Neptun

Neptun este a opta şi cea mai îndepărtată planetă de Soare din sistemul solar. Numită după zeul roman al mării, este cea de a patra planetă după diametru şi a treia după masă. Neptun are masa de 17 ori mai mare decât cea a Pământului şi puţin mai mare decât a lui Uranus, care este de 15 ori mai mare decât cea a Pământului. Neptun orbitează Soarele la o distanţă de 30,1 unităţi astronomice, ceea ce înseamnă că orbita sa este de aproximativ 30 ori mai mare decât orbita Pământului. Simbolul astronomic al lui Neptun este o variantă modificată a tridentului zeului Neptun.
Planeta Neptun a fost descoperită datorită perturbărilor gravitaţionale din orbita lui Uranus la data de 23 septembrie 1846 prin calcule matematice şi nu prin observare astronomică directă. Existenţa lui Neptun a fost apoi confirmată vizual, la mai puţin de un grad de poziţia prezisă de calcule. La scurt timp după aceea a fost descoperit şi satelitul său Triton. Alţi 12 sateliţi au fost descoperiţi în secolul XX. La 25 august 1989 sonda spaţială Voyager 2 a trecut prin vecinătatea planetei.
Neptun are o compoziţie asemănătoare cu cea a lui Uranus, ambele planete având o compoziţie diferită de a planetelor Jupiter şi Saturn. În ce priveşte compoziţia atmosferei, Neptun se aseamănă cu Jupiter şi Saturn prin faptul că atmosfera este compusă în principal din hidrogen, heliu, urme de hidrocarburi şi posibil azot, dar are proporţii mai mari de apă, amoniac şi metan. Interiorul lui Neptun, ca şi în cazul lui Uranus, este compus în principal din apă, amoniac, meta, silicaţi şi metale, urmele de metan de pe suprafaţă dând aspectul albăstriu al planetei.
Spre deosebire de atmosfera uniformă a lui Uranus, Neptun are o atmosferă cu detalii vizibile ce denotă o activitate meteorologică. În perioada anului 1989 când Voyager 2 a ajuns în dreptul lui Neptun, spre exemplu, s-a observat o pată mare întunecată, similară cu Marea Pată Roşie de pe Jupiter. Aceste fenomene meteorologice sunt produse de cele mai puternice vânturi din Sistemul Solar, ale căror viteze ating, conform măsurătorilor, 2100 km/h. De asemenea, deoarece Neptun este departe de Soare, are una dintre cele mai reci atmosfere din Sistemul solar, temperaturile păturilor superioare ale norilor ajungând la -218 °C (55 K), însă în acelaşi timp centrul său are aproximativ 5000 °C. Neptun precum are un sistem de două inele care însă este foarte greu vizibil şi fragmentar; existenţa inelelor a fost sugerată de analize făcute asupra unor fotografii din 1968 ale planetei, dar confirmarea sigură a fost făcută abia în 1989 de către sonda Voyager 2.

Descoperire

Prima observare a planetei Neptun a fost făcută de Galileo Galilei la 28 decembrie 1612 şi a doua la 27 ianuarie 1613, aceasta apărând foarte aproape de Jupiter (în conjuncţie). De fiecare dată Galileo a confundat planeta cu o stea fixă, motiv pentru care descoperirea nu i se atribuie lui. Întâmplarea face că la prima observare, cea din decembrie 1612, Neptun intrase tocmai în ziua aceea în mişcarea retrogradă (întoarcere aparentă a mersului planetei în raport cu stelele fixe, ce rezultă din combinarea mişcării planetei observate cu a Pământului). Din acest motiv Neptun părea că nu se mişcă faţă de stele. Oricum, mişcarea planetei era prea mică pentru a fi observată cu telescopul lui Galileo. Cu toate acestea, în iulie 2009 fizicianul David Jamieson de la Universitatea din Melborune a anunţat noi dovezi ce sugerează că Galileo îşi dăduse seama de faptul că „steaua” pe care o observase se mişca în raport cu stelele fixe.

Urbain Le Verrier, descoperitorul planetei Neptun.

