Атмосфера нептуна: В атмосфере Нептуна самый быстрый ветер в Солнечной системе

Состав атмосферы Нептуна. Общие сведения о планете Нептун

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.

Телескоп ESO регистрирует неожиданные изменения температуры Нептуна

eso2206ru — Научный релиз

11 апреля 2022 г.

На протяжении 17 лет международная группа астрономов отслеживает температуру атмосферы Нептуна при помощи наземных телескопов, в том числе Очень Большого телескопа Европейской Южной обсерватории (VLT ESO). Обнаружено внезапное падение глобальной температуры, за которым последовало резкое потепление в районе южного полюса планеты.

“Это случилось совершенно неожиданно”, – говорит Майкл Роман (Michael Roman), постдок Лестерского университета в Великобритании, главный автор статьи, публикуемой сегодня в The Planetary Science Journal. “Так как мы наблюдали Нептун, когда в его южном полушарии начиналось лето, мы ожидали, что температура будет медленно расти, а не падать.”

На Нептуне, как и на Земле, в процессе его обращения по орбите вокруг Солнца меняются времена года. Однако, каждое время года на Нептуне длится около 40 земных лет – ведь продолжительность одного нептунианского года составляет 165 земных. С 2005 года в южном полушарии Нептуна стоит лето, и астрономы с интересом наблюдали за тем, как менялась температура планеты после летнего солнцестояния.

За 17 лет наблюдений было получено почти сто тепловых инфракрасных изображений Нептуна, сопоставление которых позволило более детально, чем когда-либо, выявить общие тренды в изменении температур на планете.

Данные показали, что, несмотря на наступление лета в южном полушарии, последние два десятилетия на большей части планеты постепенно холодало. Между 2003 и 2018 годами глобальная средняя температура Нептуна упала на 8°C. 

Затем в течение двух последних лет наблюдений астрономы неожиданно зарегистрировали резкое потепление в районе южного полюса Нептуна – между 2018 and 2020 гг. температура быстро поднялась на 11°C. Хотя о существовании тёплого околополярного циклона на Нептуне известно уже много лет, прежде на полюсе планеты никогда не наблюдалось столь быстрого потепления.

“Наши данные покрывают менее половины нептунианского лета, поэтому никто не ожидал увидеть столь сильных и быстрых изменений”, – говорит соавтор работы Гленн Ортон (Glenn Orton), ведущий научный сотрудник Лаборатории реактивного движения Калтеха (JPL) в США.

Астрономы измеряли температуру Нептуна при помощи тепловизоров, регистрирующих инфракрасное тепловое излучение астрономических объектов. Для анализа данных группа объединила все существующие изображения Нептуна, полученные с наземными телескопами за последние двадцать лет. Учёные исследовали инфракрасное излучение слоя атмосферы Нептуна, называемого стратосферой. Это позволило группе построить картину температуры Нептуна и её изменений в течение части лета в южном полушарии планеты.

Так как Нептун удалён от Солнца примерно на 4.5 миллиарда километров, на нём очень холодно: средняя температура достигает примерно –220°C. Измерить такую температуру с Земли – непростая задача. “Эти исследования возможны только с высокочувствительными инфракрасными камерами, установленными на больших телескопах, таких, как VLT, способных получать чёткие изображения планеты – а этими инструментами мы располагаем всего около двадцати лет”, – говорит соавтор работы Ли Флетчер (Leigh Fletcher), профессор Лестерского университета.

Примерно треть всех полученных снимков сделана при помощи камеры прямых снимков и спектрометра среднего инфракрасного диапазона VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed) на телескопе ESO VLT в чилийской пустыне Атакама. Благодаря большому размеру главного зеркала телескопа и высоте, на которой он установлен, полученные данные имеют очень высокое качество и разрешение. Это наиболее чёткие изображения Нептуна. Группа также воспользовалась данными Космического телескопа Спитцера (NASA) и снимками, сделанными телескопом Gemini South в Чили, а также телескопами «Субару», Кека и Gemini North, установленными на Гавайских островах. 

Изменения температуры на Нептуне оказались совершенно неожиданными, и астрономы пока не знают, что могло их вызвать. Их причиной могли быть химические процессы в стратосфере Нептуна, случайные погодные изменения, или даже солнечный цикл. Чтобы выяснить причину температурных колебаний, в ближайшие годы понадобятся новые наблюдения. Наземные телескопы будущего, такие, как Чрезвычайно Большой телескоп ESO (ELT), смогут наблюдать подобные температурные изменения в больших подробностях, а Космический телескоп Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA позволит построить новые детальные химические и температурные карты атмосферы Нептуна.

“Думаю, Нептун кажется многим таким загадочным потому, что мы всё ещё так мало о нём знаем”, – говорит Роман. “Наши данные указывают на то, что атмосфера Нептуна и её изменения сложнее, чем мы себе представляем.”

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Sub-Seasonal Variation in Neptune’s Mid-Infrared Emission”, которая сегодня публикуется в журнале The Planetary Science Journal (doi:10.3847/PSJ/ac5aa4).

Состав исследовательской группы: M. T. Roman and L. N. Fletcher (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), G. S. Orton (Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, California, USA), T. K. Greathouse (Southwest Research Institute, San Antonio, TX, USA), J. I. Moses (Space Science Institute, Boulder, CO, USA), N. Rowe-Gurney (Department of Physics and Astronomy, Howard University, Washington DC, USA; Astrochemistry Laboratory, NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA; Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA), P. G. J. Irwin (University of Oxford Atmospheric, Oceanic, and Planetary Physics, Department of Physics Clarendon Laboratory, Oxford, UK), A. Antuñano (UPV/EHU, Escuela Ingernieria de Bilbao, Spain), J. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, California, USA), Y. Kasaba (Planetary Plasma and Atmospheric Research Center, Graduate School of Science, Tohoku University, Japan), T. Fujiyoshi (Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan, HI, USA), I. de Pater (Department of Astronomy, University of California at Berkeley, CA, USA), и H. B. Hammel (Association of Universities for Research in Astronomy, Washington DC, USA).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) даёт учёным всего мира возможность раскрывать тайны Вселенной на благо всего человечества. Мы проектируем, строим и эксплуатируем наземные обсерватории мирового уровня – в них астрономы исследуют важнейшие научные проблемы и распространяют в мире интерес к астрономии – а также способствуем международному астрономическому сотрудничеству. Основанная в 1962 году как межгосударственная организация, сегодня ESO объединяет 16 стран-участниц: Австрию, Бельгию, Великобританию, Германию, Данию, Ирландию, Испанию, Италию, Нидерланды, Польшу, Португалию, Финляндию, Францию, Чешскую Республику, Швейцарию и Швецию, а также Чили, предоставившую свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралию, её стратегического партнера. Штаб-квартира ESO, а также Общественный центр и планетарий «ESO Supernova» расположены близ Мюнхена в Германии, а наши телескопы установлены в чилийской пустыне Атакама, великолепном месте с уникальными условиями для наблюдений неба. ESO располагает тремя наблюдательными пунктами: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого телескопа-интерферометра VLTI, и два широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. В качестве участника международного партнёрства ESO эксплуатирует два инструмента миллиметрового и субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: APEX и ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, мы строим Чрезвычайно Большой Телескоп ELT — «величайшее око человечества, устремленное в небо» . Офис ESO в Сантьяго, столице Чили, координирует нашу деятельность в этой стране и наше сотрудничество с чилийскими партнёрами и обществом.

Ссылки

Ссылки

  • Текст научной статьи

  • Фото VLT

  • Узнать больше о Чрезвычайно Большом телескопе ESO

  • Вниманию журналистов: подписывайтесь и получайте наши релизы на вашем языке

  • Вниманию учёных: а вам есть о чём рассказать? Представьте ваши исследования

·        

 

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St. -Petersburg, Russia
Телефон: +7-9112122130
Сотовый: +7-9112122130
Email: [email protected]

Michael Roman
School of Physics and Astronomy, University of Leicester
Leicester, UK
Email: [email protected]

Glenn Orton
Caltech’s Jet Propulsion Laboratory (JPL)
Pasadena, California, US
Email: [email protected]

Leigh Fletcher
School of Physics and Astronomy, University of Leicester
Leicester, UK
Телефон: + 44 (0)116 252 3585
Email: [email protected]

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Сотовый: +49 151 241 664 0
Email: [email protected]

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2206.

