W zgiełku dni, świat dla zwykłego człowieka bywa redukowany do rozmiarów pracy i domu. Tymczasem, jeśli spojrzysz na niebo, zobaczysz, jak nieistotne jest w skali wszechświata. Może dlatego młodzi romantycy marzą o poświęceniu się podbojowi kosmosu i badaniu gwiazd. Naukowcy-astronomowie nie zapominają ani na chwilę, że oprócz Ziemi z jej problemami i radościami jest wiele innych odległych i tajemniczych obiektów. Jednym z nich jest planeta Neptun, ósma pod względem odległości od Słońca, niedostępna do bezpośredniej obserwacji, a przez to podwójnie atrakcyjna dla badaczy.
Jak to się wszystko zaczęło
Nawet w połowie XIX wieku Układ Słoneczny, według naukowców, zawierał tylko siedem planet. Sąsiedzi Ziemi, bliscy i dalecy, byli badani przy użyciu wszystkich dostępnych postępów w technologii i informatyce. Wiele cech zostało najpierw opisanych teoretycznie, a dopiero potem znalazło praktyczne potwierdzenie. Przy obliczaniu orbity Urana sytuacja wyglądała nieco inaczej. Thomas John Hussey, astronom iksiądz odkrył rozbieżność między rzeczywistą trajektorią rzekomego ruchu planety. Wniosek mógł być tylko jeden: istnieje obiekt, który wpływa na orbitę Urana. W rzeczywistości był to pierwszy raport o planecie Neptun.
Po prawie dziesięciu latach (w 1843 r.) dwóch badaczy jednocześnie obliczyło, po jakiej orbicie planeta może się poruszać, zmuszając gazowego giganta do zrobienia miejsca. Byli to Anglik John Adams i Francuz Urbain Jean Joseph Le Verrier. Niezależnie od siebie, ale z różną dokładnością wyznaczały drogę ciała.
Wykrywanie i oznaczenie
Neptun został znaleziony na nocnym niebie przez astronoma Johanna Gottfrieda Galle, do którego Le Verrier przybył ze swoimi obliczeniami. Francuski naukowiec, który później dzielił chwałę odkrywcy z Gallem i Adamsem, popełnił błąd w obliczeniach tylko o stopień. Neptun oficjalnie pojawił się w artykułach naukowych 23 września 1846 r.
Początkowo proponowano, aby nazwać planetę na cześć dwulicowego Janusa, ale ta nazwa nie zakorzeniła się. Astronomów bardziej zainspirowało porównanie nowego obiektu z królem mórz i oceanów, równie obcym dla ziemskiego firmamentu, jak najwyraźniej otwarta planeta. Nazwę Neptun zaproponował Le Verrier i poparł VJ Struve, kierujący Obserwatorium Pułkowo. Nazwa została podana, pozostało tylko zrozumieć, jaki jest skład atmosfery Neptuna, czy w ogóle istnieje, co kryje się w jej głębi i tak dalej.
W porównaniu z Ziemią
Od otwarcia minęło dużo czasu. Dzisiaj jest około ósmegoplaneta Układu Słonecznego wiemy znacznie więcej. Neptun jest znacznie większy od Ziemi: jego średnica jest prawie 4 razy większa, a masa 17 razy. Znaczna odległość od Słońca nie pozostawia wątpliwości, że pogoda na planecie Neptun również znacząco różni się od ziemskiej. Tu nie ma i nie może być życia. Nie chodzi nawet o wiatr czy jakieś niezwykłe zjawiska. Atmosfera i powierzchnia Neptuna mają prawie taką samą strukturę. Jest to cecha charakterystyczna wszystkich gazowych gigantów, w tym tej planety.
Wyimaginowana powierzchnia
Gęstość tej planety jest znacznie mniejsza od Ziemi (1,64 g/cm³), co utrudnia stąpanie po jej powierzchni. Tak i jako takie nie jest. Uzgodniono, że poziom powierzchni będzie identyfikowany przez wielkość ciśnienia: giętkie i raczej płynne „ciało stałe” znajduje się w dolnych warstwach atmosfery, gdzie ciśnienie wynosi jeden bar, a w rzeczywistości, jest jego częścią. Wszelkie doniesienia o planecie Neptun jako obiekcie kosmicznym o określonej wielkości opierają się na tej definicji wyimaginowanej powierzchni olbrzyma.
Parametry uzyskane z myślą o tej funkcji są następujące:
- średnica w pobliżu równika wynosi 49,5 tys. km;
- jego rozmiar w płaszczyźnie biegunów wynosi prawie 48,7 tys. km.
Stosunek tych cech sprawia, że Neptun jest daleki od kształtu koła. Podobnie jak Błękitna Planeta jest nieco spłaszczona na biegunach.