În 1821 Alexis Bouvard a publicat tabele cu orbita lui Uranus, planeta învecinată. Observaţiile ulterioare au pus în evidenţă devieri considerabile faţă de tabele, făcându-l pe Bouvard să presupună că un corp necunoscut perturba orbita prin interacţiune gravitaţională. În 1843 John Couch Adams a calculat orbita acestui obiect ipotetic care să aibă asupra lui Uranus efectul observat. Adams a trimis calculele lui George Airy, astronomul regal, iar Airy a cerut o clarificare. Adams a început să-şi redacteze răspunsul, însă nu l-a trimis şi nici nu a mai continuat studiile asupra orbitei lui Uranus.
În anii 1845-46 matematicianul francez Urbain Le Verrier, independent de Adams, şi-a făcut propriile calcule, dar nu a reuşit să stârnească interesul compatrioţilor săi. Totuşi, văzând că longitudinea estimată de Le Verrier este similară cu aceea calculată de Adams, Airy l-a convins pe directorul Observatorului din Cambridge, James Challis, să caute noua planetă. Challis a făcut observaţii în lunile august şi septembrie 1846, dar căutările sale au rămas fără rezultat.
În acest timp Le Verrier i-a scris astronomului Johann Gottfried Galle de la Observatorul din Berlin propunându-i să caute cu luneta observatorului. Heinrich d'Arrest, un student la observator, i-a sugerat lui Galle că planeta ar putea fi găsită prin comparaţie între cerul de la acel moment cu un desen recent al cerului în regiunea une trebuia să se afle planeta conform estimărilor lui Le Verrier, pentru a identifica mişcarea caracteristică a planetelor faţă de stelele fixe. Chiar în seara zilei în care Galle a primit scrisoarea lui Le Verrier, 23 septembrie 1846, Neptun a fost descoperit la mai puţin de 1° distanţă de predicţia lui Le Verrier şi la 12° distanţă faţă de a lui Adams. Mai târziu Challis şi-a dat şi el seama că de fapt a observat planeta de două ori în august, însă nu reuşise să o identifice, pentru că nu căutase cu suficientă atenţie.
După descoperirea planetei au existat neînţelegeri între francezi şi britanici, nefiind clar cui trebuie să-i fie atribuită descoperirea. În cele din urmă comunitatea internaţională a ajuns la consensul că amândoi astronomii au contribuit la descoperirea lui Neptun. Cu toate acestea, în prezent lucrurile sunt reevaluate de istorici, după ce în 1998 au fost redescoperite nişte documente ştiinţifice de la Observatorul regal din Greenwich, documente furate de astronomul Olin J. Eggen, păstrate de acesta aproape trei decenii şi descoperite imediat după decesul său. După citirea documentelor unii istorici susţin că Adams nu merită aceeaşi recunoaştere ca Le Verrier. Astronomul american Dennis Rawlins pune sub semnul întrebării revendicarea lui Adams de a fi descoperit primul noua planetă şi, într-un articol publicat în revista Dio, apreciază că este o „furt”. Nicholas Kollerstrom de la University College din Londra a afirmat în 2003 că „Adams a făcut unele calcule, dar era destul de nesigur unde anume se află Neptun.”

Numele

La scurt timp după descoperirea sa, noua planetă nu avea un nume, ci era denumită „planeta de dincolo de Uranus” sau „planeta lui Le Verrier”. Prima sugestie de nume a fost cea a lui Galle, ce a propus să fie denumită Ianus, iar în Anglia Challis a propus numele Oceanus.
Cerându-şi dreptul de a denumi planeta descoperită de el, Le Verrier a sugerat rapid numele Neptun, afirmând incorect că numele a fost aprobat oficial de către Biroul Longitudinilor francez. Mai târziu s-a gândit să-i pună propriul său nume, Le Verrier, având pentru aceasta sprijinul lui François Arago, directorul observatorului, dar propunerea a fost respinsă în afara Franţei. Anuarele publicate în Franţa au revenit atunci la numele Herschel pentru Uranus, după descoperitorul William Herschel, iar noua planetă au numit-o Leverrier.
La 29 decembrie 1846 astronomul Struve s-a exprimat în favoarea numelui Neptun în cuvântul adresat Academiei de Ştiinţe din Sankt Petersburg. Cu timpul numele Neptun s-a încetăţenit şi a fost acceptat de comunitatea internaţională. În mitologia romană Neptun, identificat cu zeul grec Poseidon, era zeul mării. Astfel toate planetele, în afară de Pământ, poartă nume de zei.