Usage of ESO Images, Videos, Web texts and Music
Are you a journalist? Subscribe to the ESO Media Newsletter in your language.

Почему Нептун синий и как пиво помогло найти его самый большой спутник

Нептун — восьмая, самая далекая планета в Солнечной системе (если не брать в расчет гипотетическую планету X, о существовании которой ученые заявили около года назад). Без телескопа Нептун с Земли не видно, поэтому первым его смог наблюдать только Галилей, который видел Нептун в 1612 и 1613 году, но не опознал как планету.

Вообще, до 1781 года, когда был открыт Уран, астрономы считали, что вокруг Солнца обращаются шесть планет: Земля и те пять, что были видны на небосводе еще с древности. Однако после того, как стало понятно, что планет как минимум семь, ученые начали что-то подозревать: расчеты орбиты Урана явно указывали, что за ней есть еще одно массивное тело.

Эти подозрения подкреплялись наблюдением математического характера: в 1766 году Иоганн Тициус заметил, что расстояния известных на тот момент планет от Солнца укладываются в простую закономерность, не хватало только планеты между Марсом и Юпитером.

Поначалу эти расчеты не вызвали особого энтузиазма, однако когда оказалось, что свежеоткрытый Уран тоже укладывается в закономерность Тициуса, а между Марсом и Юпитером нашлась карликовая планета Церера, выкладки Тициуса зауважали. Настолько, что некоторые астрономы даже придумали для планеты за Ураном имя — Офион.

Правда, обнаруженная в 1846 году немецким астрономом Иоганном Галле планета обманула их ожидания, оказавшись слишком близко к Солнцу: 30,1 астрономических единицы против ожидавшихся 38,8. Закономерность Тициуса снова впала в немилость, и даже открытие Плутона почти на нужном расстоянии в 39,5 а.е. ее уже не спасло.

Нельзя не отметить, что открытие Нептуна — заслуга не единственно Галле, обнаружению планеты предшествовал период поисков ее разными учеными, а за открытием последовал еще период споров о том, кого именно следует считать настоящим первооткрывателем.

Визит Нептуну

Долгое время о Нептуне было мало что известно: хоть его и можно разглядеть с Земли в телескоп, но настолько плохо, что все равно толком ничего не было понятно. Однако в середине 1990-х годов — начале 2000-х на Нептун смогли взглянуть космические телескопы — «Хаббл» и «Спитцер», которым не мешала земная атмосфера, и поэтому они лучше видели далекую планету.

Таким Нептун увидел телескоп «Хаббл» в 1995 году. Изображение: Jet Propulsion Laboratory / Massachusetts Institute of Technology

Единственным космическим аппаратом, который видел Нептун вблизи, был «Вояджер-2», пролетевший мимо планеты и ее спутников 24—25 августа 1989 года. При этом Нептун находился в поле его зрения с июня по октябрь этого года, и значительный объем знаний о Нептуне получен именно «Вояджером».

Нептун — это газовый гигант. День на планете длится 16 часов, а год — 165 земных лет. Большая часть планеты состоит из очень плотной и горячей смеси воды, аммиака и метана, а внутри, возможно, находится твердое ядро размером с Землю. Температура в центре планеты — пять-шесть тысяч градусов. Атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана — это из-за него планета такая синяя.

«Вояджер» также подтвердил существование колец у Нептуна, причем у них обнаружились странные утолщения, хотя по всем расчетам такие сгустки пыли должны распределяться по кольцу равномерно. Ученые предполагают, что так сказывается притяжение одного из спутников Нептуна — Галатеи.

Также космический аппарат обнаружил на Нептуне сильные ветра и шторма, хотя до этого считалось, что там слишком холодно для какой-либо активности в атмосфере.

Один из штормов даже получил собственное имя — Большое темное пятно. Когда «Вояджер» наблюдал атмосферу Нептуна, он был размером с Землю и двигался со скоростью более тысячи километров в секунду. Астрономы пытались повторно найти этот шторм с помощью «Хаббла», но безуспешно, зато телескоп увидел два других больших шторма.

