Ποσειδώνας (πλανήτης)

Ιστορία

Σε κάποιες από τις παλαιότερες καταγεγραμμένες παρατηρήσεις μέσω τηλεσκοπίου, όπως φαίνεται από σχέδια του Γαλιλαίου τις 28 Δεκεμβρίου 1612 και 27 Ιανουαρίου 1613, δείχνουν σημεία τα οποία αντιστοιχούν στη θέση που τώρα ξέρουμε ότι ήταν ο Ποσειδώνας. Και στις δύο περιπτώσεις, ο Γαλιλαίος φαίνεται ότι αντιλήφθηκε τον Ποσειδώνα σαν απλανή αστέρα όταν βρισκόταν κοντά σε σύνοδο με το Δία, γι'αυτό και δεν του πιστώνεται η ανακάλυψη του Ποσειδώνα.
Το 1821, ο Αλεξίς Μπουβάρ δημοσίευσε αστρονομικούς πίνακες της τροχιάς του Ουρανού. Μετέπειτα παρατηρήσεις αποκάλυψαν σημαντική απόκλιση από τους πίνακες, με αποτέλεσμα ο Μπουβάρ να υποθέσει ότι ένα άγνωστο σώμα προκαλεί βαρυτικές μεταβολές στην τροχιά του (παρέλξεις). Το 1843, ο Τζον Κουτς Άνταμς άρχισε να εργάζεται στη τροχιά του Ουρανού με βάση τα δεδομένα που είχε. Μέσω του διευθυντή του αστεροσκοπείου του Κέιμπριτζ Τζέιμς Τσάλις (James Challis), ζήτησε επιπλέον δεδομένα από τον Σερ Τζορτζ Άιρι, τον βασιλικό αστρονόμο, ο οποίος του τα παραχώρησε το Φεβρουάριο του 1844. Ο Άνταμς συνέχισε το έργο του 1845-6, παράγοντας διάφορα μοντέλα για τον νέο πλανήτη. Το 1845-46, ο Ουρμπέν Λεβεριέ (Urbain Leverrier, 1811-1877) υπολόγισε ανεξάρτητα από τον Άνταμς τις μεταβολές, αλλά οι συμπατριώτες του δεν έδειξαν ενδιαφέρον. 
Τον Ιούνιο του 1846, μετά την πρώτη δημοσίευση της εκτίμησης του γεωγραφικού μήκους του πλανήτη από τον Λεβεριέ και η ομοιότητά της με την εκτίμηση του Άνταμς, ο Άιρι έπεισε τον Τσάλις να ψάξει τον πλανήτη, αλλά οι έρευνες του Τσάλις τον Αύγουστο και το Σεπτέμβριο απέβησαν άκαρπες. Παράλληλα, ο Λεβεριέ ζήτησε δια αλληλογραφίας από τον Γιόχαν Γκότφριντ Γκάλε, του Αστεροσκοπείου του Βερολίνου, να ψάξει για τον πλανήτη. Ο Χάινριχ ντ' Αρέ, φοιτητής στο αστεροσκοπείο, πρότεινε στον Γκάλε να συγκρίνει τους προσφάτως σχεδιασμένους χάρτες του ουρανού στην περιοχή που προέβλεψε ο Λεβεριέ ότι βρισκόταν ο πλανήτης με τον ουρανό, ώστε να εντοπίσει τη χαρακτηριστική μετατόπιση ενός πλανήτη. Το απόγευμα της 23ης Σεπτεμβρίου 1846, την μέρα που ο Γκάλε παρέλαβε το γράμμα, ο Ποσειδώνας ανακαλύφθηκε εντός μίας μοίρας από τη θέση που προέβλεψε ο Λεβεριέ και περίπου 12 μοίρες από τη θέση του προέβλεψε ο Άνταμς. Ο Τσάλις αργότερα συνειδητοποίησε ότι είχε παρατηρήσει τον πλανήτη δύο φόρες τον Αύγουστο, αλλά δεν τον αναγνώρισε ως πλανήτη.
Στον απόηχο της ανακάλυψης, ανέκυψε εθνικιστική αντιπαλότητα ανάμεσα σε Γάλλους και Βρετανούς σχετικά με το σε ποιον πρέπει να αποδοθεί η ανακάλυψη. Τελικά, μέσω διεθνούς συμφωνίας, η ανακάλυψε πιστώθηκε τόσο στο Λεβεριέ όσο και στον Άνταμς. Το 1966, ο Ντένις Ρόουλινς αμφισβήτησε την αξίωση του Άνταμς στην ανακάλυψη και το ζήτημα αναθεωρήθηκε από τους ιστορικούς με την επιστροφή των «ντοκουμέντων του Νεύτωνα» στο βασιλικό αστεροσκοπείο του Γκρίνουιτς, οι οποίοι έκριναν, αφού τα μελέτησαν, ότι ο Άνταμς δεν αξίζει ισότιμη αναγνώριση με το Λεβεριέ για την ανακάλυψη του Ποσειδώνα. Αυτή η τιμή ανήκει μόνο στο πρόσωπο που όχι μόνο προέβλεψε τη θέση του πλανήτη, αλλά και έπεισε τους αστρονόμους να το ψάξουν.