Statutul

De la descoperirea sa până în 1930 când a fost descoperită Pluto, Neptun era cunoscută ca fiind cea mai îndepărtată planetă de la Soare. Însă de la descoperirea lui Pluto, Neptun a fost cea mai îndepărtată planetă doar în perioada 1979-1999 când Pluto a venit în orbita sa. Însă cu toate acestea o dată cu descoperirea centurii Kuiper în 1992, mulţi astronomi dezbătut faptăul dacă Pluto ar trebui sau nu considerată o planetă, sau dacă face parte din centură. În 2006 Neptun, şi-a recăpătat titlul de ultima planetă din Sistemul Solar deoarece Uniunea Astronomică Internaţională a precizat că Pluto este o "planetă pitică".

Structura şi compoziţia

Comparaţie a mărimii planetei Pământ şi a planetei Neptun.

Cu o masă de 1.0243 x 10(exp. 26) kg, Neptun este un corp ceresc de nivel mediu faţă de Pământ şi giganţii de gaz mai mari, masa sa fiind de şaptesprezece ori mai mare decât a Pământului însă intrând doar în a nouăsprezecea parte lui Jupiter. Raza ecuatorială a lui Neptun fiind de 24764 km este de aproximativ patru ori mai mare decât cea a pământului. Planetelor Neptun şi Uranus li se acordă deseori termenul de "giganţi gheţoşi" şi sunt consideraţi giganţi gazoşi sub-medie datorită mărimii lor şi concentrărilor volatile similare cu cele ale lui Jupiter şi Saturn. În căutarea planetelor extrasolare, Neptun este folosit drept metonim, spre exemplu când corpuri cereşti ce au o masă similară cu cea a planetei Neptun sund descoperie se numesc Neptuni, la fel cum şi diversele corpuri extrasolare se numesc Jupiteri.

 Structura internă

1.Atmosfera superioară a planetei
2.Atmosfera formată din heliu, oxigen, hidrogen şi gaz metan.
3.Mantaua alcătuită din apă, amoniu şi metan
4.Nucleul format din rocă şi gheaţă.

Structura internă a lui Neptun este similară cu cea a lui Uranus. Atmosfera sa formează aproximativ de la 5 până la 10% din masă şi se extinde de la 10 până la 20 % spre nucleu, presiunea din nucleul planetei, ajungând până la 10 Pa. La o altitudine scăzută a atmosferei, în concentraţie mare se poate găsi metan, amoniu şi apă. Mantaua planetei este cuprinsă dintr-o regiune întunecată cu temperaturi ridicate ce se condesează într-un lichid cu temperaturi de la 2,000 K la 5,000 K. Mantaua lui Neptun este echivalentă de la 10 la 15 mase Pământeşti şi este bogată în metan, amoniu şi apă. Deşi temperaturile sunt ridicate, existând şi o fluiditate densă, în ştiinţa planetelor această compoziţie are denumirea de "gheţos". Fluidul are o conductivitate electrică şi este deseori numit oceanul apă-amoniu. La o adâncime de 7000 km în manta, există posibilitatea ca aceasta să se descompună în cristale de diamant ce pot ajunge până spre nucleu.
Nucleul planetei este compus din fier, nickel şi silicate fiind de 1.2 ori mai mare decât masa Pământului. Presiunea din centru este de 700 Pascali, ceea ce înseamnă mult mai mult decât suprafaţa Pământului. Temperatura nucleului lui Neptun ar putea avea temperaturi de 5,400 K.