Большое темное пятно. Изображение: NASA

Тритон

«Вояджеру» удалось рассмотреть шесть спутников Нептуна (всего на сегодняшний день известны 14, из них последний спутник нашли в 2013 году), в том числе самый крупный из них — Тритон.

На Тритоне ужасно холодно: -235 градусов по Цельсию. При этом на спутнике есть гейзеры, которые «выплевывают», предположительно, смесь жидкого азота, метана и пыли на высоту восемь километров, где все это замерзает и падает обратно на поверхность Тритона.

По своей орбите Тритон движется в сторону, противоположную вращению планеты. Это указывает, что, возможно, Тритон — пришелец, захваченный гравитационным полем Нептуна, которое притягивает его все ближе и ближе. Ученые полагают, что через миллионы лет гравитационные силы разорвут Тритон на мелкие кусочки и он станет еще одним кольцом Нептуна.

Тритон. Изображение: NASA / JPL / USGS

Интересно, что Тритон нашли всего через 17 дней после открытия Нептуна. Его заметил Уильям Лассел, пивовар по профессии и астроном-любитель, вложивший средства от продажи пива в строительство собственной обсерватории.

Атмосфера Нептуна: состав, климат и погода

Восьмая и последняя планета Солнечной системы, Нептун имеет атмосферу, более сравнимую с Ураном, чем с Сатурном и Юпитером. Две самые далекие планеты могут похвастаться атмосферами, в которых преобладают льды. Но даже с холодным воздухом Нептун все же умудряется принимать одни из самых экстремальных и жестоких погодных условий в Солнечной системе.

Большое темное пятно Нептуна, окруженное белыми высотными облаками, снимок космического корабля «Вояджер». (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

Состав атмосферы

Атмосфера Нептуна состоит преимущественно из водорода и гелия с небольшим количеством метана. Метан является частью того, что придает Нептуну ярко-синий оттенок, поскольку он поглощает красный свет и отражает более синие цвета. В атмосфере Урана также есть метан, но он имеет более тусклый оттенок. Что-то еще должно влиять на оттенок Нептуна, но ученые не уверены, что именно.

На экваторе планеты в десять-сотню раз больше метана, этана и этина, чем на полюсах. Как и другие газовые гиганты, Нептун по-прежнему имеет ту же атмосферу, что и при его формировании.

Атмосферный состав по объему:

  • Молекулярный водород: 80 процентов
  • Гелий: 19 процентов
  • Метан 1,5 процента
  • Водород Дейтероид: 192 частей на миллион
  • Этан: 1,5 части на миллион

  • . mommonia

  • : 1,5 частей на миллион

  • .mommania

  • : 1,5 частей на миллион

  • .mommonia

    • . лед, гидросульфид аммиака и метановый лед также составляют атмосферу Нептуна.

    Расслоение атмосферы

    Атмосфера Нептуна состоит из двух основных областей. Как и у трех других газовых гигантов, у планеты нет твердой поверхности, поэтому ученые установили, что «поверхность» — это место, где давление равно давлению на уровне моря на Земле.

    Прямо над поверхностью находится тропосфера. С увеличением высоты температура в тропосфере снижается. Но в следующем слое, стратосфере, температура увеличивается с высотой. Это связано с движением внутри ядра планеты, которое нагревает Нептун больше, чем лучи далекого солнца. Следующий слой — термосфера, где давление ниже. Самый внешний край атмосферы известен как экзосфера.

    Облака на Нептуне

    Облака Нептуна меняются в зависимости от высоты. Низкие температуры позволяют облакам метана конденсироваться в самых высоких слоях атмосферы. Ученые считают, что облака, состоящие из аммиака и сероводорода, существуют при более высоком давлении. Ниже могут существовать облака сероводорода, сульфида аммония, аммиака и воды. Облака водяного льда можно найти при давлении 50 бар с облаками сероводорода и аммиака под ними.

    Самые высокие слои содержат перистые облака, состоящие из замороженного метана, которые отбрасывают тени на другие облака на расстоянии 35 миль (56 километров) под ними.

    Нептун также содержит дымку на очень больших высотах. Эти облака, похожие на смог, состоят из углеводородов, как смог над крупными городами на Земле.

