海王星
海王星（かいおうせい、、）は、太陽系の太陽に近い方から8番目の惑星である。太陽系惑星の中では最も太陽から遠い位置を公転している。名称のNeptuneは、ローマ神話における海神ネプトゥーヌスにちなむ。
海王星は直径49,528km[1]で、これは地球の3.88倍に相当する。地球からの距離はおよそ43億5000万㎞。巨大な氷惑星で、太陽から非常に離れているため、わずかな熱しか受けていない。表面の温度は約50Kである。しかしながら、中心部の温度は、約5,400Kである[2][3]。内部の構造は天王星と似て、氷に覆われた岩石の核を持ち、厚い大気が存在していると考えられている。2007年（平成19年）9月にヨーロッパ南天天文台 (ESO) が観測した結果によれば、海王星の南極が周辺に比べて10度ほど暖かくなっている事が判明している[4][5]。このことから木星や土星同様、内部に放射性元素の崩壊と考えられる熱源を有しており、太陽から受けている熱量の約2倍ほどの熱量を、自ら供給していると考えられている。
海王星の内部構造は、天王星と似ている（→天王星型惑星）。海王星の大気は質量ベースで星の 5-10% を占め、大気圏の厚さは星の半径のおそらく 10-20%、大気圧は 10GPa。大気圏の下層に近づくに従い、メタン・アンモニア・水の濃度が上昇する。
大気圏下層のより暗く高温の層は、徐々に凝縮して液体のマントルとなり、その温度は 2,000-5,000K に達する。このマントルは地球 10-15 個に相当する質量を持ち、水・アンモニア・メタンに富む。惑星科学分野の習慣では、このような状態は高温で高密度な液体であるにもかかわらず「氷」と呼ばれる。この高い電気伝導率を持つ液体は、しばしば「水とアンモニアの海」(water-ammonia ocean) と呼ばれる。水深 7,000km の深度では、マントル中のメタンがダイヤモンドの結晶へと分解され、核に向かって沈殿している可能性がある。マントルは水分子が水素および酸素のイオンに分解されてできた「イオン水」(ionic water) の層によって構成され、さらに深部では酸素が結晶化し、水素イオンがその結晶格子の中を漂う「超イオン水」(superionic water) の状態にある層から成っているとされる。
海王星の核は、鉄、ニッケル、ケイ酸塩で構成され、地球のそれの1.2倍の質量を持つとされている。中心の圧力は、7Mbar (700 GPa) で、温度は 5,400K である[2][3]。
海王星の大気には、水素が80%、ヘリウムが19%含まれ、メタンも1.5%含まれている[6]。天王星と同じく、大気に含まれるメタンの影響で美しい青色をしている。天王星に比べより青みが深い理由は、未知の化合物によるものと考えられている[7]。
また、海王星には磁場が存在する。天王星と同様に磁場の中心は惑星の中心から大幅にずれており、46.8゜自転軸から傾いている。
ハッブル宇宙望遠鏡で、表面の変化が観測されており、海王星にも地球同様に季節がある可能性を示唆している。またこの理由は約28度の赤道傾斜角によるものと推測されている[8][9][10]。
1980年代後半ボイジャー2号の接近時に表面に大暗斑（だいあんはん）または大黒斑と呼ばれる台風の渦巻きの様な模様が発見されたが、1994年にハッブル宇宙望遠鏡がとらえた海王星には消滅していた。この理由は謎のままである[11]。海王星の風は最大で時速2,000kmにも達し太陽系の中でも最速の部類に入ることが判明しているが、その風速に達する気象条件の特定および再現するのは非常に困難であり、未だに解明されていない。
海王星は太陽から約30au離れた軌道を約165年で公転している。2011年7月12日に1846年に発見された時点の位置にまで到達した[12]。軌道離心率は0.0085で地球よりも真円に近い軌道を持つ。
冥王星とは3:2の軌道共鳴になっており、お互いが近くに接近することはない[13]。