Atmosfera

La o altitudine ridicată, atmosfera lui Neptun conţine 80% hidrogen şi 19% heliu, însă există şi urme de metan. Dungi proeminente de metan absorbit se pot găsi la peste 600 nm în spectru roşu şi infraroşu. La fel ca şi în atmosfera lui Uranus,culoarea albăstrie a lui Neptun provine din absorpţia luminii roşiatice de către metanul aflat în atmosferă. Cu toate acestea, deşi Neptun are culoarea azurie, diferă de culoarea planetei Uranus. Deşi Uranus şi Neptun au o compoziţie similară, este încă neclar dacă în compoziţia lui Neptun există alţi compuşi ce fac culoarea celor două planete să difere.

Urme de nori neptunieni.

Atmosfera lui Neptun este formată din două straturi principale, troposfera zona unde temperatura descreşte o dată cu altitudinea şi stratosfera fiind zona unde temperatura creşte o dată cu altitudinea. între acestea există un strat numit tropopauză ce are o presiune de 10 kPa. După tropopauză urmează termosfera ce are o presiune mai mică de 1 la 10 Pa. De la termosferă se face tranziţia gradat spre exosferă.
Anumite modele ale planetei sugerează că şirurile colorate sunt nori la diferite altitudini, norii de la altitudinile cele mai înalte apărând doar la presiuni sub 1 bar, fiind o zonă prielnică condensării metanului. La presiuni ceva mai ridicate(între 1-5 bari) este posibil ca norii să se poată forma din amoniu, hidrogen şi sulfat, iar peste aceste presiuni, mai exact la presiuni de aproximativ 50 de bari să existe nori deşi ce conţin chiar şi apă, temperatura ajungând la 0 °C.
La o altitudine înaltă se găsesc şiruri de nori în jurul planetei la o latitudine constantă. Aceste şiruri de nori au lungimi de la 50 la 150 km şi se întind pe o suprafaţă de 50-110 km.
Spectrele lui Neptun sugerează că stratosfera de la o altitudine mai joasă este ceţoasă, existând produse ale fotolize ultraviolete ale metanului precum etanul şi acetilena. În stratosferă există într-o cantitate mare dioxid de carbon şi acid cianhidric. În comparaţie cu stratosfera lui Uranus, cea a lui Neptun este mai caldă datorită concentraţiilor de hidrocarburi.
Din motive necunoscute termosfera planetei atinge temperaturi de 750 K, însă este posibil ca temperatura să fie ridicată datorită interacţiunea ionilor cu câmpul magnetic planetar, însă există şi varianta ce spune că undele gravitaţionale ar putea încălzi atmosfera. Pe lângă acestea termosfera conţine urme de dioxid de carbon şi apă din corpuri externe precup praf sau meteoriţi.

Magnetosfera

Magnetosfera lui Neptun este similară cu cea a lui Uranus. Acesta are un câmpul magnetic pe axa rotaţională poziţionat la 17°, distanţa de la centrul planetei fiind de 13500 km. Înnainte de sosirea lui Voyager 2 în orbita lui Neptun, se credea că magnetosfera lui Uranus este cauza ce face ca Neptun să orbiteze lateral, însă comparând câmpurile magnetice ale celor două planete, cercetătorii consideră că ar putea fi un câmp magnetic în interiorul planetei, acesta putând fii create într-o pătură subţire de lichiduri conductoare de electricitate (fiind probabil o combinaţie între amoniu, metan şi apă) rezultând astfel un dinam.
Dipolul câmpului magnetic al lui Neptun ce este poziţionat la ecuatorul magnetic al planetei are aproximativ 14 microtesle, momentul magnetic al acestuia find de 2.2 x 10(exp. 17) T·m(exp. 3) (14 μT·R(ind. N)(exp.3), unde R(ind. N) este raza neptuniană. Câmpul magnetic al lui Neptun are o structură complexă ce este cp,ăusă din elemente nedipolare, fiind inclus şi un moment cvadripolar ce poate depăşi momentul dipolulmomentul. Comparând Pământul, Jupiter şi Saturn cu Neptun se pot observa cvadripolare mici, rezultând astfel ca şi câmpurile acestor planete sa fie mai puţin abătute de axa polară. De asemenea momentul cvadripolar al lui Neptun ar putea avea loc datorită centrului planetei şi al dimensiunilor mici ale generatorului dinam.

