Neptunus

Hierdie artikel handel oor die planeet Neptunus. Vir ander betekenisse van die naam, sien Neptunus (dubbelsinnig).

Neptunus is die agtste en sover bekend verste planeet van die Son af. In die Sonnestelsel is dit die vierde grootste planeet volgens deursnee, die planeet met die derde grootste massa en die digste reuseplaneet. Sy massa is 17 keer dié van die Aarde en effens groter as dié van Uranus. Neptunus is digter en fisies kleiner as Uranus omdat sy atmosfeer vanweë sy groter massa kleiner gedruk is deur sy swaartekrag. Die planeet wentel een keer elke 164,8 jaar om die Son op ’n gemiddelde afstand van 30,1 AE, of 4,5 miljard km. Dit is genoem na die Romeinse god van die see en sy sterrekundige simbool is ♆, ’n gestileerde weergawe van die god Neptunus se drietandvurk.

Neptunus is nie met die blote oog sigbaar nie en is die enigste planeet in die Sonnestelsel wat deur middel van wiskundige voorspelling ontdek is eerder as deur empiriese waarneming. Onverwagte veranderings in Uranus se wentelbaan het daartoe gelei dat Alexis Bouvard afgelei het sy wentelbaan is onderworpe aan swaartekragversteurings deur ’n onbekende planeet. Ná Bouvard se dood is Neptunus se posisie uit sy waarnemings voorspel – onafhanklik deur John Couch Adams en Urbain Le Verrier. Neptunus is daarna, op 23 September 1846, met ’n teleskoop waargeneem deur Johann Galle binne ’n graad van die posisie wat deur Le Verrier voorspel is. Sy grootste maan, Triton, is kort daarna ontdek, hoewel die planeet se 13 ander mane eers in die 20ste eeu teleskopies ontdek is. Vanweë die planeet se afstand van die Aarde af het dit ’n baie klein skynbare grootte, en dit is dus moeilik om hom met grondgebaseerde teleskope te ondersoek.

Neptunus is deur Voyager 2 besoek toe dit op 25 Augustus 1989 verby die planeet gevlieg het; dit is die enigste ruimtetuig wat Neptunus nog besoek het. Die uitvinding van die Hubble-ruimteteleskoop en groot grondgebaseerde teleskope met aanpassingsoptiek maak dit deesdae moontlik om die planeet van ver af waar te neem.

Nes met Jupiter en Saturnus die geval is, bestaan Neptunus se atmosfeer hoofsaaklik uit waterstof en helium, asook spore van koolwaterstowwe en moontlik stikstof, hoewel dit ’n groter proporsie "yse" soos water, ammoniak en metaan bevat. Sy binnekant bestaan, nes dié van Uranus, hoofsaaklik uit yse en rots; Uranus en Neptunus word vanweë dié eienskappe gewoonlik as ysreuse beskou om hulle van Jupiter en Saturnus te onderskei. Spore van metaan in die buitenste streke is verantwoordelik vir die planeet se blou voorkoms.

In kontras met Uranus se mistige atmosfeer sonder sigbare eienskappe, het Neptunus se atmosfeer aktiewe, sigbare weerpatrone. Tydens Voyager 2 se verbyvlug in 1989 het die planeet se suidelike halfrond byvoorbeeld ’n Groot Donker Vlek gehad, soortgelyk aan Jupiter se Groot Rooi Vlek. Hierdie weerpatrone word veroorsaak deur die sterktste winde op enige planeet in die Sonnestelsel – windsnelhede van tot 2 100 km/h is al gemeet. Weens sy groot afstand van die Son af, is Neptunus se buitenste atmosfeer een van die koudste plekke in die Sonnestelsel, met temperature by die boonste punte van sy wolke wat tot 55 K () kan daal. Die temperatuur in die planeet se middel is sowat 5 400 K ().

