Neptunus
Neptunus merupakan planet terjauh (kedelapan) jika ditinjau dari Matahari. Planet ini dinamai dari dewa lautan Romawi. Neptunus merupakan planet terbesar keempat berdasarkan diameter (49.530 km) dan terbesar ketiga berdasarkan massa. Massa Neptunus tercatat 17 kali lebih besar daripada Bumi, dan sedikit lebih besar daripada Uranus. Neptunus mengorbit Matahari pada jarak 30,1 sa atau sekitar 4.450 juta km. Periode rotasi planet ini adalah 16,1 jam, sedangkan periode revolusinya adalah 164,8 tahun. Simbol astronomisnya adalah ♆, yang merupakan trisula dewa Neptunus.
Neptunus ditemukan pada tanggal 23 September 1846. Planet ini merupakan planet pertama yang ditemukan melalui prediksi matematika. Perubahan yang tak terduga di orbit Uranus membuat Alexis Bouvard menyimpulkan bahwa hal tersebut diakibatkan oleh gangguan gravitasi dari planet yang tak dikenal. Neptunus selanjutnya diamati oleh Johann Galle dalam posisi yang diprediksikan oleh Urbain Le Verrier. Satelit alam terbesarnya, Triton, ditemukan segera sesudahnya, sementara 12 satelit alam lainnya baru ditemukan lewat teleskop pada abad ke-20. Neptunus telah dikunjungi oleh satu wahana angkasa, yaitu "Voyager 2", yang terbang melewati planet tersebut pada tanggal 25 Agustus 1989.
Komposisi penyusun planet ini mirip dengan Uranus, dan komposisi keduanya berbeda dari raksasa gas Yupiter dan Saturnus. Atmosfer Neptunus mengandung hidrogen, helium, hidrokarbon, kemungkinan nitrogen, dan kandungan "es" yang besar seperti es air, amonia, dan metana. Astronom kadang-kadang mengategorikan Uranus dan Neptunus sebagai "raksasa es" untuk menekankan perbedaannya. Seperti Uranus, interior Neptunus terdiri dari es dan batu. Metana di wilayah terluar planet merupakan salah satu penyebab kenampakan kebiruan Neptunus.
Sementara atmosfer Uranus relatif tidak berciri, atmosfer Neptunus bersifat aktif dan menunjukkan pola cuaca. Contohnya, pada saat "Voyager 2" terbang melewatinya pada tahun 1989, di belahan selatan planet terdapat Titik Gelap Besar yang mirip dengan Titik Merah Besar di Yupiter. Pola cuaca tersebut diakibatkan oleh angin yang sangat kencang, dengan kecepatan hingga 2.100 km/jam. Karena jaraknya yang jauh dari Matahari, atmosfer luar Neptunus merupakan salah satu tempat terdingin di Tata Surya, dengan suhu terdingin −218 °C (55 K). Suhu di inti planet diperkirakan sebesar 5.400 K (5.000 °C). Neptunus memiliki sistem cincin yang tipis. Sistem cincin tersebut baru dilacaktemu pada tahun 1960-an dan dipastikan keberadaannya oleh "Voyager 2" pada tahun 1989.
Lukisan Galileo menunjukkan bahwa ia pertama melihat Neptunus pada tanggal 28 Desember 1612 dan 27 Januari 1613. Pada kedua hari tersebut, Galileo salah menganggap Neptunus sebagai sebuah bintang tetap ketika planet ini muncul sangat dekat—konjungsi—dengan Yupiter pada langit malam; karena itu, ia tidak dianggap sebagai penemu Neptunus. Pada masa pengamatan pertamanya bulan Desember 1612, Neptunus bersifat tetap di langit karena planet ini baru saja mengalami penghuluan pada hari itu. Gerakan ke belakang ini terbentuk ketika orbit Bumi membawa Bumi melewati planet terluar. Karena Neptunus baru saja memulai siklus penghuluan tahunannya, gerakan planet ini terlalu sulit dilacak menggunakan teleskop kecil Galileo. Pada Juli 2009, fisikawan Universitas Melbourne, David Jamieson mengumumkan adanya bukti baru yang menyatakan bahwa Galileo setidaknya sadar bahwa bintang yang ia amati telah berpindah relatif terhadap bintang tetap.
Tahun 1821, Alexis Bouvard menerbitkan tabel astronomi orbit tetangga Neptunus, yaitu Uranus. Pengamatan selanjutnya menemukan pergeseran dari tabel tersebut, sehingga mendorong Bouvard berhipotesis bahwa suatu benda tak diketahui sedang melakukan perturbasi pada orbitnya melalui interaksi gravitasi. Tahun 1843, John Couch Adams mulai mengamati orbit Uranus menggunakan data yang ia miliki. Melalui James Challis, ia meminta Sir George Airy, Astronomer Royal, mengirimkan data tersebut pada Februari 1844. Adams terus melakukan pengamatannya pada 1845–1846 dan menghasilkan beberapa perkiraan yang berbeda tentang sebuah planet baru, namun tidak menanggapi permintaan dari Airy tentang orbit Uranus.
