Odkar je bil Neptun odkrit sredi 19. stoletja, je bil vedno planet skrivnosti. Ker je planet najbolj oddaljen od našega Sonca, ga je obiskala le ena robotska misija. In še vedno je veliko neodgovorjenih vprašanj o tem, kakšna mehanika poganja njegovo notranjost. Kljub temu je tisto, kar smo se o planetu naučili v zadnjih nekaj desetletjih, precejšnje.
Na primer, zahvaljujoč Potovanje 2 sondo in več raziskav z uporabo zemeljskih instrumentov, je znanstvenikom uspelo pridobiti precej dobro razumevanje Neptunove strukture in sestave. Poleg tega, da vedo, kaj sestavlja njegovo atmosfero, so planetarni modeli napovedali tudi, kako izgleda notranjost planeta. Iz česa je torej sestavljen Neptun?
Struktura in sestava:
Neptun, tako kot preostale plinaste velikanke v Osončju, je mogoče razdeliti na različne plasti. Sestava Neptuna se spreminja glede na to, katero od teh plasti gledate. Najbolj zunanja plast Neptuna je atmosfera, ki tvori približno 5-10 % mase planeta in se razteza do 20 % vse do njegovega jedra.
Sestava in notranja struktura Neptuna. Zasluge: NASA
Pod atmosfero je velik planetov plašč. To je pregreto tekoče območje, kjer lahko temperature dosežejo tudi do 2.000 do 5.000 K (1727 – 4727 °C; 3140 – 8540 °F). Plašč je enak 10-15 zemeljskim masam in je bogat z vodo, amoniakom in metanom. Ta mešanica se imenuje ledena, čeprav je vroča, gosta tekočina in jo včasih imenujejo 'vodno-amoniak ocean'.
V nižjih predelih ozračja najdemo vse večje koncentracije metana, amoniaka in vode. Za razliko od Urana ima Neptunova sestava večji volumen oceana, medtem ko ima Uran manjši plašč. Tako kot drugi plinski/ledeni velikani naj bi imel Neptun trdno jedro, katerega sestava je še vedno predmet ugibanja. Vendar pa je teorija, da je kamnita in bogata s kovinami, skladna s trenutnimi teorijami nastajanja planetov.
V skladu s temi teorijami je jedro Neptuna sestavljeno iz železa, niklja in silikatov, pri čemer mu notranji model daje maso približno 1,2-krat večjo od mase Zemlje. Tlak v središču je ocenjen na 7 Mbar (700 GPa), kar je približno dvakrat višje od tistega v središču Zemlje in s temperaturami do 5.400 K. Na globini 7000 km so lahko razmere takšne, da metan se razgradi v diamantne kristale, ki dežujejo kot toča.
Zaradi manjše velikosti in višjih koncentracij hlapnih snovi glede na Jupiter in Saturn se Neptun (podobno kot Uran) pogosto imenuje 'ledeni velikan' - podrazred velikanskega planeta. Tako kot Uran se tudi Neptunova notranja struktura razlikuje med kamnitim jedrom, sestavljenim iz silikatov in kovin; plašč, sestavljen iz vode, amoniaka in metanskega ledu; in atmosfera, sestavljena iz vodika, helija in plina metana.
Uran in Neptun, ledena velikanska planeta Osončja. Zasluge: Wikipedia Commons
Neptunovo ozračje:
Neptunova atmosfera tvori približno 5 % do 10 % njegove mase in se razteza morda 10 % do 20 % poti proti jedru, kjer doseže tlak približno 10 GPa – ali približno 100.000-krat večji od zemeljskega ozračja. Na velikih nadmorskih višinah je Neptunova atmosfera 80 % vodika in 19 % helija, z sledovimi metana.
Tako kot pri Uranu je tudi ta absorpcija rdeče svetlobe z atmosferskim metanom del tistega, kar daje Neptunu modri odtenek, čeprav je Neptunov temnejši in bolj živ. Ker je vsebnost metana v atmosferi Neptuna podobna tisti v Uranu, naj bi neka neznana atmosferska sestavina prispevala k bolj intenzivnemu obarvanju Neptuna.
Neptunova atmosfera je razdeljena na dve glavni regiji: spodnjo troposfero (kjer temperatura pada z višino) in stratosfero (kjer temperatura narašča z višino). Meja med obema, tropopavza, leži pri tlaku 0,1 bara (10 kPa). Stratosfera se nato umakne termosferi pri tlaku, nižjem od 10-5do 10-4mikrobarov (1 do 10 Pa), ki postopoma prehaja v eksosfero.
Neptunovi spektri kažejo, da je njegova spodnja stratosfera meglena zaradi kondenzacije produktov, ki nastanejo zaradi interakcije ultravijoličnega sevanja in metana (tj. fotoliza), ki proizvaja spojine, kot sta etan in etin. Stratosfera je tudi dom sledovih ogljikovega monoksida in vodikovega cianida, ki sta odgovorna za to, da je Neptunova stratosfera toplejša od Uranove.
Barvna in kontrastno spremenjena slika, ki poudari Neptunove atmosferske značilnosti. Neptunova velika temna pega izstopa kot najvidnejša značilnost na levi. Zasluge: Erich Karkoschka
Zaradi razlogov, ki ostajajo nejasni, termosfera planeta doživlja nenavadno visoke temperature okoli 750 K (476,85 °C/890 °F). Planet je predaleč od Sonca, da bi to toploto lahko ustvarilo ultravijolično sevanje, kar pomeni, da je vključen drug mehanizem ogrevanja – to je lahko interakcija atmosfere z ioni v magnetnem polju planeta ali gravitacijski valovi iz notranjosti planeta, ki se razpršijo v ozračje.