Neptunus het ’n dowwe, gefragmenteerde ringstelsel (wat "boë" genoem word). Dit is in 1984 ontdek en later deur Voyager 2 bevestig.

 Geskiedenis 
 Ontdekking 
duimnael|links|upright|Galileo Galilei.
Galileo se tekeninge op 28 Desember 1612 en 27 Januarie 1613 is van die vroegste aangetekende waarnemings wat deur ’n teleskoop gedoen is – en dit bevat punte wat ooreenstem met wat nou bekend is die posisie van Neptunus is. Dit lyk of Galileo Neptunus op albei geleenthede vir ’n vaste ster aangesien het toe dit na aan Jupiter – in konjunksie – in die naglug was; hy kry dus nie die eer vir die planeet se ontdekking nie.

Tydens Galileo se eerste waarneming in Desember 1612 het Neptunus feitlik stilgestaan, want dit het op daardie dag retrograad geword. Hierdie oënskynlike terugwaartse beweging word geskep wanneer die Aarde se wentelbaan dit verby ’n buiteplaneet neem. Omdat Neptunus pas sy jaarlikse retrograde siklus begin het, was sy beweging heeltemal te klein dat Galileo dit met sy klein teleskoop kon sien. In 2009 het ’n studie aangetoon Galileo was ten minste bewus daarvan dat die "ster" wat hy waargeneem het, beweeg het relatief tot die vaste sterre.

In 1821 het Alexis Bouvard sterrekundige tabelle van die wentelbaan van Neptunus se buurman, Uranus, gepubliseer. Daaropvolgende waarnemings het aansienlike afwykings van dié tabelle getoon, en dit het Bouvard laat hipotetiseer dat ’n onbekende planeet Uranus se wentelbaan versteur deur middel van ’n swaartekragwisselwerking. In 1843 het John Couch Adams aan die wentelbaan van Uranus begin werk met die data wat hy tot sy beskikking gehad het en in 1844 bykomende inligting gekry van die Astronomer Royal, sir George Airy. Adams het in 1845 en '46 daaraan bly werk en verskeie ramings van ’n nuwe planeet gedoen.

duimnael|upright|links|Urbain Le Verrier.
In 1845 en '46 het Urbain Le Verrier, onafhanklik van Adams, sy eie berekenings gedoen. Toe Airy in Junie 1846 Le Verrier se eerste gepubliseerde raming van die planeet se lengtegraad sien, en hoe baie dit met Adams se raming ooreenstem, het hy die Engelse sterrekundige James Challis oorreed om na die planeet te soek. Challis het die naglug in Augustus en September vrugteloos bespied.

Intussen het Le Verrier vir Johann Galle van die Berlynse Sterrewag per brief aangespoor om met die sterrewag se refraktorteleskoop te soek. Heinrich d'Arrest, ’n student by die sterrewag, het aan Galle voorgestel dat hulle ’n kaart van die lug in die streek van Le Verrier se voorspelde ligging vergelyk met die huidige lug om te soek na die kenmerkende beweging van ’n planeet in teenstelling met dié van ’n vaste ster. Op die aand van 23 September 1846, die dag toe Galle die brief ontvang, het hy Neptunus net noordoos van Iota Aquarii ontdek, een graad van Le Verrier se voorspelling van "vyf grade oos van Delta Capricorn".Levenson, Thomas (2015). The Hunt for Vulcan . . . And How Albert Einstein Destroyed a Planet, Discovered Relativity, and Deciphered the Universe, Random House Publications – 2015, p.38 Dit was sowat 12° van Adams se voorspelling, en op die grens tussen die Waterdraer (Aquarius) en Steenbok (Capricornus) volgens die IAU se moderne indeling van sterrebeelde. Challis het later agtergekom hy het die planeet twee keer gesien, op 4 en 12 Augustus, maar nie besef dit is ’n planeet nie omdat hy nie ’n sterkaart gehad het wat op datum was nie en ook omdat sy aandag afgelei is deur sy werk aan komeetwaarnemings.

Ná die ontdekking was daar ’n kwaai nasionalistiese wedywering tussen die Franse en Britte oor wie saam met Galle die krediet daarvoor moet kry. Eindelik was die internasionale konsensus dat Le Verrier en Adams albei erkenning moet kry. Sedert 1966 het die Amerikaanse sterrekundige en historikus Dennis Rawlins die geloofwaardigheid van Adams se aanspraak as mede-ontdekker bevraagteken en historici het die saak heroorweeg met die terugbesorging in 1998 van die "Neptunusdokumente" (historiese dokumente) aan die Royal Observatory in Greenwich. Nadat hulle dit bestudeer het, het hulle voorgestel dat "Adams nie gelyke aanspraak as Le Verrier gehad het op die ontdekking van Neptunus nie. Daardie eer kom net die persoon toe wat daarin geslaag het om die planeet se plek te voorspel asook om ander sterrekundiges te oorreed om daarna te soek."

 Naam 
Kort ná Neptunus se ontdekking is hy bloot "die planeet anderkant Uranus" of "Le Verrier se planeet" genoem. Die eerste voorstel vir ’n naam het van Galle gekom; hy het die naam "Janus" voorgestel. In Engeland het Challis die naam "Okeanos" voorgestel.Moore (2000):206

Le Verrier het gou aanspraak daarop gemaak om sy ontdekking ’n naam te gee en die naam "Neptunus" voorgestel, hoewel hy valslik beweer het die naam is amptelik deur die Franse Bureau des Longitudes goedgekeur. In Oktober wou hy die planeet "Le Verrier", na homself, noem. Hy is gesteun deur die sterrewag se direkteur, François Arago, maar dit het buite Frankryk groot teenstand gekry. Franse sterrekundige almanakke het gou die naam "Herschel" vir Uranus begin gebruik, na aanleiding van sy ontdekker, sir William Herschel, en "Leverrier" vir die nuwe planeet.

"Neptunus" het egter kort daarna die algemeen aanvaarde naam geword. Neptunus was in die Romeinse mitologie die god van die see, wat die Grieke Poseidon genoem het. Die keuse van ’n mitologiese naam was in ooreenstemming met die name van die ander planete behalwe die Aarde, wat almal na gode in die Griekse en Romeinse mitologie genoem is.

 Status 
Van sy ontdekking in 1846 tot met die ontdekking van Pluto in 1930 was Neptunus die verste bekende planeet. Toe Pluto ontdek word, is dit as ’n planeet beskou en Neptunus het die tweede verste bekende planeet geword – behalwe vir ’n tydperk van 20 jaar tussen 1979 en 1999 toe Pluto vanweë sy elliptiese wentelbaan nader aan die Son was as Neptunus.

Die ontdekking van die Kuipergordel in 1992 het daartoe gelei dat baie sterrekundiges daaroor gedebatteer het of Pluto as ’n planeet of as deel van die Kuipergordel beskou moet word. In 2006 het die Internasionale Astronomiese Unie (IAU) die term "planeet" vir die eerste keer gedefinieer. Daarvolgens het Pluto ’n dwergplaneet geword en was Neptunus weer eens die verste bekende planeet in die Sonnestelsel.

 Fisiese eienskappe 
duimnael|’n Vergelyking van die Aarde en Neptunus se grootte.

Neptunus se massa van 1,0243 kg is tussen dié van die Aarde en die groot gasreuse: Dit is 17 keer dié van die Aarde, maar net  van Jupiter s'n.Die Aarde se massa is 5,9736 kg, wat ’n massaverhouding gee van


Uranus se massa is 8,6810 kg, wat ’n massaverhouding gee van


Jupiter se massa is 1,8986 kg, wat ’n massaverhouding gee van



Massawaardes van  Sy swaartekrag by 1 bar is 11,15 m/s2, 1,14 keer die oppervlakswaartekrag van die Aarde, en word net deur Jupiter oortref. Die radius van Neptunus se ewenaar (24 764 km) is byna vier keer dié van die Aarde se ewenaar. Neptunus is, nes Uranus, ’n ysreus, ’n subklas van die reuseplanete, want hulle is kleiner en het hoër konsentrasies vlugtige stowwe as Jupiter en Saturnus.

In die soeke na eksoplanete word Neptunus as maatstaf gebruik: Liggame van ’n soortgelyke massa wat ontdek word, word dikwels "Neptunusse" genoem, net soos wat soms na "Jupiters" verwys word.

 Interne struktuur 
Neptunus se interne struktuur stem ooreen met dié van Uranus. Sy atmosfeer maak sowat 5% tot 10% van sy massa uit en strek tot miskien 10% tot 20% van die pad na sy kern, waar dit druk van sowat 10 GPa ondervind, of sowat 100 000 keer dié van die Aarde se atmosfeer. Toenemende konsentrasies metaan, ammoniak en water word in die laer streke van die atmosfeer aangetref.

duimnael|links|Die interne struktuur van Neptunus: 
Die mantel is 10 tot 15 aardmassas en is ryk aan water, ammoniak en metaan. Soos die gebruik in planetêre wetenskap is, word na hierdie mengsel verwys as yse, al is dit ’n warm, digte vloeistof. Dié vloeistof, wat ’n groot elektriese geleidingsvermoë het, word soms ’n water-ammoniak-oseaan genoem. Die mantel bestaan dalk uit ’n laag ioniese water waarin die watermolekules afgebreek word in ’n sop van waterstof en suurstofione en dieper af superioniese water waarin die suurstof kristalliseer, maar die waterstofione vrylik ronddryf binne die suurstofraamwerk.

Op ’n diepte van 7 000 km kan die toestande sodanig wees dat metaan diamantkristalle vorm wat soos haelkorrels neerreën. Wetenskaplikes glo hierdie soort diamantreën kom ook op Jupiter, Saturnus en Uranus voor. Proefnemings by die Lawrence Livermore- Nasionale Laboratorium in Kalifornië dui daarop dat die bokant van die mantel ’n oseaan van vloeibare koolstof kan wees met soliede, drywende "diamante".

Neptunus se kern is waarskynlik saamgestel uit yster, nikkel en silikate met ’n massa van sowat 1,2 keer dié van die Aarde. Die druk in die middel is 7 Mbar (700 GPa), sowat twee keer dié van die middel van die Aarde, en die temperatuur kan 5 400 K wees.

 Atmosfeer 
duimnael|’n Gekombineerde kleur- en naby-infrarooibeeld van Neptunus, wat bande van metaan in sy atmosfeer wys, asook vier van sy mane, Proteus, Larissa, Galatea en Despina.
duimnael|’n Video van Neptunus en sy mane.
By groot hoogtes is Neptunus se atmosfeer 80% waterstof en 19% helium. ’n Spoorhoeveelheid metaan is ook teenwoordig. Prominente absorpsielyne van metaan kom voor by golflengtes bo 600 nm, in die rooi en infrarooideel van die spektrum. Nes met Uranus is die absorpsie van rooi lig deur die metaan in die atmosfeer deel van die rede dat die planeet blou lyk, hoewel Neptunus se helder asuur verskil van Uranus se sagter sian. Aangesien die metaaninhoud van Neptunus se atmosfeer dieselfde is as dié van Uranus, dra ’n onbekende atmosferiese bestanddeel by tot Neptunus se kleur.