Tahun 1845–1846, Urbain Le Verrier, terlepas dari Adams, mengembangkan penghitungannya sendiri namun juga mengalami kesulitan memunculkan antusiasme rekannya tersebut. Pada Juni 1846, setelah melihat terbitan perkiraan pertama bujur planet karya Le Verrier dan kesamaan dengan perkiraan Adams, Airy membujuk Direktur Cambridge Observatory, James Challis untuk mencari planet itu. Challis dengan semangat mengamati langit sepanjang Agustus dan September.
Sementara itu, melalui surat, Le Verrier meminta astronom Observatorium Berlin, Johann Gottfried Galle untuk mencari planet ini menggunakan refraktor observatorium. Heinrich d'Arrest, seorang pelajar di observatorium ini, memberitahu Galle bahwa mereka mampu membandingkan carta langit terkini di wilayah lokasi prediksi Le Verrier dengan keadaan langit saat itu untuk menemukan karakteristik perpindahan suatu planet, berbeda dengan bintang tetap. Pada sore 23 September 1846 ketika surat Le Verrier diterima, Neptunus ditemukan 1° dari tempat yang diprediksi Le Verrier, dan sekitar 12° dari prediksi Adams. Challis kemudian menyadari bahwa ia telah mengamati planet ini dua kali pada bulan Agustus dan gagal mengidentifikasinya karena pendekatannya yang kasual terhadap pengamatan tersebut.
Setelah penemuan tersebut, muncul persaingan yang lebih nasionalis antara Perancis dan Britania Raya mengenai pihak yang pantas mendapat penghargaan atas penemuan planet ini. Konsensus internasional memutuskan bahwa Le Verrier dan Adams sama-sama berhak mendapat penghargaan. Sejak 1966, Dennis Rawlins mempertanyakan kredibilitas klaim Adams tentang penemuan bersama dan masalah ini dievaluasi kembali oleh sejarawan dengan pengembalian dokumen bersejarah "Neptune papers" pada tahun 1998 ke Royal Observatory, Greenwich. Setelah meninjau dokumen tersebut, mereka menyatakan bahwa, "Adams tidak pantas menerima penghargaan bersama Le Verrier atas penemuan Neptunus. Penghargaan ini berhak diberikan kepada orang yang sama-sama berhasil memprediksikan lokasi planet dan meyakinkan para astronom untuk mencarinya."
Sesaat setelah penemuannya, Neptunus hanya disebut sebagai "planet di luar Uranus" atau "planet Le Verrier". Usulan nama pertama berasal dari Galle, yang mengusulkan "Yanus". Di Inggris, Challis mengusulkan "Oceanus".
Dengan mengklaim hak pemberian nama temuannya, Le Verrier langsung mengusulkan nama "Neptunus" untuk planet ini, sementara secara keliru menyatakan bahwa nama tersebut resmi disetujui oleh Bureau des Longitudes Perancis. Pada bulan Oktober, ia mengusulkan agar planet ini diberi nama "Le Verrier", sesuai nama dirinya, dan ia mendapatkan dukungan setia dari Direktur Observatorium, François Arago. Usulan ini ditentang di luar Perancis. Almanak Perancis langsung memperkenalkan kembali nama "Herschel" untuk "Uranus", sesuai nama penemunya Sir William Herschel, dan "Leverrier" untuk planet baru ini.
Struve membawa nama "Neptunus" kepada Akademi Ilmu Pengetahuan Saint Petersburg pada 29 Desember 1846. "Neptunus" kelak menjadi nama yang disetujui secara internasional. Dalam mitologi Romawi, Neptunus adalah dewa laut, yang dapat dikenali dari Poseidon Yunaninya. Permintaan nama mitologi sepertinya mendukung tata nama planet-planet lain, yang semuanya, kecuali Bumi, diberi nama sesuai mitologi Yunani dan Romawi.
Banyak bahasa di dunia saat ini, bahkan di negara-negara yang tidak memiliki hubungan langsung dengan budaya Yunani-Romawi, memakai berbagai varian nama "Neptunus" untuk planet ini; dalam bahasa Cina, Jepang, dan Korea, nama planet ini dapat diterjemahkan secara harfiah sebagai "bintang raja laut" (海王星), karena Neptunus adalah dewa laut.
Sejak penemuannya tahun 1846 hingga penemuan Pluto pada tahun 1930, Neptunus adalah planet terjauh yang diketahui manusia. Setelah penemuan Pluto, Neptunus menjadi planet kedua terakhir selama 20 tahun antara 1979 dan 1999 ketika orbit elips Pluto membawanya lebih dekat dengan Matahari dibandingkan Neptunus. Penemuan Sabuk Kuiper tahun 1992 mendorong banyak astronom memperdebatkan apakah Pluto pantas dianggap sebagai planet atau bagian dari struktur terbesar sabuk tersebut. Pada tahun 2006, Persatuan Astronomi Internasional mendefinisikan kata "planet" untuk pertama kalinya, kembali mengelompokkan Pluto sebagai "planet kerdil" dan menjadikan Neptunus sekali lagi planet terakhir di Tata Surya.
Neptunus memiliki massa sebesar 1,0243 kg, atau tujuh belas kali massa Bumi dan 1/19 kali massa Yupiter. Planet ini merupakan salah satu dari dua planet (selain Yupiter) yang gravitasi permukaannya lebih besar daripada Bumi. Jari-jari khatulistiwanya tercatat sebesar 24.764 km, atau sekitar empat kali jari-jari Bumi. Neptunus dan Uranus sering dijuluki "raksasa es", karena ukurannya yang lebih kecil dan kadar volatil yang lebih tinggi daripada Yupiter dan Saturnus. Dalam pencarian planet luar surya, Neptunus telah digunakan sebagai metonim: objek-objek luar surya dengan massa yang mirip sering dijuluki dengan nama ""Neptunes"".
Struktur internal Neptunus mirip dengan Uranus. Atmosfer Neptunus membentuk sekitar lima hingga sepuluh persen massanya, dan kira-kira meliputi 10 hingga 20 persen struktur planet tersebut. Tekanan di atmosfer dapat mencapai 10 GPa. Metana, amonia, dan air dapat ditemui di daerah bawah atmosfer.
Suhu di daerah mantel dapat mencapai 2.000 K hingga 5.000 K. Massa mantel tersebut sama dengan 10 hingga 15 kali massa Bumi, serta kaya akan air, amonia, dan metana. Seperti kebiasaan dalam ilmu keplanetan, campuran ini dijuluki ber-es, meskipun "es" tersebut merupakan fluida superkritikal. Fluida ini, dengan konduktivitas elektrik yang tinggi, kadang-kadang disebut samudra air-amonia. Di kedalaman 7.000 km, metana dapat terurai menjadi kristal intan yang lalu berpresipitasi ke inti. Mantel terdiri dari lapisan air ionik, yaitu tempat molekul air pecah menjadi sup ion hidrogen dan oksigen. Di lapisan mantel yang lebih dalam, terdapat air superionik, yaitu tempat oksigen mengristal, namun ion hidrogen mengapung dengan bebas di oksigen.
Inti Neptunus terdiri dari besi, nikel, dan silikat, dengan massa 1,2 kali Bumi. Tekanan di inti diperkirakan sebesar 7 Mbar (700 GPa), jutaan kali lebih besar daripada tekanan di permukaan Bumi. Sementara itu, suhu di inti dapat mencapai 5.400 K.
Di ketinggian tinggi, atmosfer Neptunus terdiri dari 80% hidrogen dan 19% helium. Jejak-jejak metana juga ada di Neptunus. Pita penyerap metana terbentuk di rentang gelombang di atas 600 nm, di bagian merah dan inframerah spektrum. Seperti Uranus, penyerapan cahaya merah oleh metana atmosfer adalah bagian yang memberikan Neptunus warna biru,
meski warna biru langit cerah Neptunus berbeda daripada warna cyan sejuk Uranus. Karena zat metana atmosfer Neptunus sama seperti Uranus, sejumlah konstituen atmosfer yang tidak dikenal diduga turut berkontribusi pada warna Neptunus.
Atmosfer Neptunus terbagi lagi menjadi dua wilayah utama; troposfer bawah, tempat suhu terus menurun seiring ketinggiannya, dan stratosfer, tempat suhu terus meningkat seiring ketinggiannya. Batas di antara keduanya, yaitu tropopause, ada pada tekanan . Stratosfer kemudian dilanjutkan oleh termosfer pada tekanan kurang dari 10 hingga 10 mikrobar (1 hingga 10 Pa). Termosfer secara bertahap berubah menjadi eksosfer.
Model menunjukkan bahwa troposfer Neptunus dilapisi oleh awan dengan berbagai komposisi tergantung ketinggiannya. Awan tingkat atas muncul pada tekanan kurang dari satu bar, yang suhunya cocok bagi metana untuk mengembun. Untuk tekanan antara satu dan lima bar (100 dan 500 kPa), awan amonia dan hidrogen sulfida diyakini terbentuk. Di atas tekanan lima bar, awan Neptunus terdiri dari amonia, amonium sulfida, hidrogen sulfida dan air. Awan es air yang lebih dalam ditemukan pada tekanan sekitar , yang suhunya mencapai 0 °C. Di bawahnya, awan amonia dan hidrogen sulfida terbentuk.