海王星はガリレオ・ガリレイやジェローム・ラランドによっても観測されていた<!--ラランドはともかく、ガリレオのケースは偶々木星と同一視野に捉えていただけで「観測していた」とは言えんでしょう。-->が、当時は恒星と思われていた。
天王星の発見後、その摂動から、未知の惑星が存在すると考えられるようになった。フランスではルヴェリエが予想軌道を算出し、それを受けたガレが1846年9月23日（弘化3年8月3日）に発見した。一方イギリスでは、メアリー・サマヴィルなどの研究成果を受けてアダムズが予想軌道を算出し、ジェームズ・チャリスに報告した。チャリスはあまり気の進まないまま、1846年7月から探索をはじめ、アダムズの予測位置付近の星の位置の記録を始めた。そしてガレの海王星発見の後、実はその1ヶ月前にチャリスは2度海王星を観測していたが、新惑星であることを見落としていたことがあきらかになった。このため、アダムズとルヴェリエは発見者は誰かという事で揉めたが、アダムズはルヴェリエに発見者の座を譲った。現在では2人とも発見者の扱いとなっている。
海王星の実際の軌道はティティウス・ボーデの法則に従わないため、予想軌道とは遠日点や離心率が大きく異なっていたが、算出された時点での位置や運動に関しては正しい値に近かった。そしてその時点からあまり年月が経たないうちに探索したこと、ガレが勤めていたベルリン天文台に海王星の明るさである8等級の星を網羅した最新の星図が備えられていたことが、この発見に繋がった。
海王星に接近、観測をした探査機はボイジャー2号だけである。1989年8月24日に最接近した。なお、NASAでは2030年頃に打ち上げ、8～12年後に海王星へ到達するネプチューン・オービターの構想がある。
アリゾナ大学の研究チームが、ボイジャー2号やハッブル宇宙望遠鏡の画像から、ほぼ正確な自転周期を求めることに成功している[14]。
海王星の第1衛星かつ海王星最大の衛星であるトリトンは、海王星の発見からわずか17日後の1846年10月10日にウィリアム・ラッセルによって発見された。
2013年までに、海王星の衛星は14個発見され、S/2004 N 1以外は2007年までにすべて名前が付けられている。また、離心率の大きな軌道や逆行する軌道を描いている衛星も多く、海王星に捕獲されたエッジワース・カイパーベルト天体ではないかと考えられている。
他の大惑星同様、海王星にも環があると考えられていたが、地球からの観測では周回軌道の一部だけを覆う不完全な環しか見つからず、「リング・アーク」または「アーク」と呼ばれていた。ボイジャー2号の探査によって4本の完全な環が見つかり、リング・アークは環の中の特に明るい部分であった事も判明した。
ただ、アークの力学は不明なままである。地球からの観測でリベルテ・アークはボイジャーが観測した時よりも大幅に輝きが失せた事も分かっており、海王星の環は不安定なものである可能性が高くなっている。
衛星はギリシア神話における海や水の精霊、環は海王星と関係の深い天文学者、リング・アークはフランス語の抽象名詞から取った名が付けられている。
ネプチューン＝海王星は古代人の命名ではなく、近世以降に発見された惑星に、他の惑星に倣い「未使用の神話上の大物」の名が付けられたもので、天体の外見や運行上の特徴と付けられた神名の関わりは希薄である。最外周の惑星だったため「深淵」のイメージを付与された命名である。ネプチューンはローマ神話の海の神で、ギリシャ神話のポセイドンに当たる。
海王星は古代には知られていなかったため七曜・九曜には含まれないが、10大天体の1つである。
西洋占星術では、双魚宮（うお座）の支配星（海王星発見以前は木星が支配星とされていた）である。見えないものを示し、石油、石油製品、霊感、海に当てはまる[15]。
ネプチューンの得物である三叉矛（トライデント）を図案化したものが、占星術・天文学を通して用いられる。
太陽系外縁天体（海王星以遠天体とも呼ばれていた） ホット・ネプチューン コールド・ネプチューン