Εσωτερική δομή

Η εσωτερική δομή του Ποσειδώνα μοιάζει με αυτή του Ουρανού. Η ατμόσφαιρά του αποτελεί περίπου το 5 με 10 τις εκατό της συνολικής μάζας και και 10 με 20 τις εκατό της ακτίνας του πλανήτη. Στις κατώτερες περιοχές της ατμόσφαιρας του πλανήτη υπάρχουν αυξημένες συγκεντρώσεις μεθανίου, αμμωνίας και νερού.
Σταδιακά, αυτή η περιοχή θερμαίνεται και συμπυκνώνεται σχηματίζοντας ένα υπέρθερμο, υγρό μανδύα με θερμοκρασία μεταξύ 2.000 και 5.000 βαθμών Κέλβιν. Ο μανδύας έχει μάζα 10 με 15 φορές μεγαλύτερη από τη γήινη και είναι πλούσιος σε νερό, αμμωνία και μεθάνιο. Αυτό το μείγμα αναφέρεται πολλές φορές ως πάγος, αν και είναι ένα καυτό, υπέρπυκνο υγρό. Σε βάθος 7.000 χιλιομέτρων οι συνθήκες είναι τέτοιες που το μεθάνιο μπορεί να διασπάται και σχηματίζονται διαμάντια.
Ο πυρήνας του Ποσειδώνα αποτελείται από σίδηρο, νικέλιο και πυρίτιο, με μάζα 1,2 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Η πίεση στο πυρήνα είναι 7 Mbar (700 GPa), εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή στην επιφάνεια της Γης, και με θερμοκρασία περίπου 5,400 K.

Ατμόσφαιρα

Σε μεγάλο υψόμετρο, η ατμόσφαιρα του Ποσειδώνα είναι 80% υδρογόνο και 19% ήλιο. Ένα ίχνος ποσότητας του μεθανίου είναι επίσης παρόν. Οι ευδιάκριτες ζώνες απορρόφησης του μεθανίου συμβαίνουν σε μήκη κύματος πάνω από 600 nm, στο κόκκινο και το υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Όπως και με τον Ουρανό, αυτή η απορρόφηση του ερυθρού φωτός από τον ατμοσφαιρικό μεθάνιο είναι μέρος αυτού που δίνει στο Ποσειδώνα το μπλε χρώμα του, αν και η έντονη γαλάζια απόχρωση του Ποσειδώνα διαφέρει από την ηπιότερη, γαλαζοπράσινη του Ουρανού. Δεδομένου ότι η ατμοσφαιρική περιεκτικότητα σε μεθάνιο του Ποσειδώνα είναι παρόμοια με αυτή του Ουρανού, κάποιο άγνωστο ατμοσφαιρικό συστατικό θεωρείται ότι συμβάλλει στο χρώμα του Ποσειδώνα.
Η ατμόσφαιρα Ποσειδώνα υποδιαιρείται σε δύο κύριες περιοχές: το χαμηλότερο στρώμα της τροπόσφαιρας, όπου θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο και τη στρατόσφαιρα, όπου αυξάνεται η θερμοκρασία με το ύψος. Τα όρια μεταξύ των δύο, η τροπόπαυση, εμφανίζεται σε πίεση 0,1 bars (10 kPa). Η στρατόσφαιρα δίνει συνέχεια θέση για τη θερμόσφαιρα σε πίεση μικρότερη από 10⁻⁵ με 10⁻⁴ μικρομπάρ (1 έως 10 Pa ). Η θερμόσφαιρα βαθμιαία μεταβάλλεται στην εξώσφαιρα.
Τα μοντέλα δείχνουν ότι η τροπόσφαιρα του Ποσειδώνα είναι χωρισμένη σε σύννεφα διαφορετικών συνθέσεων ανάλογα με το υψόμετρο. Τα σύννεφα στο πάνω επίπεδο εμφανίζονται σε πιέσεις κάτω από ένα μπαρ, όπου η θερμοκρασία είναι κατάλληλη για να συμπυκνώσει το μεθάνιο. Για πιέσεις μεταξύ του ενός και πέντε ατμόσφαιρες (100 και 500 kPa), τα σύννεφα της αμμωνίας και του υδροθείου πιστεύεται ότι σχηματίζονται. Πάνω από μια πίεση των πέντε μπαρ, τα σύννεφα μπορεί να αποτελούνται από αμμωνία, θειούχο αμμώνιο, υδρόθειο και νερό. Βαθύτερη νέφη πάγου και νερού θα πρέπει να βρίσκονται σε πιέσεις περίπου 50 ατμοσφαιρών (5,0 MPa), όπου η θερμοκρασία φθάνει τους 0 °C. Από κάτω, σύννεφα της αμμωνίας και υδροθείου μπορεί να σχηματιστούν.
Έχουν παρατηρηθεί στον Ποσειδώνα σύννεφα μεγάλου υψομέτρου να ρίχνουν σκιές στα αδιαφανή σύννεφα από κάτω. Υπάρχουν, επίσης, σε μεγάλο υψόμετρο λωρίδες νεφών που τυλίγονται γύρω από τον πλανήτη σε σταθερό γεωγραφικό πλάτος. Αυτές οι περιμετρικές ζώνες έχουν πλάτος της τάξης των 50-150 χλμ. και βρίσκονται περίπου 50-110 χλμ. πάνω από την επιφάνεια των νεφών.
To φάσμα του Ποσειδώνα δείχνει ότι η κατώτερη στρατόσφαιρα του είναι θολή λόγω της συμπύκνωσης των προϊόντων της υπεριώδους φωτόλυσης του μεθανίου, όπως το αιθάνιο και το ακετυλένιο. Η στρατόσφαιρα είναι επίσης το σπίτι μικρών ποσοτήτων μονοξειδίου του άνθρακα και υδροκυάνιου. Η στρατόσφαιρα του Ποσειδώνα είναι θερμότερη από ότι του Ουρανού, λόγω της αυξημένης συγκέντρωσης των υδρογονανθράκων.
Για λόγους που παραμένουν ασαφείς, η θερμόσφαιρα του Ποσειδώνα είναι σε ανώμαλα υψηλές θερμοκρασίες περίπου 750 Κ. Ο πλανήτης είναι πολύ μακριά από τον Ήλιο για να έχει παραχθεί αυτή η θερμότητα από την υπεριώδη ακτινοβολία. Ένας υποψήφιος μηχανισμός θέρμανσης είναι η ατμοσφαιρική αλληλεπίδραση με τα ιόντα του μαγνητικού πεδίου του πλανήτη. Άλλοι υποψήφιοι είναι κύματα βαρύτητας από το εσωτερικό τα οποία διαχέονται στην ατμόσφαιρα. Η θερμόσφαιρα περιέχει ίχνη διοξειδίου του άνθρακα και νερό, που μπορεί να έχουν κατατεθεί από εξωτερικές πηγές, όπως οι μετεωρίτες και σκόνη.