Awan tinggi di Neptunus telah diamati menghasilkan bayangan pada lapisan awan opak di bawahnya. Ada pula pita awan tinggi yang menyelimuti planet ini pada garis lintang yang sama. Pita melingkar ini selebar 50–150 km dan berada 50–110 km di atas lapisan awan.
Spektrum Neptunus menunjukkan bahwa stratosfer bawahnya berkabut akibat pengembunan produk fotolisis ultraviolet metana, seperti etana dan asetilena. Stratosfer juga merupakan tempat bagi jejak-jejak karbon monoksida dan hidrogen sianida. Stratosfer Neptunus lebih hangat daripada Uranus karena konsentrasi hidrokarbon yang tinggi.
Termosfer planet ini memiliki suhu yang tidak normal sebesar 750 K dengan alasan yang masih belum jelas. Planet ini terlalu jauh dari Matahari untuk menghasilkan suhu sepanas ini yang diakibatkan oleh radiasi ultraviolet. Satu dugaan mekanisme pemanasan ini ialah adanya interaksi atmosfer di medan magnet planet ini. Dugaan lain adalah adanya gelombang gravitasi dari dalam planet yang menghilang di atmosfer. Termosfer Neptunus terdiri dari jejak-jejak karbon dioksida dan air yang diduga terkumpul dari sumber-sumber luar seperti meteorit dan debu.
Neptune juga memiliki magnetosfer yang mirip Uranus, dengan medan magnet yang sangat miring relatif terhadap sumbu rotasinya pada 47° dan berimbang pada 0,55 radii, atau sekitar 13500 km dari pusat fisik planet ini. Sebelum "Voyager" tiba di Neptunus, diduga bahwa magnetosfer miring Uranus mengakibatkan rotasi Neptunus yang menyamping. Dengan membandingkan medan magnet dua planet, para ilmuwan sekarang berpikir bahwa orientasi ekstrem merupakan karakteristik aliran di bagian dalam planet. Medan ini mungkin dibentuk oleh gerakan cairan konvektif dalam kulit bola tipis pada cairan konduktor listrik (diduga berupa gabungan amonia, metana dan air) yang menghasilkan gerakan dinamo.
Komponen dipol medan magnet di khatulistiwa magnetik Neptunus sekitar 14 mikrotesla (0,14 G). Momentum magnetik dipol Neptunus sekitar 2,2 T·m (14 μT·"R"; "R" adalah radius Neptunus). Medan magnet Neptunus memiliki geometri rumit yang mencakup kontribusi relatif besar dari komponen non-dipolar, termasuk momentum kuadrupol kuat yang kekuatannya mungkin melebihi momentum dipol. Bumi, Yupiter, dan Saturnus memiliki momentum kuadrupol yang relatif kecil, dan medannya sedikit miring dari sumbu kutubnya. Momentum kuadrupol Neptunus yang besar bisa jadi merupakan hasil dari keseimbangan pusat planet dan masalah geometri penggerak dinamo medan magnet4.
Kejutan busur Neptunus, tempat magnetosfer mulai memperlambat angin surya, terbentuk pada jarak 34,9 kali radius planet ini. Magnetopause, tempat tekanan magnetosfer mengimbangi angin surya, terbentuk pada jarak 23–26,5 kali radius Neptunus. Ekor magnetosfer memanjang hingga 72 kali radius Neptunus, dan bisa jadi lebih panjang lagi.
Neptunus memiliki sebuah sistem cincin planet, meski kurang kukuh daripada Saturnus. Cincin-cincin tersebut terdiri dari partikel es yang diselubungi bahan berdasar silikat atau karbon yang memberi warna merah pada cincin. Tiga cincin utamanya adalah Cincin Adams yang sempit, 63000 km dari pusat Neptunus, Cincin Le Verrier pada ketinggian 53000 km, dan Cincin Galle yang luas dan lemah pada ketinggian 42000 km. Perpanjangan lemah ke luar hingga Cincin Le Verier diberi nama Lassell; perpanjangan ini dibatasi oleh Cincin Arago di pinggiran luarnya pada ketinggian 57.000 km.
Cincin planet pertama ditemukan tahun 1968 oleh tim yang dipimpin Edward Guinan, namun akhirnya disimpulkan cincin ini belum lengkap. Bukti bahwa cincin-cincin tersebut memiliki celah pertama muncul pada okultasi bintang tahun 1984 ketika cincin tersebut mengaburkan sebuah bintang ketika tenggelam, bukan ketika muncul. Gambar yang diambil "Voyager 2" tahun 1989 menyelesaikan masalah ini dengan memperlihatkan beberapa cincin lemah. Cincin ini memiliki struktur menggumpal, akibatnya belum diketahui namun bisa jadi karena interaksi gravitasi dengan satelit kecil di orbit dekat cincin.
Cincin terluar, Adams, terdiri dari lima busur utama yang diberi nama "Courage", "Liberté", "Egalité 1", "Egalité 2" dan "Fraternité" (Keberanian, Kebebasan, Kesetaraan dan Persaudaraan). Keberadaan busur-busur ini sulit dijelaskan karena hukum gerakan akan memprediksikan bahwa busur tersebut tersebar menjadi cincin seragam dalam kurun waktu yang sangat singkat. Para astronom sekarang yakin bahwa busur-busur tersebut mengitari Neptunus sesuai bentuknya sekarang akibat dampak gravitasi Galatea, sebuah satelit yang dekat dengan cincin ini.
Pengamatan dari Bumi pada tahun 2005 menunjukkan bahwa cincin Neptunus lebih tidak stabil daripada dugaan sebelumnya. Gambar yang diambil dari Observatorium W. M. Keck tahun 2002 dan 2003 memperlihatkan kerusakan pada cincin jika dibandingkan dengan gambar dari "Voyager 2". Karena itu, sepertinya busur "Liberté" akan menghilang selambat-lambatnya satu abad berikutnya.
Salah satu perbedaan antara Neptunus dan Uranus adalah tingkat aktivitas meteorologinya. Ketika "Voyager 2" terbang melewati Uranus pada tahun 1986, planet ini terlihat lemah. Sebenarnya,Neptunus memiliki fenomena cuaca luar biasa ketika "Voyager 2" melintasinya pada tahun 1989.
Cuaca Neptunus dapat dikenali dari sistem badai dinamisnya yang ekstrem, dengan angin mencapai kecepatan 600 m/detik—hampir menyamai aliran supersonik. Selain itu, dengan melacak gerakan awan tetap, kecepatan angin juga ditunjukkan beragam mulai dari 20 m/detik ke timur hingga 325 m/detik ke barat. Di puncak awan, angin kuat memiliki kecepatan yang berkisar antara 400 m/detik di sepanjang khatulistiwa hingga 250 m/detik di kutub. Kebanyakan angin di Neptunus berembus dengan arah melawan rotasi planet. Pola angin yang umum menunjukkan adanya rotasi searah di lintang tinggi vs. rotasi menghulu di lintang bawah. Perbedaan arah aliran diduga merupakan "efek kulit" dan bukan karena proses atmosfer dalam apapun. Di lintang 70° S, angin jet berkecepatan tinggi berembus dengan kecepatan 300 m/detik.
Limpahan metana, etana dan etina di khatulistiwa Neptunus 10–100 kali lebih besar daripada di kutubnya. Ini ditafsirkan sebagai bukti adanya pembalikan massa air di khatulistiwa dan penyurutan di kutub.
Pada tahun 2007 ditemukan bahwa troposfer atas kutub selatan Neptunus 10 °C lebih panas daripada keseluruhan Neptunus, yang suhu rata-ratanya sekitar . Perbedaan panas ini cukup untuk membiarkan metana, di manapun membeku di atmosfer atas Neptunus, mencair sebagai gas melintasi kutub selatan dan ke luar angkasa. "Titik panas" relatif ini dikarenakan kemiringan sumbu Neptunus, yang memaparkan kutub selatan ke Matahari selama seperempat terakhir tahun Neptunus, atau 40 tahun Bumi. Ketika Neptunus perlahan bergerak menuju sisi lain Matahari, kutub selatan akan gelap dan kutub utara terang, mengakibatkan pelepasan metana berpindah ke kutub utara.
Akibat perubahan musim, pengamatan di pita awan belahan selatan Neptunus menunjukkan adanya peningkatan ukuran dan albedo. Peristiwa ini pertama kali terlihat tahun 1980 dan diperkirakan akan terus berlangsung hingga 2020. Periode orbit Neptunus yang panjang menghasilkan musim-musim yang berlangsung selama 40 tahun.
Pada tahun 1989, Titik Gelap Besar, sebuah sistem badai antisiklon sebesar 13000×6600 km, ditemukan oleh "Voyager 2" NASA. Badai ini menyerupai Titik Merah Besar Yupiter. Sekitar lima tahun kemudian, pada 2 November 1994, Teleskop Antariksa Hubble tidak melihat Titik Gelap Besar di planet ini. Sebuah badai baru yang mirip dengan Titik Gelap Besar justru ditemukan di belahan utara Neptunus.
Scooter (Skuter) adalah badai lain, sebuah kelompok awan putih jauh di selatan Titik Gelap Besar. Dijuluki Scooter karena ketika pertama kali diamati beberapa bulan sebelum penerbangan "Voyager 2" 1989, titik ini bergerak lebih cepat daripada Titik Gelap Besar. Foto-foto selanjutnya menunjukkan keberadaan awan yang lebih cepat. Titik Gelap Kecil merupakan badai siklon selatan, badai terkencang kedua yang diamati selama penerbangan tahun 1989. Awalnya tampak gelap, namun ketika "Voyager 2" mendekati planet ini, inti cerah terbentuk dan dapat dilihat di sebagian besar gambar beresolusi tinggi.