 Inelele planetare

Inele lui Neptun, fiind mai mici comparabil cu cele ale lui Saturn conţin particule de gheaţă acoperite cu silicate sau cu substanţe bazate pe carbon ce oferă o culoare roşiatică. Cele mai importante dintre inelele lui Neptun sunt inelul Adams, acoperind o suprafaţă de 63000 km din centrul planetei, inelul Le Verrier acoperind 53000 km şi inelul Galle acoperind 42000 km. Inelul Le Verrier, deţine şi o extensie numită Lassell. Aceasta se leagă de capătul exterior al inelului Arago la aproximativ 57000 km.
Primul inel planetar al lui Neptun, ce mai târziu s-a demonstrat a fi incomplet, a fost descoperit în 1968 de echipa lui Edward Guinan- În 1984 datorită unei oculaţii s-a demonstrat faptul că inelele ar putea fi incomplete. Acest fapt a putut fi observat când inelele au acoperit o stea în timpul imersiei sale. Imaginile realizate de Voyager 2 în 1989 au arătat existenţa a unor inele subţiri cu o structură mare. Deşi cauza acestor structuri este încă neînţeleasă există teorii în care se precizează că fenomenul ar putea fi adeverit datorită interacţiunii gravitaţionale a lunilor mici din orbita planetei.
Cel mai exteriorizat inel, numit Adams conţine cinci arcuri mari numite Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2 şi Fraternité. Existenţa acestora a fost greu de explicat datorită legilor de mişcare ce precizează că arcurile s-ar expanda într-un inel uniform în durate de timp scăzute. Astronomii consideră că arcurile sunt unite în forma actuală datorită efectelor gravitaţionale create de luna Galatea.
Observaţiile pământene ale lui Neptun din 2005 au evidenţiat faptul că inelele sunt mult mai instabile. Imaginile luate de la observatorul W. M. Keck din 2002 şi 2003 arată o întrerupere ale inelelor faţă de imaginile luate de Voyager 2. În particular se pare că arcul Liberté ar putea dispărea în aproximativ un secol.

Climatul

Una dintre diferenţele dintre Uranus şi Neptun este şi activitatea meteorologică, acest lucru fiind demonstrat de Voyager 2în timp ce orbita Neptun în 1986.
Climatul neptunian are specific vânturile foarte puternice ce ajung la 600m/s. Prin urmărirea mişcării norilor vitezele vânturilor pot varia de la 20 m/sec din partea de est până la 325 m/sec în partea de vest. Deasupra norilor există însă viteze ale vânturilor de 400 m/s iar la ecuator şi poli acestea ating 250 m/sec. Majoritatea vânturilor neptuniene merg într-o direcţiei inversă faţă de cea a orbitei planetei. Direcţia generală a rotaţiei vânturilor variază la diverse atitudini. Spre exemplu, la altitudini înalte vânturile par a o lua într-o direcţie inversă acelor de ceasornic iar la atitudini joase într-o direcţie retrogradă însă se crede că aceste direcţii sunt o iluzie optică, fenomele atmosferice ne având nicio influenţă. La o alttudine de 70° Sud, vânturile pot ajunge la o viteză de 300 m/s
Abundenţa metanului, etanului şi acetilinei la ecuatorul Neptunului fiind de la 10 la 100 de ori mai mari decât la poli au fost interpretate drept evidenţă pentru ridicarea acestor substanţe spre poli.
În 2007 s-a descoperit că stratul superior al troposferii neptuniene de la polul sud al planetei este cu 10 °C mai cald decât restul planetei, media temperaturii fiind de −200 °C (70 K). Diferenţa de temperatură de la acest pol fiind suficientă pentru a susţine gazul metan, faţă de cel din atmosferă unde este îngheţat.