Μαγνητικό Πεδίο

Το μαγνητικό πεδίο του Ποσειδώνα μοιάζει με του Ουρανού και έχει παράξενο προσανατολισμό. Ο άξονας του μαγνητικού πεδίου σχηματίζει γωνία περίπου 50° με τον άξονα περιστροφής του πλανήτη και το κέντρο απέχει περίπου 13.500 χιλιόμετρα από το κέντρο του Ποσειδώνα (0,55 ακτίνες). Ο λόγος της μεγάλης αυτής απόκλισης δεν είναι ακόμη γνωστός. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι περίπου ίση με το 1/5 της έντασης του γήινου μαγνητικού πεδίου. Το μαγνητικό πεδίο πιθανόν να δημιουργείται από κινήσεις αγώγιμου υλικού (ίσως ένας συνδυασμός αμμωνίας, μεθανίου και νερού) στα μεσαία στρώματά του.

Κλίμα

Μία διαφορά μεταξύ Ποσειδώνα και του Ουρανού είναι το τυπικό επίπεδο της μετεωρολογικής δραστηριότητας τους. Όταν το διαστημόπλοιο Βόγιατζερ 2 πέταξε πάνω από τον Ουρανό, το 1986, ο πλανήτης ήταν οπτικά πολύ ήπιος. Αντίθετα, ο Ποσειδώνας παρουσίασε αξιοσημείωτα καιρικά φαινόμενα κατά τη διάρκεια του 1989, όταν το Βόγιατζερ 2 τον προσέγγισε.
Ο καιρός στον Ποσειδώνα χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά δυναμικά συστήματα καταιγίδων, με ανέμους που αναπτύσσουν ταχύτητα περίπου 600 m / s -σχεδόν επίτευξη υπερηχητικής ροής. Πιο τυπικά, με τον εντοπισμό της κίνησης των μόνιμων νεφών, η ταχύτητα του ανέμου έχει αποδειχθεί ότι κυμαίνεται από 20 m / s στην ανατολική κατεύθυνση έως 325 m / s προς τα δυτικά. Στις κορυφές των νεφών, οι επικρατούντες άνεμοι πνέουν με εύρος ταχύτητας από τα 400 m / s κατά μήκος του ισημερινού έως 250 m / s στους πόλους. Οι περισσότεροι από τους άνεμους του Ποσειδώνα πνέουν σε μια κατεύθυνση αντίθετη με τη περιστροφή του πλανήτη. Η γενική εικόνα των ανέμων έδειξε ότι πνέουν σε ορθή φορά στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη έναντι ανάδρομης φοράς σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη. Η διαφορά στην κατεύθυνση της ροής, πιστεύεται ότι είναι ένα "επιφανειακό φαινόμενο» και δεν οφείλεται σε βαθύτερες ατμοσφαιρικές διεργασίες. Στον 70 ° νότιο γεωγραφικό παράλληλο, ένας πίδακας υψηλής ταχύτητας ταξιδεύει με ταχύτητα 300 m / s.
To 2007 ανακαλύφθηκε ότι η ανώτερη τροπόσφαιρα του νότιου πόλου του Ποσειδώνα ήταν περίπου 10 °C θερμότερη από τον υπόλοιπο Ποσειδώνα, έχει μέση τιμή περίπου -200 °C (70 Κ). Η διαφορά θερμοκρασίας είναι αρκετή για να αφήσει το μεθάνιο, το οποίο αλλού βρίσκεται κατεψυγμένο στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Ποσειδώνα, να διαρρεύσει ως αέριο μέσω του νότιου πόλου στο διάστημα. Το σχετικό "θερμό σημείο" οφείλεται στην κλίση του άξονα του Ποσειδώνα, με αποτέλεσμα να εκτίθεται ο νότιος πόλος προς τον Ήλιο για το τελευταίο τρίμηνο του έτους του Ποσειδώνα, ή περίπου 40 γήινα χρόνια. Καθώς ο Ποσειδώνας κινείται αργά προς την αντίθετη πλευρά του Ήλιου, ο νότιος πόλος θα σκοτεινιάσει και ο βόρειος πόλος θα φωτιστεί, προκαλώντας την απελευθέρωση μεθανίου να στραφεί στο βόρειο πόλο.
Ο εντυπωσιακότερος σχηματισμός στην επιφάνεια του πλανήτη είναι η Μεγάλη Σκοτεινή Κηλίδα στο νότιο ημισφαίριο. Η Μεγάλη Σκοτεινή Κηλίδα είναι περίπου η μισή της Μεγάλης Ερυθρής Κηλίδας του Δία, με διάμετρο ίση με της Γης.

