Наша Сонячна система - це захоплююче місце. Між його вісьмома планетами і багатьма карликовими планетами існують серйозні відмінності з точки зору орбіти, складу та температури. Тоді як умови всередині Сонячної системи, де планети земні у природі можуть стати досить гарячими, планети, які обертаються за межами Лінія морозу – там, де досить холодно, щоб леткі речовини (наприклад, вода, аміак, метан, CO та CO²) конденсувалися в тверді речовини – може сильно замерзнути!
Саме в цьому середовищі ми знаходимося Нептун , найвіддаленіша (і, отже, найхолодніша) планета Сонячної системи. Хоча цей газовий/крижаний гігант не має «поверхні», про яку можна говорити, були проведені земні дослідження та обльоти, завдяки яким вдалося отримати точні вимірювання температури у верхніх шарах атмосфери планети. Загалом, температура на планеті становить приблизно від 55 К (-218 °C; -360 °F) до 72 К (-200 °C; -328 °F), що робить її найхолоднішою планетою в Сонячній системі.
Орбітальні характеристики:
З усіх планет Сонячної системи Нептун обертається навколо Сонця на найбільшій середній відстані. Маючи дуже незначний ексцентриситет (0,0086), він обертається навколо Сонця навколо великої півосі приблизно 30,11 а.о.9км) в перигелії і 30,33 а.о. (4,537 x 109км) в афелії.
Нептун і багатий крижаними астероїдами пояс Койпера, який лежить за його орбітою. Авторство: NASA
Нептуну потрібно 16 годин 6 хвилин і 36 секунд (0,6713 днів), щоб здійснити один сидеричний оберт, і 164,8 земних років, щоб здійснити один оберт навколо Сонця. Це означає, що один день триває на 67% більше на Нептуні, тоді як рік еквівалентний приблизно 60 190 земних днів (або 89 666 нептунівських днів).
Оскільки осьовий нахил Нептуна (28,32°) подібний до нахилу Землі (~23°) і Марса (~25°), планета відчуває подібні сезонні зміни. У поєднанні з його довгим орбітальним періодом це означає, що сезони тривають протягом сорока земних років. Крім того, осьовий нахил планет також призводить до коливань тривалості дня, а також коливань температури між північною та південною півкулями (див. нижче).
Температура «поверхні»:
Через їх склад визначити температуру поверхні на газових або крижаних гігантах (порівняно з планетами земної групи чи супутниками) технічно неможливо. У результаті астрономи покладалися на вимірювання, отримані на висотах, де атмосферний тиск дорівнює 1 бару (або 100 кілопаскалям), що еквівалентно тиску повітря на Землі на рівні моря.
Колірна фотографія, що показує особливості атмосфери Нептуна. Авторство: Еріх Каркошка
Саме тут, на Нептуні, трохи нижче хмар верхнього рівня, тиск досягає від 1 до 5 барів (100-500 кПа). Також на цьому рівні температура досягає рекордно високого рівня в 72 К (-201,15 °C; -330 °F). При цій температурі умови сприятливі для конденсації метану, і, як вважають, утворюються хмари аміаку та сірководню (саме це надає Нептуну його характерне темно-блакитне забарвлення).
Але, як і у всіх газових і крижаних гігантів, температури на Нептуні змінюються через глибину і тиск. Коротше кажучи, чим глибше заглиблюється в Нептун, тим спекотніше він стає. У своїй основі Нептун досягає температури до 7273 К (7000 °C; 12632 °F), що можна порівняти з поверхнею Сонця. Величезні перепади температур між центром Нептуна та його поверхнею створюють величезні вітрові шторми, які можуть досягати 2100 км/год, що робить їх найшвидшими в Сонячній системі.
Температурні аномалії та коливання:
У той час як на Нептуні в середньому найнижчі температури в Сонячній системі, дивною аномалією є південний полюс планети. Тут на 10 градусів К тепліше, ніж на решті планети. Ця «гаряча точка» виникає через те, що південний полюс Нептуна зараз відкритий для Сонця. Оскільки Нептун продовжує свою подорож навколо Сонця, положення полюсів зміниться. Тоді північний полюс стане теплішим, а південний похолодає.
Більш різноманітна погода Нептуна порівняно з Ураном частково пояснюється його більш високим внутрішнім нагріванням, що особливо бентежить вчених. Незважаючи на те, що Нептун розташований на 50% далі від Сонця, ніж Уран, і отримує лише 40% сонячного світла, температури поверхні обох планет приблизно рівні.
Чотири зображення Нептуна, зроблені космічним телескопом Хаббл з інтервалом у кілька годин 25-26 червня 2011 р. Авторство зображення: NASA, ESA та команда Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Глибше всередині шарів газу температура неухильно зростає. Це узгоджується з Ураном, але, як не дивно, розбіжність більше. Уран випромінює лише в 1,1 раза більше енергії, ніж він отримує від Сонця, тоді як Нептун випромінює приблизно в 2,61 раза більше. Нептун — найвіддаленіша планета від Сонця, але його внутрішньої енергії достатньо, щоб керувати найшвидшими планетарними вітрами в Сонячній системі. Механізм цього залишається невідомим.
І хоча зафіксовано зниження температури на Плутоні – до 33 К (-240 °C; -400 °F), – статус Плутона як карликова планета означає, що він більше не належить до того ж класу, що й інші. Таким чином, Нептун залишається найхолоднішою планетою з восьми.
Ми написали багато статей про Нептун тут на Universe Today. Ось Газовий (і крижаний) гігант Нептун , Яка поверхня Нептуна? , 10 цікавих фактів про Нептун , і Кільця Нептуна .
Якщо ви хочете більше інформації про Нептун, перегляньте Релізи новин Hubblesite про Нептун , а ось посилання на Посібник NASA з дослідження Сонячної системи Нептуна .
Ми записали цілий епізод Astronomy Cast саме про Нептун. Ви можете послухати його тут, Епізод 63: Нептун .