Нептун

Нептун — восьма планета Сонячної системи, середня відстань від Сонця 30,06 а. о. (4500 млн км), період обертання навколо Сонця 164,8 року, період обертання навколо осі — 17,8 годин, екваторіальний діаметр 49 500 км, маса 1,03×10²⁶ кг, склад атмосфери: CH₄, H₂, He. Відкритий в 1846 р. Йоганном Галле та його помічником Генріхом д’Аррестом за теоретичними прогнозами Урбена Левер’є та Джона Адамса. Значна віддаленість Нептуна від Землі істотно обмежує можливості його дослідження.

Нептун рухається навколо Сонця по еліптичній, близькій до круга (ексцентриситет — 0,009) орбіті; його середня відстань від Сонця в 30,058 разів більша, ніж у Землі, що складає приблизно 4500 млн км. Це означає, що світло від Сонця доходить до Нептуна трохи більше, ніж за 4 години. Тривалість року, тобто час одного повного оберту навколо Сонця, складає 164,8 земних років. Екваторіальний радіус планети — 24 750 км, що майже в чотири рази перевищує радіус Землі, при цьому власне обертання настільки швидке, що доба на Нептуні триває всього 17,8 годин. Хоча середня щільність Нептуна, яка дорівнює 1,67 г/см³, майже втричі менша земної, його маса через великі розміри планети в 17,2 рази більша, ніж маса Землі. Нептун виглядає на небі як зірка 7,8 зоряної величини (недоступна неозброєному оку); при сильному збільшенні має вид зеленуватого диска, позбавленого яких-небудь деталей. Нептун володіє магнітним полем, напруженість якого на полюсах приблизно удвічі більша, ніж на Землі.

Температура поверхневих областей — близько 38 K, але в міру наближення до центру планети вона зростає до (12 — 14)×10³ K при тиску 7-8 мегабар.

Зі всіх елементів на Нептуні переважають водень і гелій, приблизно в такому ж співвідношенні, як і на Сонці: на один атом гелію припадає близько 20 атомів водню. У незв’язаному стані водню на Нептуні значно менше, ніж на Юпітері та Сатурні. Присутні також інші елементи, в основному легкі. На Нептуні, як і на інших планетах-гігантах, відбулася багатошарова диференціація речовини, в процесі якої утворилася протяжна крижана оболонка, як на Урані. За теоретичними оцінками, присутня і мантія, і ядро. Маса ядра разом з крижаною оболонкою згідно розрахунковим моделям може досягати 90% всієї маси планети.

Біля Нептуна рухається свита супутників. Найбільший з них — Тритон — має радіус 1600 км, що всього на 138 км менше радіуса Місяця, хоча його маса на порядок менша. Інші великі супутники — Протей і Нереїда — мають радіуси 200 км і 170 км та в 20 000 разів менші за масою, ніж Місяць.

Після прольоту „Вояджера-2” у 1989 році повз планету найбільш відомою деталлю на Нептуні стала Велика Темна Пляма в південній півкулі. Вона вдвічі менша за Велику Червону Пляму Юпітера (тобто в діаметрі приблизно дорівнює діаметру Землі). Вітри Нептуна несли Велику Темну Пляму на захід зі швидкістю 300 метрів за секунду. „Вояджер-2” також побачив меншу темну пляму в південній півкулі і невелику непостійну білу хмару. Вона могла бути потоком, що відходить від нижніх прошарків атмосфери до верхніх, але справжня її природа залишається загадкою.

Цікаво, що спостереження в 1994 році показали, що Велика Темна Пляма зникла. Вона або просто розсіялась, або до певного часу її закрили інші частини атмосфери. Через декілька місяців було виявлено нову Темну Пляму в північній півкулі Нептуна. Це вказує на те, що атмосфера Нептуна змінюється швидко, можливо через легкі зміни в температурах верхніх і нижніх хмар.