    Сильные штормы

    При скорости ветра 1305 миль в час (2100 км в час) на Нептуне одни из самых экстремальных погодных условий в Солнечной системе. Эти ветры движутся в три раза быстрее, чем на Юпитере, и в девять раз быстрее, чем ветры на Земле.

    Такие ветры вызывают сильные бури. Когда «Вояджер-2» наблюдал планету в 1989, он отследил темный овальный шторм, напоминающий Большое Красное Пятно Юпитера. Огромная картина погоды была размером с Землю. Однако, в то время как знаменитая особенность Юпитера сохранялась в течение сотен лет, первое наблюдаемое пятно Нептуна исчезло при повторном отображении несколько лет спустя. Вместо этого планета, кажется, может похвастаться аналогичным антициклоническим штормом, когда ветры движутся в обратном направлении в системах с высоким давлением каждые несколько лет. Облака образуются в области тропопаузы или чуть ниже нее, которая находится между тропосферой и стратосферой.

    Погода на Нептуне частично определяется нагревом его ядра. Планета имеет температуру, подобную температуре Урана, несмотря на то, что находится в два раза дальше от Солнца, потому что у Урана есть некоторые особенности внутреннего нагрева, которые могут быть результатом столкновения в начале его жизни.

    — Нола Тейлор Редд, автор SPACE.com

    Связанный:

    • Насколько велик Нептун?
    • Как далеко находится Нептун?
    • Какая температура на Нептуне?
    • Из чего сделан Нептун?
    • Как образовался Нептун?

    Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space. com.

    Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space.com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше. Она имеет степень бакалавра английского языка и астрофизики в колледже Агнес Скотт и проходила стажировку в журнале Sky & Telescope. В свободное время она обучает своих четверых детей дома. Подпишитесь на нее в Твиттере @NolaTRedd

    Астрономы озадачены резким падением температуры в атмосфере Нептуна

    Изображение Нептуна, полученное космическим аппаратом «Вояджер-2» в 1989 году. Новые инфракрасные изображения планеты выявили удивительные изменения температуры в ее атмосфере за последние два десятилетия. (Изображение предоставлено NASA/JPL)

    Астрономы обнаружили загадочную тенденцию в атмосфере Нептуна: с тех пор как лето в южном полушарии планеты началось почти два десятилетия назад, атмосферные температуры в этом регионе резко упали, и ученые не уверен, почему.

    Нептун — самая далекая планета в солнечной системе , примерно в 30 раз дальше от солнца , чем Земля . Как и на любой другой планете, вращающейся вокруг Солнца, на Нептуне четыре ярко выраженных сезона: весна, лето, осень и зима. Однако, поскольку Нептуну требуется около 165 лет, чтобы совершить оборот вокруг Солнца, каждый из этих сезонов длится около 40 лет. В южном полушарии Нептуна с 2005 года наблюдается лето, период, когда он наклонен к Солнцу.0003

    В новом исследовании исследователи собрали инфракрасные изображения Нептуна, сделанные различными наземными и космическими телескопами в период с 2003 по 2020 год. Первоначально команда ожидала, что температура в южном полушарии Нептуна повысится с наступлением лета. Однако изображения показали, что атмосферная температура в южном полушарии упала на 14,4 градуса по Фаренгейту (8 градусов по Цельсию) в период с 2003 по 2018 год. Великобритания, говорится в заявлении (открывается в новой вкладке). «Поскольку мы наблюдали за Нептуном в начале южного лета, мы ожидали, что температура будет медленно повышаться, а не понижаться».

    Похожие: «Алмазный дождь» на Уране и Нептуне кажется вероятным Исследователи были озадачены быстрым и интенсивным изменением температуры и не могут объяснить, почему эта горячая точка противоречит общей тенденции в южном полушарии.

    «Наши данные охватывают менее половины сезона Нептуна, — сказал в заявлении соавтор Гленн Ортон, планетолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии, — поэтому никто не ожидал увидеть больших и быстрых изменений. »

    Инфракрасные изображения Нептуна, сделанные в 2006, 2009, 2018 и 2020 годах. В южном полушарии наблюдается общее снижение умеренной температуры (яркости), за исключением горячей точки возле южного полюса, которая началась в 2018 году. (Изображение предоставлено : ESO/М.Роман, NAOJ/Subaru/COMICS)

    Это не первый случай, когда атмосферная температура Нептуна ставит ученых в тупик. В 1989 году зонд НАСА «Вояджер-2» прошел мимо Урана и Нептуна на пути из Солнечной системы и обнаружил, что Нептун теплее своего ближайшего соседа, несмотря на то, что находится дальше от Солнца. С тех пор ученые обнаружили, что это, вероятно, связано с гравитационными различиями между двумя планетами, Живая наука ранее сообщала .