Ker Neptun ni trdno telo, je njegova atmosfera podvržena diferencialni rotaciji. Široko ekvatorialno območje se vrti z obdobjem približno 18 ur, kar je počasneje od 16,1-urnega vrtenja magnetnega polja planeta. Nasprotno pa obratno velja za polarna območja, kjer je obdobje vrtenja 12 ur.
Ta diferencialna rotacija je najbolj izrazita od vseh planetov v Osončju in ima za posledico močan zemljepisni strig vetra in silovite nevihte. Vse tri najbolj impresivne je leta 1989 opazila vesoljska sonda Voyager 2, nato pa jih je poimenovala glede na njihov videz.
Prva je bila opažena velika anticiklonska nevihta, ki meri 13.000 x 6.600 km in je podobna Velika rdeča pega Jupitra. Znan kot Velika temna točka , te nevihte niso opazili pet pozneje (2. november 1994), ko jo je vesoljski teleskop Hubble iskal. Namesto tega so na severni polobli planeta našli novo nevihto, ki je bila po videzu zelo podobna, kar kaže, da imajo te nevihte krajšo življenjsko dobo kot Jupitrove.
Rekonstrukcija slik Voyagerja 2, ki prikazuje veliko črno točko (zgoraj levo), skuter (na sredini) in majhno črno točko (spodaj desno). Zasluge: NASA/JPL
The Skuter je še ena nevihta, skupina belih oblakov, ki se nahaja južneje od Velike temne pege. Ta vzdevek se je prvič pojavil v mesecih predPotovanje 2srečanje leta 1989, ko so opazili, da se skupina oblakov premika s hitrostjo, ki je hitrejša od Velike temne pege.
The Majhna temna pega , južna ciklonska nevihta, je bila druga najintenzivnejša nevihta, opažena med srečanjem leta 1989. Sprva je bilo popolnoma temno; ampak kotPotovanje 2približal planetu, se je razvilo svetlo jedro in ga je bilo mogoče videti na večini slik z najvišjo ločljivostjo.
raziskovanje:
ThePotovanje 2sonda je edino vesoljsko plovilo, ki je kdaj obiskalo Neptun. Najbližje približevanje vesoljskega plovila planetu se je zgodilo 25. avgusta 1989, kar se je zgodilo na razdalji 4.800 km (3.000 milj) nad Neptunovim severnim polom. Ker je bil to zadnji večji planet, ki ga je vesoljsko plovilo lahko obiskalo, je bilo odločeno, da se bo luna Triton obletela blizu – podobno kot je bilo storjeno za Potovanje 1' s srečanjem z Saturn in njena luna Titan .
Vesoljsko plovilo je izvedlo skorajšnje srečanje z luno Nereido, preden se je 25. avgusta približalo 4.400 km od Neptunove atmosfere, nato pa je pozneje istega dne prešlo blizu največje lune planeta Triton. Vesoljsko plovilo je preverilo obstoj magnetnega polja, ki obdaja planet, in odkrilo, da je polje odmaknjeno od središča in nagnjeno na podoben način kot polje okoli Urana.
Neptunovo obdobje vrtenja je bilo določeno z meritvami radijskih emisij inPotovanje 2je tudi pokazalo, da ima Neptun presenetljivo aktiven vremenski sistem. Med preletom so odkrili šest novih lun in pokazalo se je, da ima planet več kot en obroč.
Čeprav trenutno ni načrtovana nobena misija na Neptun, so bile predlagane nekatere hipotetične misije. Nasa je na primer predvidela možno vodilno misijo, ki bo potekala nekje v poznih 2020-ih ali zgodnjih 2030-ih. Drugi predlogi vključujejo možno Cassini-Huygens v stilu 'Neptune Orbiter with Probes', ki je bil predlagan že leta 2003.
Še en, novejši predlog Nase je bil za Argo – preletno vesoljsko plovilo, ki bi ga izstrelili leta 2019, ki bi obiskalo Jupiter, Saturn, Neptun in objekt Kuiperjevega pasu. Poudarek bi bil na Neptunu in njegovi največji luni Triton, ki bi jo raziskali okoli leta 2029.
Glede na oddaljenost od Zemlje ni skrivnost, zakaj nam transneptunsko območje ostaja skrivnostno. V prihodnjih desetletjih naj bi tja potovalo več predlaganih misij in raziskalo bogato populacijo ledenih teles in orjaški planet, po katerem je dobil ime. Iz teh študij se bomo verjetno veliko naučili o Neptunu in zgodovini Osončja.
Napisali smo veliko zanimivih člankov o Neptun na Universe Today. tukaj Kdo je odkril Neptun? , Kakšna je površina Neptuna? , Kakšna je temperatura površine Neptuna? , Koliko lun ima Neptun? , Kakšno je ozračje Neptuna? , Kakšne barve je Neptun? , Neptunova orbita: kako dolgo je leto na Neptunu?
Če želite več informacij o Neptunu, si oglejte Hubblesiteove novice o Neptunu , in tukaj je povezava do NASA-in vodnik za raziskovanje sončnega sistema Neptuna .
Posneli smo celotno epizodo Astronomy Cast samo o Neptunu. Lahko ga poslušate tukaj, Epizoda 63: Neptun .
Viri: