Zdjęcie w tle: Justin Cowart

• Typ planety: gazowy olbrzym
• Masa: 1,024 x 10²⁶ kg
• Średni promień: 24 622 km
• Mimośród orbity: 0,0087
• Półoś wielka: 4,515 x 10⁹ km
• Okres orbitalny: 60 189 dni
• Liczba księżyców: 14

Struktura wewnętrzna

W strukturze wewnętrznej Neptuna zostały wydzielone dwie główne warstwy – płaszcz oraz jądro. Płaszcz bogaty jest w wodę, amoniak oraz metan. Ze względu na bardzo wysokie ciśnienie oraz wysoką temperaturę (od 2000 K do 5000 K) panującą w tym rejonie, mieszanina tych cząsteczek przyjmuję stan nadkrytyczny, w którym zanika różnica gęstości pomiędzy fazą ciekłą i gazową. Substancja ta cechuję się bardzo wysokim przewodnictwem elektrycznym i jest również nazywana oceanem wodno-amoniakalnym. W płaszczu niekiedy występuję również warstwa wody jonowej, gdzie cząsteczki wody rozpadają się na zupę jonów wodoru i tlenu. W jeszcze głębszych rejonach płaszczu, możemy zaobserwować wystąpienie wody superjonowej, czyli fazy, w której tlen ulega krystalizacji, a jony wodoru swobodnie poruszają się w jego sieci krystalicznej. Na głębokości około 7000 km metan rozpada się, tworząc kryształy diamentu, które spadają w głąb płaszcza jak grad. Jądro Neptuna prawdopodobnie składa się z żelaza, niklu oraz krzemianów.

NASA/Pbroks13 (redraw)

Diagram budowy Neptuna; 1 – górna atmosfera; 2 – atmosfera składająca się z wodoru, helu i metanu; 3 – płaszcz; 4 – jądro.

Atmosfera

W górnych warstwach, atmosfera Neptuna składa się w 80% z wodoru i w 19% z helu. Obecne są również w niej śladowe ilości metanu. Ponieważ metan bardzo intensywnie absorbuje czerwone światło, to jemu Neptun zawdzięcza swoją niebieską barwę. Atmosfera Neptuna dzieli się na dwa główne rejony – troposferę (dolną) i stratosferę (górną). Troposfera Neptuna poprzetykana jest licznymi chmurami, których skład zależy od wysokości, na jakiej są położone. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy są różne warunki ciśnieniowe i temperaturowe w każdej z warstw troposfery. Chmury najwyższego poziomu składają się ze skondensowanego metanu. Inne, położone trochę niżej w swoim składzie posiadają znaczące ilości amoniaku i siarkowodoru. W jeszcze niższych partiach troposfery mogą formować się chmury lodowe. Na Neptunie występują również pasma chmur, które kondensują się na bardzo dużych wysokościach. Mają one szerokość od 50 do 150 km oraz znajdują się co najmniej 50 km powyżej zwykłej warstwy chmur. Omawiane pasma pojawiają się na stałych szerokościach geograficznych. Trzydzieści lat obserwacji za pomocą teleskopu Hubble’a wykazały, że aktywność chmur Neptuna związana jest z cyklami słonecznymi. Zjawiska pogodowe występują jedynie w troposferze Neptuna. Region ten charakteryzuję się powstawaniem niezwykle dynamicznych układów burzowych z wiatrami przekraczającymi prawie dwukrotnie prędkość dźwięku. Przykładami burz na Neptunie jest Wielka Ciemna Plama oraz Mała Ciemna Plama, które występują w dolnych warstwach troposfery i ukazują się jako dziury w górnych warstwach chmur. Twory podobnego typu mogą utrzymywać się przez kilka miesięcy, dlatego uważa się, że są strukturami wirowymi. Poprzez dokładne obserwacje chmur towarzyszących sądzi się również, że niektóre z ciemnych plam mogą wciąż istnieć jako cyklony, pomimo że nie są już bezpośrednio widoczne na powierzchni planety. Stratosfera stanowi warstwę atmosfery ulokowaną nad troposferą. Obserwacje wykazały, że jest ona lekko zamglona z powodu kondensacji etanu i acetylenu, które stanowią produkty przemian metanu. W stratosferze można również zaobserwować śladowe ilości tlenku węgla i cyjanowodoru.

NASA/Jet Propulsion Lab

Chmury w górnych warstwach atmosfery Neptuna.