Історія відкриття планети схожа на детектив. Після того, як в 1781 році Вільям Гершель відкрив Уран і розрахував параметри його орбіти, незабаром виявилися загадкові аномалії в русі цієї планети: вона то „відставала” від розрахунків, то їх „випереджала”. Орбіта Урана не відповідала закону Ньютона. Це і навело на думку про існування ще однієї планети за Ураном, що могла б своїм гравітаційним тяжінням спотворювати орбіту планети Уран.

В 1832 році у звіті Британської Асоціації розвитку науки Джордж Ері, який згодом став королівським астрономом, відзначав, що за 11 років помилка в положенні Урана досягла майже півхвилини дуги. Незабаром після опублікування звіту Ері одержав від Британського астронома-аматора, преподобного доктора Хасея, лист, у якому висувалося припущення, що ці аномалії зумовлені впливом поки ще невідкритої „зауранової” планети. Очевидно, це було першою пропозицією шукати планету. Ері не схвалив ідею Хасея, і пошуки не були розпочаті.

А ще за рік до цього талановитий молодий студент Джон Адамс відзначив у своїх записах: „На початку цього тижня з’явивилася думка зайнятися відразу ж після одержання ступеня дослідженням аномалій в орбіті Урана, що дотепер не пояснені. Треба з’ясувати, чи можуть вони бути зумовлені впливом невідкритої планети і, якщо можливо, визначити хоча б приблизно елементи її орбіти, що може призвести до її відкриття”.

Адамс одержав можливість приступити до розв’язання цієї задачі тільки через два роки, і до жовтня 1843 р. попередні обчислення були закінчені. Адамс вирішив показати їх Ері, проте зустрітися з королівським астрономом йому не вдалося. Адамсу залишалося лише повернутися в Кембрідж, залишивши для Ері результати проведених розрахунків. З незрозумілих причин Ері відреагував на роботу Адамса негативно, ціною чого виявилася втрата Англією пріоритету у відкритті нової планети.

Незалежно від Адамса над проблемою зауранової планети працював у Франції інший вчений, Урбен Левер’є. 10 листопада 1845 р. він представив у Французькій Академії Наук результати свого теоретичного аналізу руху Урана, звернувши увагу на розбіжності між даними спостережень і розрахунків: „Це можна пояснити впливом зовнішнього чинника, що я оціню в другому тракті”. Такі оцінки були проведені в першій половині 1846 р. і Левер’є виступив з вказівкою де варто шукати нову планету.

Отримавши другий тракт Левер’є, Ері звернув увагу на дуже близький збіг результатів досліджень Адамса і Левер’є, що стосуються руху гаданої планети, яка „збурює” орбіту Урана, і навіть підкреслив це на спеціальному засіданні Ради інспекторів Грінвіча. Але він, як і раніше, не поспішав починати пошуки і став клопотатися про них лише в липні 1846 р., зрозумівши, яке згодом обурення може викликати його пасивність.

Тим часом Левер’є 31 серпня 1846 р. закінчив ще одне дослідження, у якому була отримана остаточна система елементів орбіти шуканої планети і зазначене її місце на небі. Але у Франції, як і в Англії, астрономи все ніяк не приступали до пошуків, і 18 вересня Левер’є звернувся до Йоганна Гале, асистента Берлінської обсерваторії, який 23 вересня разом із студентом Даре розпочав пошуки. Їх обчислення базувалися на результатах спостережень Юпітера, Сатурна і самого Урана. У перший же вечір планета була виявлена, вона знаходилася зовсім близько від розрахованого місця. Звістка про відкриття планети „на кінчику пера”, що стала одним з найяскравіших тріумфів небесної механіки, незабаром облетіла весь науковий світ. За традицією планета одержала назву Нептун, на честь античного бога.

Близько року між Францією та Англією йшла боротьба за пріоритет відкриття, до якої, як це часто буває, самі герої безпосереднього відношення не мали. Зокрема, між Адамсом і Левер’є встановилося повне порозуміння, і вони залишалися друзями до кінця життя.