Τροχιά

Η μέση απόσταση μεταξύ Ποσειδώνα και του Ήλιου είναι 4,5 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα (περίπου 30,1 AU), και ολοκληρώνει μια τροχιά κάθε 164,79 χρόνια. Στις 12 Ιουλίου 2011, ο Ποσειδώνας ολοκλήρωσε την πρώτη πλήρη τροχιά μετά την ανακάλυψή του, το 1846, αν και δεν εμφανίστηκε στην ακριβή θέση του ουρανού που ανακαλύφθηκε επειδή η Γη ήταν σε διαφορετική θέση στις 365,25 ημέρες τροχιά της.
Η ελλειπτική τροχιά του Ποσειδώνα έχει κλίση 1,77 μοιρών σε σχέση με τη Γη. Λόγω της εκκεντρότητας 0,011, η απόσταση μεταξύ Ποσειδώνα και του Ήλιου ποικίλλει κατά 101 εκατομμύρια χιλιόμετρα μεταξύ περιηλίου και αφηλίου, το εγγύτερο και το πιο απομακρυσμένο σημείο της τροχιάς του πλανήτη γύρω από τον Ήλιο κατά μήκος της τροχιάς του, αντίστοιχα.
Η κλίση του άξονα περιστροφής του Ποσειδώνα είναι 28,32 °, κλίση παρόμοια με αυτή της Γης (23 °) και του Άρη (25 °). Ως αποτέλεσμα, αυτός ο πλανήτης έχει παρόμοιες εποχικές αλλαγές. Ωστόσο, η μεγάλη τροχιακή περίοδος του Ποσειδώνα σημαίνει ότι οι εποχές διαρκούν σαράντα γήινα χρόνια. Η περίοδος περιστροφής (ημέρα) είναι περίπου 16,11 ώρες. Η κλίση του άξονά του είναι συγκρίσιμη με της Γης, η μεταβολή της διάρκειας της μέρας κατά τη διάρκεια του μακρού έτος δεν είναι περισσότερο ακραία.

Εξερεύνηση

Ο Ποσειδώνας έχει εξερευνηθεί έως σήμερα μόνο από μία διαστημική αποστολή, το Βόγιατζερ 2, που πέρασε σε απόσταση 4.600 περίπου χιλιομέτρων από τις κορυφές των νεφών του πλανήτη στις 25 Αυγούστου 1989. Ενώ οι επιστήμονες περίμεναν ότι θα συναντούσαν έναν πλανήτη με ήρεμη ατμόσφαιρα, όπως ο Ουρανός, επειδή η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα είναι ελάχιστη, το Βόγιατζερ τους διέψευσε, αποκαλύπτοντας έναν πλανήτη με τους πιο γρήγορους ανέμους στο ηλιακό σύστημα, μα και με μια κηλίδα στην ατμόσφαιρα, μία μεγάλη ατμοσφαιρική καταιγίδα δηλαδή, αντάξια του μεγέθους της Μεγάλης Κόκκινης Κηλίδας του Δία, κατ' αναλογία με το μικρότερο μέγεθος του Ποσειδώνα. Το Βόγιατζερ επιβεβαίωσε επίσης την ύπαρξη των δακτυλίων του πλανήτη και φωτογράφισε τους δορυφόρους του και ιδιαίτερα τον Τρίτωνα, ανακαλύπτοντας στην επιφάνειά του κρυοηφαίστεια που εκτινάσσουν πίδακες παγωμένου αζώτου.
Κατά τη δεκαετία του '90 υπήρχαν θεωρητικά σχέδια για επιπλέον αποστολές στον Ποσειδώνα, όμως ακυρώθηκαν. Σήμερα (2017) δεν υπάρχουν άμεσα σχέδια για την αποστολή κάποιας διαστημοσυσκευής στον πλανήτη.