Titik gelap Neptunus diduga terbentuk di troposfer pada ketinggian yang lebih rendah daripada lapisan awan cerah, sehingga titik ini muncul sebagai lubang di lapisan awan atas. Sebagai fitur stabil yang terus ada hingga beberapa bulan, titik gelap ini dianggap sebagai struktur vorteks. Titik gelap ini sering dikaitkan dengan awan metana cerah tetap yang terbentuk di sekitar lapisan tropopause. Ketetapan awan memperlihatkan bahwa sejumlah bekas titik gelap akan terus ada sebagai siklon meski tidak lagi tampak sebagai sesuatu yang gelap. Titik gelap bisa menghilang jika bermigrasi terlalu dekat dengan khatulistiwa atau melalui serangkaian mekanisme yang tidak diketahui.
Cuaca Neptunus yang beragam jika dibandingkan dengan Uranus diyakini disebabkan oleh panas internalnya yang tinggi. Meski Neptunus terletak setengah jarak dari Matahari seperti Uranus, dan hanya menerima 40% sinar Matahari, suhu permukaan kedua planet ini secara kasar setara. Wilayah atas troposfer Neptunus memiliki suhu rendah . Pada kedalaman tempat tekanan atmosfer mencapai , suhunya mencapai . Jauh di dalam lapisan gas, suhu naik bertahap. Seperti Uranus, sumber pemanasan ini tidak diketahui, namun perbedaannya sangat besar: Uranus hanya memancarkan 1,1 kali energi yang diterima dari Matahari; sementara Neptunus 2,61 kali energi yang diterima dari Matahari. Neptunus adalah planet terjauh dari Matahari, namun energi internalnya mampu menggerakkan angin planet terkuat di Tata Surya. Beberapa penjelasan telah dikemukakan, termasuk pemanasan radiogenik dari inti planet, konversi metana di bawah tekanan tinggi menjadi hidrogen, intan dan hidrokarbon (hidrogen dan intan akan naik dan tenggelam, melepaskan energi potensial gravitasi), dan konveksi di atmosfer bawah yang menyebabkan gelombang gravitasi terpecah di atas tropopause.
Jarak rata-rata antara Neptunus dan Matahari adalah 4,50 miliar km (sekitar 30,1 AU), dan menyelesaikan orbitnya setiap 164,79 tahun dengan variabilitas sekitar ±0,1 tahun.
Pada 11 Juli 2011, Neptunus menyelesaikan orbit barisentris pertamanya sejak ditemukan tahun 1846, meski tidak muncul pada posisi penemuannya di langit karena Bumi berada pada lokasi berbeda dalam orbitnya selama 365,25 hari. Akibat gerakan Matahari terhadap barisenter Tata Surya, pada 11 Juli Neptunus juga tidak berada pada posisi penemuannya terhadap Matahari; jika sistem koordinat heliosentris digunakan, garis bujur penemuannya tercapai pada 12 Juli 2011.
Orbit elips Neptunus berinklinasi 1,77° jika dibandingkan dengan Bumi. Akibat eksentrisitas sebesar 0,011, jarak antara Neptunus dan Matahari mencapai 101 juta km antara perihelion dan aphelion, titik terdekat dan terjauh planet dari Matahari di sepanjang jalur orbitnya.
Kemiringan sumbu Neptunus adalah 28,32°, sama seperti kemiringan Bumi (23°) dan Mars (25°). Akibatnya, planet ini mengalami perubahan musim yang sama seperti Bumi. Periode orbit Neptunus yang lama berarti musim-musim tersebut berlangsung selama 40 tahun Bumi. Periode rotasi siderealnya (hari) secara kasar yaitu 11,611 jam. Karena kemiringan sumbunya sama seperti Bumi, variasi panjang hari sepanjang tahunnya tidak terlalu ekstrem.
Karena Neptunus bukan benda padat, atmosfernya mengalami rotasi diferensial. Zona khatulistiwa yang lebar berotasi selama 18 jam, lebih lambat daripada rotasi medan magnetnya selama 16,1 jam. Rotasi terbalik terjadi di kawasan kutub yang berlangsung selama 12 jam. Rotasi diferensial planet ini paling menarik daripada planet-planet lain di Tata Surya, dan mengakibatkan adanya hembusan angin lintang yang kuat.