Skład atmosfery Neptuna
Mieszanka gazów otaczająca planetę,treść bardzo różni się od ziemi. Zdecydowana większość to wodór (80%), drugą pozycję zajmuje hel. Ten gaz obojętny ma znaczący wkład w skład atmosfery Neptuna – 19%. Metan to mniej niż jeden procent, amoniak również występuje tutaj, ale w niewielkich ilościach.
Co dziwne, jeden procent metanu w składzie ma duży wpływ na rodzaj atmosfery Neptuna i na wygląd całego gazowego olbrzyma z punktu widzenia zewnętrznego obserwatora. Ten związek chemiczny tworzy chmury planety i nie odbija fal świetlnych odpowiadających czerwieni. W rezultacie Neptun okazuje się ciemnoniebieski dla przelatujących statków kosmicznych. Ten kolor jest jedną z tajemnic planety. Naukowcy nie do końca wiedzą, co dokładnie prowadzi do absorpcji czerwonej części widma.
Wszystkie gazowe olbrzymy mają atmosferę. To właśnie kolor wyróżnia Neptuna wśród nich. Ze względu na te cechy nazywana jest planetą lodową. Zamarznięty metan, który swoim istnieniem dodaje wagi porównaniu Neptuna z górą lodową, jest również częścią płaszcza otaczającego jądro planety.
Struktura wewnętrzna
Rdzeń obiektu kosmicznego zawiera związki żelaza, niklu, magnezu i krzemu. Pod względem masy rdzeń jest w przybliżeniu równy całej Ziemi. Jednocześnie, w przeciwieństwie do innych elementów wewnętrznej struktury, ma dwukrotnie większą gęstość niż Błękitna Planeta.
Rdzeń jest pokryty, jak już wspomniano, płaszczem. Jego skład jest pod wieloma względami podobny do atmosferycznego: tutajobecne są amoniak, metan, woda. Warstwa ta ma masę piętnastu ziemskich, podczas gdy jest mocno nagrzana (do 5000 K). Płaszcz nie ma wyraźnej granicy, a atmosfera planety Neptun płynnie w nią wpływa. Górną część struktury stanowi mieszanina helu i wodoru. Płynna przemiana jednego pierwiastka w drugi i nieostre granice między nimi to cechy charakterystyczne dla wszystkich gazowych gigantów.
Problemy z badaniami
Wnioski na temat atmosfery Neptuna, która jest typowa dla jego budowy, opierają się w dużej mierze na już uzyskanych danych dotyczących Urana, Jowisza i Saturna. Oddalenie planety od Ziemi znacznie utrudnia jej badanie.
W 1989 roku sonda kosmiczna Voyager 2 przeleciała w pobliżu Neptuna. Było to jedyne spotkanie lodowego giganta z ziemskim posłańcem. Jego płodność jest jednak oczywista: to właśnie ten statek dostarczył nauce większości informacji o Neptunie. W szczególności Voyager 2 odkrył duże i małe ciemne plamy. Oba wyczernione obszary były wyraźnie widoczne na tle błękitnej atmosfery. Do tej pory nie jest jasne, jaki jest charakter tych formacji, ale zakłada się, że są to prądy wirowe lub cyklony. Pojawiają się w wyższych warstwach atmosfery i okrążają planetę z dużą prędkością.
Ruch ciągły
Wiele parametrów określa obecność atmosfery. Neptuna charakteryzuje nie tylko niezwykła barwa, ale także nieustanny ruch powodowany przez wiatr. Prędkość, z jaką chmury krążą wokół równika, przekracza tysiąc kilometrów na godzinę. Jednocześnie poruszają się w kierunku przeciwnym do obrotu samego Neptuna wokół osi. Jednocześnie planeta obraca się jeszcze szybciej: pełny obrót zajmuje tylko 16 godzin i 7 minut. Dla porównania: jedna rewolucja wokół Słońca trwa prawie 165 lat.
Kolejna tajemnica: prędkość wiatru w atmosferze gazowych olbrzymów wzrasta wraz z odległością od Słońca i osiąga szczyt na Neptunie. Zjawisko to nie zostało jeszcze udowodnione, podobnie jak niektóre cechy temperatury planety.
Dystrybucja ciepła
Pogoda na planecie Neptun charakteryzuje się stopniową zmianą temperatury w zależności od wysokości. Ta warstwa atmosfery, w której znajduje się warunkowa powierzchnia, w pełni odpowiada drugiej nazwie ciała kosmicznego (planeta lodowa). Temperatura tutaj spada do prawie -200 ºC. Jeśli zejdziesz z powierzchni wyżej, nastąpi zauważalny wzrost ciepła do 475º. Naukowcy nie znaleźli jeszcze godnego wyjaśnienia takich różnic. Neptun ma mieć wewnętrzne źródło ciepła. Taki „grzejnik” powinien wytwarzać dwa razy więcej energii, niż dociera na planetę ze Słońca. Ciepło z tego źródła w połączeniu z energią pochodzącą tu z naszej gwiazdy jest prawdopodobnie przyczyną silnych wiatrów.
Jednak ani światło słoneczne, ani wewnętrzny „grzejnik” nie są w stanie podnieść temperatury na powierzchni, tak że odczuwalna jest tutaj zmiana pór roku. I choć inne warunki ku temu są spełnione, to na Neptunie nie sposób odróżnić zimy od lata.
Magnetosfera
Badania sondy Voyager 2 pomogły naukowcom wiele dowiedzieć się o polu magnetycznym Neptuna. Bardzo różni się od ziemskiej: źródło znajduje się nie w jądrze, ale w płaszczu, dzięki czemu oś magnetyczna planety jest znacznie przesunięta w stosunku do jej środka.
Jedną z funkcji pola jest ochrona przed wiatrem słonecznym. Kształt magnetosfery Neptuna jest bardzo wydłużony: linie ochronne w tej części planety, która jest oświetlona, znajdują się w odległości 600 tys. km od powierzchni, a po przeciwnej stronie – ponad 2 mln km.
Voyager zarejestrował niespójność natężenia pola i położenia linii magnetycznych. Takie właściwości planety również nie są jeszcze w pełni wyjaśnione przez naukę.
Pierścionki
Pod koniec XIX wieku, kiedy naukowcy nie szukali już odpowiedzi na pytanie, czy na Neptunie jest atmosfera, pojawiło się przed nimi kolejne zadanie. Trzeba było wyjaśnić, dlaczego na drodze ósmej planety gwiazdy zaczęły zanikać dla obserwatora nieco wcześniej niż zbliżał się do nich Neptun.
Problem został rozwiązany dopiero po prawie stuleciu. W 1984 roku, przy pomocy potężnego teleskopu, udało się przyjrzeć się najjaśniejszemu pierścieniowi planety, nazwanemu później imieniem jednego z odkrywców Neptuna – Johna Adamsa.
Dalsze badania ujawniły kilka podobnych formacji. To oni zamknęli gwiazdy na ścieżce planety. Dzisiaj astronomowie uważają, że Neptun ma sześć pierścieni. Zawierają kolejną tajemnicę. Pierścień Adamsa składa się z kilku łuków znajdujących się na niektórychodległość od siebie. Powód tego umieszczenia jest niejasny. Niektórzy badacze są skłonni sądzić, że siła pola grawitacyjnego jednego z satelitów Neptuna, Galatei, utrzymuje je w tej pozycji. Inni podają ważki kontrargument: jego rozmiar jest tak mały, że z trudem poradziłby sobie z zadaniem. Być może w pobliżu jest jeszcze kilka nieznanych satelitów pomagających Galatei.
Ogólnie rzecz biorąc, pierścienie planety są gorszym widokiem pod względem imponowania i piękna niż podobne formacje Saturna. Nie ostatnią rolę w nieco nudnym wyglądzie odgrywa kompozycja. Pierścienie zawierają głównie kawałki lodu metanowego pokryte związkami krzemu, które dobrze pochłaniają światło.
Satelity
Neptun jest właścicielem (według najnowszych danych) 13 satelitów. Większość z nich jest niewielkich rozmiarów. Tylko Triton ma znakomite parametry, który jest tylko nieznacznie gorszy średnicą od Księżyca. Skład atmosfery Neptuna i Trytona jest inny: satelita ma powłokę gazową z mieszaniny azotu i metanu. Substancje te nadają planecie bardzo ciekawy wygląd: zamrożony azot z inkluzjami z lodu metanowego tworzy prawdziwą burzę kolorów na powierzchni w pobliżu bieguna południowego: przelewy koloru żółtego łączą się z bielą i różem.
Tymczasem los przystojnego Tritona nie jest tak różowo. Naukowcy przewidują, że zderzy się z Neptunem i zostanie przez niego pochłonięty. W rezultacie ósma planeta stanie się właścicielem nowego pierścienia, porównywalnego jasnością z formacjami Saturna, a nawet przed nimi. Pozostałe satelity Neptuna są znacznie gorsze od Trytona, niektóre z nichnie ma jeszcze nawet nazwy.
Ósma planeta Układu Słonecznego w dużej mierze odpowiada swojej nazwie, na której wybór wpłynęła również obecność atmosfery – Neptun. Jego skład przyczynia się do pojawienia się charakterystycznego niebieskiego koloru. Neptun pędzi przez niezrozumiałą dla nas przestrzeń, niczym bóg mórz. I podobnie jak głębiny oceaniczne, ta część kosmosu, która zaczyna się za Neptunem, ma przed człowiekiem wiele tajemnic. Naukowcy przyszłości jeszcze ich nie odkryli.