Historia odkrycia

Rysunki Galileusza z 1612 oraz 1613 roku, zrobione na podstawie obserwacji teleskopem, zawierają naszkicowane punkty, które dobrze pasują do pozycji Neptuna w tamtym czasie. Jednakże najprawdopodobniej w obu przypadkach Galileusz pomylił Neptuna z gwiazdą, dlatego nie przypisuje mu się jego odkrycia. W 1821 roku Alexis Bouvard opublikował tablice astronomiczne orbity Urana. Późniejsze obserwacje ujawniły znaczne odchylenia od teoretycznie przewidzianych wartości. Na tej podstawie Bouvard wysunął hipotezę, że nieznane ciało zaburza orbitę poprzez swoje oddziaływanie grawitacyjne. W 1843 roku John Couch Adams, korzystając z danych o orbicie Urana, obliczył hipotetyczną orbitę ósmej planety. Niezależnie od Adamsa, astronom Urbain Le Verrier opracował własne obliczenia, które okazały się zadziwiająco podobne do tych Adamsa. James Challis, a następnie Johann Galle przystąpili do poszukiwań planety. Ostatecznie Johann Galle wraz z Heinrichem d’Arrest, ówczesnym studentem pracującym w obserwatorium, odnaleźli planetę w okolicach przewidywanych przez Adamsa i Verriera. Challis, który rozpoczął poszukiwania przed nimi, uświadomił sobie później, że dwukrotnie obserwował Neptuna, jednak nie zdawał sobie z tego sprawy z powodu swojego niestarannego podejścia. Ostatecznie zgodzono się, aby za równorzędnych odkrywców nowej planety uznać La Verriera i Adamsa. Ostatnio coraz częściej podnoszone są głosy, jakoby obliczenia Adamsa były mocno niedokładne, a on sam nie interpretował ich jako realnych dowodów na występowanie w tamtym obszarze nowej planety. Neptun jest jedyną planetą Układu Słonecznego, której istnienie wykazano na drodze obliczeń matematycznych.

NASA/Voyager 2 Team

Wielka Ciemna Plama i Mała Ciemna Plama na powierzchni Neptuna.

Voyager 2

Neptun do dzisiaj pozostaje szeroko niezbadaną planetą. Większość danych o niej posiadamy z obserwacji przez teleskopy naziemne i kosmiczne. Jedyną misję kosmiczną, której obiektem badań był Neptun, stanowi misja sondy Voyager 2. Co prawda nie była to misja od początku dedykowana eksploracji 8 planety. Sonda pierwotnie badała Jowisza i Saturna, a po udanym przelocie koło nich, NASA zgodziła się na przedłużenie misji aż do Neptuna. Sonda kosmiczna rozpoczęła wykonywanie zdjęć nawigacyjnych Neptuna w maju 1988 roku. 5 czerwca 1989 roku rozpoczęto fazę zbierania danych, która zakończyła się 2 października tego samego roku. Sonda przez te kilka miesięcy badała atmosferę, magnetosferę, pierścienie oraz księżyce Neptuna. Do dziś dane z misji Voyagera 2 są jednymi z najlepszych, dostępnych informacji o tej planecie.

NASA, ESA, Erandi Chavez (UC Berkeley), Imke de Pater (UC Berkeley)

Chmury na Neptunie przez trzy dekady (1994-2020).

Przyszłe Misje

Aktualnie niestety nie istnieją żadne potwierdzone, przyszłe misje na Neptuna. Są jednak aktywne plany misji i istnieją pewne szanse, że uda je się zrealizować w dalszej przyszłości. Przykładem takiej misji jest Interstellar Express, której głównym celem będzie eksploracja heliosfery oraz przestrzeni międzygwiezdnej. Sonda IHP-2, która będzie brała udział w tej misji, potencjalnie w styczniu 2038 roku przeleci w pobliżu Neptuna. W najbliższym punkcie miałoby ją dzielić jedynie 1000 kilometrów od szczytów chmur na Neptunie. IHP-2 miałoby zrzucić sondę atmosferyczną na powierzchnie Neptuna w celu jego dokładniejszego zbadania. Kolejną z koncepcji jest pomysł misji ODINUS, która w założeniu polegałaby na wysłaniu dwóch bliźniaczych orbiterów do zbadania Neptuna i Urana. Sondy te zostałyby wyposażone w liczne kamery oraz spektrometry wraz z magnetometrami, co potencjalnie umożliwiłoby nam, znaczące poszerzenie dotychczasowej wiedzy o tych planetach. Trzecim, równie obiecującym pomysłem jest inicjatywa Neptune Odyssey, która miałaby polegać na umieszczeniu sondy na orbicie Neptuna, co pozwoliłoby na wykonanie serii pomiarów atmosferycznych planety. Istnieje jeszcze kilka potencjalnych misji takich jak Triton Hopper oraz misja Trident, które wiążą się z przelotem w pobliżu Neptuna. Jednakże ich głównym celem nie ma być sama planeta, a jej księżyc Tryton, który stanowi bardzo obiecujący obiekt przyszłych badań.

Korekta – Zofia Lamęcka