    Исследователи пока не знают, что вызывает недавно обнаруженные колебания температуры в атмосфере Нептуна, но предложили несколько возможных объяснений.

    Одной из возможных причин является изменение химического состава атмосферы. Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода, а также гелия и метана. Метан придает Нептуну и соседнему Урану голубой цвет. Однако поразительные оттенки Нептуна более интенсивны, чем у Урана, что, вероятно, означает, что в атмосфере Нептуна скрывается еще одно неопознанное химическое вещество.0093 НАСА (откроется в новой вкладке). Согласно заявлению, это загадочное соединение или изменения в содержании других элементов могут быть ответственны за эти изменения температуры.

    Экстремальные погодные условия также могут повлиять на температуру. На Нептуне самые сильные ветры в Солнечной системе; По данным НАСА, они могут развивать скорость до 1200 миль в час (1931 км/ч). Эти ветры проталкивают порывы замороженного метана через атмосферу планеты, потенциально влияя на температуру. Нептун также имеет частые и сильные штормы. В 1989 августа «Вояджер-2» обнаружил мощную бурю вблизи южного полюса планеты. В наибольшей степени буря, известная как Большое темное пятно, была больше Земли и исчезла в 1994 году.

    Изменения температуры также могут быть вызваны солнечным циклом, говорят исследователи. Каждые 11 лет магнитное поле Солнца меняется, изменяя уровень солнечной радиации, которую ученые могут измерить, подсчитывая солнечные пятна. Согласно новому исследованию, существует слабая корреляция между изменениями температуры и количеством солнечных пятен на Солнце с течением времени, но связь между ними недостаточно сильна, чтобы окончательно подтвердить эту идею.

    Дальнейший мониторинг с помощью наземных телескопов и будущие исследования с использованием нового космического телескопа имени Джеймса Уэбба НАСА могут пролить свет на это явление, говорится в заявлении. Но пока это остается загадкой.

    СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ

    «Я думаю, что Нептун сам по себе очень интригует многих из нас, потому что мы все еще так мало о нем знаем», — говорится в заявлении Романа. «Все это указывает на более сложную картину атмосферы Нептуна и ее изменения со временем».

    Исследование было опубликовано 11 апреля в The Planetary Science Journal (открывается в новой вкладке).

    Первоначально опубликовано на Live Science.

    Гарри — штатный писатель Live Science из Великобритании. Он изучал морскую биологию в Эксетерском университете (кампус Пенрин) и после его окончания завел собственный блог «Морское безумие», который продолжает вести вместе с другими энтузиастами океана. Он также интересуется эволюцией, изменением климата, роботами, исследованием космоса, сохранением окружающей среды и всем, что окаменело. Когда он не на работе, его можно застать за просмотром научно-фантастических фильмов, игрой в старые игры про покемонов или бегом (вероятно, медленнее, чем ему хотелось бы).

    Из чего сделан Нептун?

    С момента своего открытия в середине 19 века Нептун неизменно оставался загадочной планетой. Поскольку это самая дальняя планета от нашего Солнца, ее посетила только одна роботизированная миссия. И до сих пор остается много вопросов без ответов о том, какая механика приводит в действие его интерьер. Тем не менее, то, что мы узнали о планете за последние несколько десятилетий, значительно.

    Например, благодаря Voyager 2 и многочисленные исследования с использованием наземных инструментов, ученым удалось довольно хорошо понять структуру и состав Нептуна. В дополнение к знанию того, из чего состоит его атмосфера, планетарные модели также предсказали, как выглядит внутренняя часть планеты. Так из чего же состоит Нептун?

