galla. Księżyc ten okrąża Neptuna w kierunku przeciwnym do obrotu planety, co sugeruje, że mógł niegdyś być niezależnym obiektem (prawdopodobnie planetą karłowatą) przechwyconym przez pole grawitacyjne Neptuna. W swojej budowie podobny jest do Plutona.

Drugi co do wielkości – Proteusz, odkryty przez sondę Voyager 2, ma kształt nieregularnego wielościanu, co czyni go największą nieforemną bryłą w kosmosie. Powierzchnia tego księżyca jest pokryta licznymi kraterami, a największy z nich, o średnicy prawie 250 km, otrzymał nazwę Faros (od latarni morskiej w Aleksandrii). Naukowcy przypuszczają, że uderzenie, które spowodowało pojawienie się tego krateru, doprowadziło również do powstania najmniejszego z księżyców Neptuna, czyli Hippokampa. Pięć pozostałych satelitów odkrytych przez misję kosmiczną krąży wokół Neptuna w czasie krótszym niż doba słoneczna na tej planecie. 

Nereida, trzeci co do wielkości księżyc Neptuna, została odkryta 1 maja 1949 r. przez Gerarda Kupera za pomocą teleskopu znajdującego się w Obserwatorium McDonalda (Teksas w Stanach Zjednoczonych). Jej orbita ma kształt rozciągniętej elipsy, przez co odległość tego księżyca od Neptuna zmienia się od 1,37 mln km (półoś mała orbity) do  9,65 mln km (półoś wielka orbity).

Wielkość pozostałych księżyców Neptuna nie przekracza 210 km, czyli są one mniejsze niż odległość pomiędzy Krakowem a Warszawą. 

Zestawienie księżyców Neptuna

Ciekawostki o Neptunie

Ze względu na ogromną odległość Neptuna od Słońca i Ziemi oraz jego gęstą atmosferę trudno jest zbadać tę planetę. Dzięki swojej tajemniczości stała się częstym bohaterem książek, komiksów i filmów fantastycznonaukowych. Podobnie jak w przypadku Urana na cześć tej planety nazwano odkryty w 1940 r. pierwiastek chemiczny. Jeżeli spojrzymy na tablicę Mendelejewa, to dostrzeżemy, że Ci planetarni bliźniacy są również sąsiadami w układzie okresowym pierwiastków. Zabawny jest fakt, że Ziemia nazywana jest błękitną planetą, kiedy tak naprawdę spośród wszystkich planet naszego układu to Neptun ma odcień wpadający w ten kolor. 

W ten oto sposób poznaliśmy ostatnią planetę naszego Układu Słonecznego, a tym samym zakończyliśmy cykl artykułów o planetach. Jeżeli chcesz przypomnieć sobie wcześniejsze artykuły, sprawdź:

• Merkury
• Wenus
• Ziemia
• Mars
• Jowisz
• Saturn
• Uran
• Pluton

Materiały źródłowe