Orbit Neptunus memiliki dampak besar terhadap wilayah di sekitarnya yang dikenal sebagai sabuk Kuiper. Sabuk Kuiper adalah cincin yang terdiri dari bebatuan es kecil, sama seperti sabuk asteroid namun lebih besar, membentang dari orbit Neptunus di 30 AU hingga 55 AU dari Matahari. Gravitasi Yupiter mendominasi sabuk asteroid dan membentuk strukturnya, begitu pula dengan gravitasi Neptunus yang mendominasi sabuk Kuiper. Sepanjang usia Tata Surya, beberapa kawasan sabuk Kuiper menjadi kurang stabil akibat gravitasi Neptunus dan menciptakan celah pada struktur sabuk. Kawasan antara 40 dan 42 AU adalah salah satu contohnya.
Memang ada orbit di kawasan kosong ini tempat objek dapat selamat sepanjang usia Tata Surya. Resonansi ini terjadi ketika periode orbit Neptunus sangat mirip dengan benda tersebut, yaitu sebesar 1:2 atau 3:4. Jika dikatakan sebuah benda mengorbit Matahari sekali setiap dua orbit Neptunus, benda tersebut hanya akan menyelesaikan setengah orbitnya ketika Neptunus kembali ke posisi aslinya. Resonansi terpadat ada di sabuk Kuiper, dengan 200 benda teridentifikasi, yaitu 2:3. Benda pada resonansi ini menyelesaikan 2 orbit setiap 3 orbit Neptunus, dan dikenal sebagai plutino karena benda sabuk Kuiper terbesar, Pluto, termasuk di antaranya. Meski Pluto secara rutin melintasi orbit Neptunus, resonansi sebesar 2:3 menjamin kedua planet tidak akan pernah bertabrakan. Resonansi 3:4, 3:5, 4:7 dan 2:5 kurang padat.
Neptunus memiliki beberapa benda troya yang menempati titik Lagrangian Matahari-Neptunus— sebuah kawasan gravitasi stabil yang mengatur orbitnya. Benda troya Neptunus dapat dilihat dengan resonansi 1:1 bersama Neptunus. Troya Neptunus sangat stabil orbitnya dan mungkin memang terbentuk di pinggir Neptunus, bukan terjebak oleh gravitasinya. Benda pertama sekaligus satu-atunya yang teridentifikasi berkaitan dengan titik Lagrangian jalur Neptunus adalah 2008 LC18.
Pembentukan raksasa es sulit untuk dimodelkan secara pasti. Berdasarkan model saat ini, metode akresi inti tidak dapat digunakan karena kepadatan materi di wilayah luar Tata Surya terlalu rendah. Berbagai hipotesis lain telah diajukan. Salah satunya adalah hipotesis yang mengusulkan bahwa raksasa es tidak dibentuk oleh akresi inti, tetapi oleh ketidakstabilan dalam cakram protoplanet awal, dan nantinya atmosfer mereka terembus jauh oleh radiasi dari bintang OB besar terdekat.
Konsep lain yang digunakan adalah bahwa Neptunus terbentuk di tempat yang lebih dekat dari Matahari. Di tempat tersebut kepadatan materi besar, dan lalu planet ini mengalami perpindahan ke orbitnya sekarang setelah penyingkiran cakram protoplanet bergas. Hipotesis perpindahan setelah pembentukan saat ini didukung karena lebih mampu menjelaskan keberadaan objek-objek kecil di wilayah trans-Neptunus. Penjelasan mengenai hipotesis ini yang paling banyak didukung dikenal dengan nama model Nice, yang membahas pengaruh perpindahan Neptunus dan planet raksasa lain terhadap struktur sabuk Kuiper.
Neptunus diketahui memiliki 14 satelit alami. Satelit terbesar terdiri dari 99,5 persen massa di orbit sekitar Neptunus dan satu-satunya yang berbentuk sferoid adalah Triton, ditemukan oleh William Lassell 17 hari setelah penemuan Neptunus. Tidak seperti satelit planet besar lain di Tata Surya, Triton memiliki orbit menghulu, yang menandakan bahwa Triton terjebak oleh gravitasi Neptunus, bukannya terbentuk di tempat; Triton diduga pernah menjadi planet kerdil di sabuk Kuiper. Triton sangat dekat dengan Neptunus sehingga terjebak dalam rotasi sinkronisnya, dan secara perlahan bergerak spiral ke dalam akibat akselerasi pasang dan akan terbelah dalam kurun 3,6 miliar tahun ketika Triton mencapai batas Roche. Pada tahun 1989, Triton merupakan benda terdingin yang pernah diukur di tata surya, dengan perkiraan suhu sekitar .
Satelit kedua Neptunus (menurut urutan penemuannya), yaitu satelit ireguler Nereid, memiliki salah satu orbit paling eksentrik di antara semua satelit di tata surya. Eksentrisitas sebesar 0,7512 memberikannya apoapsis tujuh kali lebih panjang daripada periapsisnya dari Neptuus.