    Структура и состав:

    Нептун, как и остальные газовые гиганты Солнечной системы, может быть разбит на различные слои. Состав Нептуна меняется в зависимости от того, на какой из этих слоев вы смотрите. Самый внешний слой Нептуна — это атмосфера, составляющая около 5–10 % массы планеты и простирающаяся до 20 % пути к ее ядру.

    Состав и внутреннее строение Нептуна. Предоставлено: NASA

    Под атмосферой находится большая мантия планеты. Это область перегретой жидкости, где температура может достигать от 2000 до 5000 К (1727–4727 ° C; 3140–8540 ° F). Мантия эквивалентна 10-15 массам Земли и богата водой, аммиаком и метаном. Эту смесь называют ледяной, несмотря на то, что она представляет собой горячую плотную жидкость, и ее иногда называют «водно-аммиачным океаном».

    Возрастающие концентрации метана, аммиака и воды обнаруживаются в нижних слоях атмосферы. В отличие от Урана, Нептун имеет больший объем океана, тогда как Уран имеет меньшую мантию. Как и у других газовых/ледяных гигантов, у Нептуна, как полагают, есть твердое ядро, состав которого до сих пор остается предметом догадок. Однако теория о том, что она каменистая и богата металлами, согласуется с современными теориями формирования планет.

    В соответствии с этими теориями ядро ​​Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов, а внутренняя модель дает ему массу примерно в 1,2 раза больше массы Земли. Давление в центре оценивается в 7 Мбар (700 ГПа), что примерно в два раза выше, чем в центре Земли, а температура достигает 5400 К. На глубине 7000 км условия могут быть такими, что метан разлагается на кристаллы алмаза, которые падают вниз, как градины.

    Из-за меньшего размера и более высокой концентрации летучих веществ по сравнению с Юпитером и Сатурном Нептун (как и Уран) часто называют «ледяным гигантом» — подклассом планет-гигантов. Также как и Уран, внутренняя структура Нептуна различается между каменным ядром, состоящим из силикатов и металлов; мантия, состоящая из водяных, аммиачных и метановых льдов; и атмосфера, состоящая из водорода, гелия и газообразного метана.

    Уран и Нептун, ледяные планеты-гиганты Солнечной системы. Предоставлено: Wikipedia Commons

    Атмосфера Нептуна:

    Атмосфера Нептуна составляет от 5% до 10% его массы и простирается, возможно, на 10%-20% пути к ядру, где она достигает давления около 10 ГПа — или около 100 000 раз больше, чем в атмосфере Земли. На больших высотах атмосфера Нептуна состоит на 80% из водорода и на 19% из гелия с небольшим количеством метана.

    Как и в случае с Ураном, это поглощение красного света атмосферным метаном является частью того, что придает Нептуну его синий оттенок, хотя у Нептуна он темнее и ярче. Поскольку содержание метана в атмосфере Нептуна аналогично содержанию метана на Уране, считается, что какой-то неизвестный атмосферный компонент способствует более интенсивной окраске Нептуна.

    Атмосфера Нептуна подразделяется на две основные области: нижнюю тропосферу (где температура уменьшается с высотой) и стратосферу (где температура увеличивается с высотой). Граница между ними, тропопауза, находится при давлении 0,1 бар (10 кПа). Затем стратосфера уступает место термосфере при давлении ниже 10- 5 до 10- 4 микробар (от 1 до 10 Па), которая постепенно переходит в экзосферу.

    Спектры Нептуна предполагают, что его нижняя стратосфера туманна из-за конденсации продуктов, вызванных взаимодействием ультрафиолетового излучения и метана (т. е. фотолиза), в результате которого образуются такие соединения, как этан и этин. Стратосфера также является домом для следовых количеств окиси углерода и цианистого водорода, которые ответственны за то, что стратосфера Нептуна теплее, чем у Урана.

    Цветное и контрастное изображение, подчеркивающее атмосферные особенности Нептуна. Большое темное пятно Нептуна выделяется как самая заметная деталь слева. Предоставлено: Эрих Каркошка

    По причинам, которые остаются неясными, термосфера планеты испытывает необычно высокие температуры около 750 К (476,85 °C/890 °F). Планета находится слишком далеко от Солнца, чтобы это тепло могло генерироваться ультрафиолетовым излучением, что означает, что задействован другой механизм нагрева — это может быть взаимодействие атмосферы с ионами в магнитном поле планеты или гравитационные волны из недр планеты, которые рассеиваются в атмосфера.