Furtuni

Punctul Mare Întunecat imagine realizată de Voyager 2

În 1989, o grupare anti-ciclonică de furtuni cu viteza de rotaţie de 13000x6600 km numită Punctul Mare Întunecat, similar cu Punctul Roşu Întunecat al lui Jupiter a fost descoperit de sonda spaţială Voyager 2. 5 ani mai târziu pe 2 noiembrie 1994 Telescopul Spaţial Hubble nu a mai observat această formaţiuneş. Similar cu această formaţiune a fost găsit un fel de Punct Mare Întunecat în emisfera nordică a planetei.
O altă furtună a fost găsită la sud de Punctul Mare întunecat. Aceasta a fost poreclită Scooter-ul deoarece a fost descoperit de către Voyager 2 înnainte de observarea Punctului Mare Întunecat. Imaginile recente arată că norii din această furtună se mişcă mai repede decât în punctul întunecat. O altă formaţie de cicloni este Punctul Mic Întunecat ce se află în sudul planetei. Acesta este a doua formaţie de furtuni descoperită 1989. Iniţial s-a crezut că acesta a fost complet negru însă o dată cu aproprierea lui Voyager 2 de acesta, s-a observat un centru luminos vizibil pe capturile de imagine cu rezoluţie înaltă.

Căldura internă

Fenomenele naturale de pe Neptun sunt mult mai diverse faţă de Uranus. Acest lucru se crede că este posibil datorită unei călduri interne a planetei. Deşi Neptun este departe de Soare primind doar 40% din lumina acestuia, temperaturile acestuia şi a lui Uranus sunt foarte similare regiunile superioare ale troposferei Neptunie ajungând la temperaturi de −221.4 °C (51.7 K), de asemenea la o înălţime unde presiunea atmosferică este echivalentă cu 1 bar (100 kPa) temperatura este de −201.15 °C (72.0 K). În interiorul straturilor gazoase temperatura se ridcă treptat. Spre deosebire de Uranus, unde sursa de unde încălzirii planetei este necunoscută, planeta radiază energia solară de 1.1 ori, faţă de Neptun ce radiază energia solară de 2.61 ori. Deşi este cea mai îndepărtată planetă de Soare aceasta este capabilă să susţină cele mai rapide vânturi din Sistemul Solar. Pentru ca aceste furtuni să fie explicate câteva teorii au fost sugerate, printre care se numără şi încălzirea radiogenică a nucleului, amestecarea metanului la presiuni înalte in hidrogen, şi o convecţie în stratul jos al atmosferei care ar cauya undele gravidaţionale sa se întrerupă deasupra tropopauzei.

Orbita şi rotaţia

Distanţa medie dintre Neptun şi Soare este de 4,55 miliarde de km (aproximativ 30.1 UA) iar rotaţia completă în jurul Soarelui a lui Neptun ajunge a fi completă în 164,79 ani. În decembrie 2011, Neptun deşi nu va fi vizibil de pe Pământ datorită faptului că acesta va fi într-o altă poziţie, va avea prima rotaţie completă în jurul Soarelui de la descoperirea sa în 1846.
Orbita lui neptun este înclinată 1.77° în comparaţie cu Pământul. Datorită unei excentricităţi de 0.011, distanţa dintre Neptun şi Soare variază la 101 milioane de km între cele mai apropiate şi îndepărtate puncte de soare de pe orbita sa.
Diferenţa de orbitare a lui Neptun este de 28.32°, fiind similară cu cea a Pământului (23°) şi Marte (25°). Datorită acestui fapt planeta prezintă schimbări de anotimpuri, însă datorită perioadei de orbitare foarte mare, un anotimp pe Neptun durează aproximativ 40 de ani pământeşti, iar o zi neptuniană fiind de 16 ore.
Deoarece Neptun nu este un corp solid, atmosfera sa trece prin diferite rotaţii. Zona ecuatorială a planetei face o rotaţie completă în 18 ore, fiind astfel mai încet decât rotaţia completă a câmpului magnetic iar la regiunile polare rotaţia zonală fiind de 12 ore. Rotaţiile diferite de pe Neptun sunt printre cele mai extreme faţă de alte planete din Sistemul Solar.