Sejak Juli hingga September 1989, "Voyager 2" menemukan enam satelit Neptunus baru. Dari enam satelit tersebut, Proteus yang berbentuk ireguler terkenal sebagai benda padat besar yang tidak tertarik menjadi bentuk sferoid akibat gravitasinya sendiri. Meski merupakan satelit terbesar kedua Neptunus, massa Proteus hanya 0,25% dari massa Triton. Orbit empat satelit terdalam Neptunus—Naiad, Thalassa, Despina dan Galatea—sangat dekat dengan cincin Neptunus. Satelit terjauh selanjutnya, Larissa, ditemukan pada 1981 ketika satelit ini mengokultasi sebuah bintang. Okultasi ini terjadi pada busur cincin, namun ketika "Voyager 2" mengamati Neptunus pada tahun 1989, okultasi ini dinyatakan terjadi akibat satelitnya. Lima satelit ireguler baru yang ditemukan antara tahun 2002 dan 2003 diumumkan pada tahun 2004. Karena Neptunus adalah dewa laut Romawi, satelit-satelit Planet ini diberi nama sesuai nama dewa-dewa laut selanjutnya.
Neptunus tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, karena memiliki tingkat kecerahan antara magnitudo +7.7 dan +8.0, yang bisa dikalahkan oleh satelit Galileo Yupiter, planet kerdil Ceres dan asteroid 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno dan 6 Hebe. Sebuah teleskop atau teropong kuat akan menunjukkan Neptunus sebagai lingkaran biru kecil, sama seperti Uranus.
Karena jarak Neptunus yang jauh dari Bumi, diameter sudut planet ini berkisar dari 2,2 hingga 2,4 detik busur, terkecil di antara planet-planet di Tata Surya. Ukuran semunya yang kecil menjadikan Neptunus sebagai planet yang paling menantang untuk dipelajari secara visual. Sebagian besar data teleskop sangat terbatas sampai peluncuran Teleskop Antariksa Hubble dan teleskop darat berukuran besar dengan optik adaptif.
Dari Bumi, Neptunus mengalami gerak menghulu setiap 367 hari, mengakibatkan terjadinya gerakan memutar berlawanan dengan bintang-bintang di belakangnya pada setiap oposisi. Gerakan memutar ini membawa Neptunus dekat dengan koordinat penemuan 1846 pada April dan Juli 2010 dan akan terjadi lagi pada Oktober dan November 2011.
Pengamatan Neptunus pada gelombang frekuensi radio memperlihatkan bahwa planet ini adalah sumber emisi bersinambungan dan semburan tidak menentu. Kedua sumber diyakini berasal dari putaran medan magnet planet. Di bagian inframerah spektrumnya, badai Neptunus terlihat lebih cerah dibandingkan sekitarnya yang lebih dingin, sehingga memungkinkan ukuran dan bentuk fitur-fitur planet ini siap dilacak.
"Voyager 2" berada di jarak terdekat dengan Neptunus pada 25 Agustus 1989. Karena Neptunus merupakan planet besar terakhir yang dikunjungi wahana antariksa ini, diputuskan agar Voyager 2 diterbangkan dalam jarak dekat dengan Triton, satelit Neptunus, tanpa mempertimbangkan konsekuensi terhadap lintasan terbangnya, sama seperti yang dilakukan kepada "Voyager 1" ketika melintasi Saturnus dan satelitnya, Titan. Gambar yang dikirimkan ke Bumi dari "Voyager 2" menjadi dasar program malam PBS tahun 1989, "Neptune All Night".
Ketika bertemu dengan Neptunus, sinyal dari wahana ini membutuhkan 246 menit untuk tiba di Bumi. Karena itu, sebagian besar misi "Voyager 2" bergantung pada komando yang telah dimuat untuk pendekatan Neptunus. Voyager 2 melakukan pendekatan dengan satelit Nereid sebelum berada 4400 km dari atmosfer Neptunus pada 25 Agustus, kemudian terbang dekat dengan satelit terbesar Triton pada hari itu juga.
Voyager 2 membenarkan keberadaan medan magnet mengitari planet ini dan menemukan bahwa medan ini seimbang dengan pusatnya dan mengambang sama seperti medan di sekitar Uranus. Pertanyaan tentang rotasi planet ini dipecahkan menggunakan pengukuran emisi radio. "Voyager 2" juga memperlihatkan bahwa Neptunus memiliki sistem cuaca yang aktif. Enam satelit baru ditemukan, dan planet ini diperlihatkan memiliki lebih dari satu cincin.
Pada tahun 2003, "Vision Missions Studies" NASA diusulkan untuk mengimplementasikan misi "Neptune Orbiter with Probes" yang melaksanakan ilmu tingkat "Cassini" tanpa tenaga listrik atau dorongan berbasis fisi. Penelitiannya sedang dilakukan di JPL dan California Institute of Technology. Perencanaan paling terkini yang lainnya adalah Argo, sebuah pesawat ruang angkasa yang akan mengunjungi Jupiter, Saturnus, Neptunus, dan objek sabuk Kuiper.