    Поскольку Нептун не является твердым телом, его атмосфера подвергается дифференциальному вращению. Широкая экваториальная зона вращается с периодом около 18 часов, что медленнее, чем 16,1-часовое вращение магнитного поля планеты. Напротив, обратное верно для полярных регионов, где период вращения составляет 12 часов.

    Это дифференциальное вращение является наиболее выраженным среди всех планет Солнечной системы и приводит к сильному сдвигу ветра по широте и сильным штормам. Трое самых впечатляющих были замечены в 1989 космическим зондом «Вояджер-2», а затем названы на основе их внешности.

    Первым был замечен массивный антициклонический шторм размером 13 000 x 6 600 км, напоминающий Большое Красное Пятно Юпитера. Этот шторм, известный как Большое темное пятно, не был обнаружен пятью годами позже (2 ноября 1994 г.), когда космический телескоп Хаббл искал его. Вместо этого в северном полушарии планеты был обнаружен новый шторм, очень похожий по внешнему виду, что позволяет предположить, что у этих штормов более короткая продолжительность жизни, чем у Юпитера.

    Реконструкция изображений «Вояджера-2», показывающих Большое черное пятно (вверху слева), Скутер (в центре) и Малое черное пятно (внизу справа). Предоставлено: NASA/JPL

    Скутер — еще один шторм, группа белых облаков, расположенная южнее Большого темного пятна. Это прозвище впервые появилось в течение нескольких месяцев, предшествовавших встрече «Вояджера-2» с в 1989 году, когда было замечено, что группа облаков движется со скоростью, превышающей скорость Большого темного пятна.

    Маленькое темное пятно, южный циклонический шторм, был вторым по силе штормом, наблюдавшимся в течение 1989 встреча. Первоначально было совершенно темно; но когда «Вояджер-2» приблизился к планете, появилось яркое ядро, которое можно было увидеть на большинстве изображений с самым высоким разрешением.

    Исследование:

    Зонд «Вояджер-2» — единственный космический корабль, который когда-либо посещал Нептун. Самое близкое сближение космического корабля с планетой произошло 25 августа 1989 года на расстоянии 4800 км (3000 миль) над северным полюсом Нептуна. Поскольку это была последняя крупная планета, которую мог посетить космический корабль, было решено совершить близкий облет спутника Тритона — аналогично тому, что было сделано для Встреча «Вояджера-1» с Сатурном и его спутником Титаном.

    Космический аппарат совершил близкое столкновение со спутником Нереидой, прежде чем 25 августа он приблизился к атмосфере Нептуна на расстояние 4400 км, а затем в тот же день прошел вблизи крупнейшего спутника планеты Тритона. Космический корабль подтвердил существование магнитного поля, окружающего планету, и обнаружил, что поле смещено от центра и наклонено подобно полю вокруг Урана.

    Период вращения Нептуна был определен с помощью измерений радиоизлучения, а «Вояджер-2» также показал, что у Нептуна была удивительно активная погодная система. Во время пролета было обнаружено шесть новых лун, и было показано, что планета имеет более одного кольца.

    Хотя миссии к Нептуну в настоящее время не планируются, были предложены некоторые гипотетические миссии. Например, НАСА предполагает, что возможная флагманская миссия состоится где-то в конце 2020-х или начале 2030-х годов. Другие предложения включают возможные Cassini-Huygens «Орбитальный аппарат Нептуна с зондами», который был предложен еще в 2003 году.

    Еще одно, более свежее предложение НАСА касалось Арго — космического корабля с облетом, который должен был быть запущен в 2019 году и посетить Юпитер, Сатурн. , Нептун и объект пояса Койпера. Основное внимание будет сосредоточено на Нептуне и его крупнейшем спутнике Тритоне, который будет исследован примерно в 2029 году.

    Учитывая его удаленность от Земли, не секрет, почему Транснептуновый регион остается для нас загадочным. Ожидается, что в ближайшие десятилетия туда отправятся несколько предложенных миссий и исследуют его богатую популяцию ледяных тел и гигантскую планету, в честь которой он назван.