Neptunus se atmosfeer word in twee hoofstreke verdeel: die laer troposfeer, waar die temperatuur met die hoogte afneem, en die stratosfeer, waar die temperatuur met die hoogte toeneem. Die grens tussen die twee, die tropopouse, lê by ’n druk van 0,1 bar (10 kPa). Die stratosfeer gaan dan oor in die termosfeer by ’n druk van laer as 10-5 tot 10-4 bar (1 tot 10 Pa). Die termosfeer gaan geleidelik oor in die eksosfeer.

duimnael|Stroke hoë wolke gooi skadu's oor Neptunus se laer wolkkombers.
Modelle dui daarop dat Neptunus se troposfeer stroke wolke van wisselende samestellings het na gelang van die hoogte. Die boonste wolke lê by ’n druk onder een bar, waar die temperatuur geskik is vir metaan om te kondenseer. Vir ’n druk tussen een en vyf bar (100 en 500 kPa) vorm wolke van ammoniak en waterstofsulfied vermoedelik. Bo ’n druk van vyf bar kan die wolke bestaan uit ammoniak, ammoniumsulfied, waterstofsulfied en water. Dieper wolke van waterys behoort voor te kom by ’n druk van sowat 50 bar, waar die temperatuur tot 273 K (0 °C) is. Daaronder kan wolke van ammoniak en waterstofsulfied dalk voorkom.

Daar is waargeneem dat hoë wolke op Neptunus skadu's gooi op die wolkkombers daaronder. Daar is ook hoë wolke wat by ’n konstante hoogte om die planeet gedraai is. Dié omringende stroke het breedtes van 50-150 km en lê sowat 50-110 km bo die wolkkombers. Dié hoogtes is in die laag waar weer voorkom, die troposfeer. Weer kom nie in die hoër strato- en termosfeer voor nie.

Neptunus se spektra dui daarop dat sy laer stratosfeer mistig is vanweë die kondensasie van produkte van die ultraviolet-fotolise van metaan, soos etaan en etyn. Die stratosfeer huisves ook spoorhoeveelhede koolstofmonoksied en blousuur. Neptunus se stratosfeer is warmer as dié van Uranus vanweë die groter konsentrasie van koolwaterstowwe.

Om redes wat steeds onbekend is, het die planeet se termosfeer ’n afwykend hoë temperatuur van sowat 750 K. Die planeet is te ver van die Son af dat dié hitte deur ultravioletstraling opgewek kan word. Een kandidaat vir ’n verhittingsmeganisme is atmosferiese wisselwerkings met ione in die planeet se magneetveld. Ander kandidate is swaartekraggolwe van die binnekant af. Die termosfeer bevat spore van koolstofdioksied en water, wat kan kom van eksterne bronne soos meteoriete en stof.

 Magnetosfeer 
Neptunus se magnetosfeer stem baie ooreen met dié van Uranus, met ’n magneetveld wat baie skuins lê ten opsigte van sy draaias teen 47° en verplaas teen minstens 0,55 radiusse, of sowat 13 500 km van die planeet se fisiese middelpunt. Voor Voyager 2 se verbyvlug is gehipotetiseer dat Uranus se skuins magnetosfeer die gevolg van sy sywaartse rotasie is. Nadat wetenskaplikes die magneetvelde van die twee planete vergelyk het, glo hulle nou die uiterse oriëntasie kan die gevolg wees van strome in die planete se binnekant. Die veld kan geskep word deur konvektiewe vloeistofbewegings in ’n dun sferiese skild van elektries geleidende vloeistowwe (moontlik ’n kombinasie van ammonial, metaan en water) wat tot ’n dinamo-aksie lei.

Die dipoolkomponent van die magneetveld by die magnetiese ewenaar van Neptunus is sowat 14 mikrotesla (0,14 G). Die magnetiese dipoolmoment van Neptunus is sowat 2,2 T·m3 (14 μT·RN3, waar RN Neptunus se radius is). Neptunus se magneetveld het ’n ingewikkelde geometrie wat relatief groot verspreidings van niepolêre komponente insluit, insluitende ’n kwadropoolmoment wat dalk sterker as die dipoolmoment is. In teenstelling hiermee het die Aarde, Jupiter en Saturnus net relatief klein kwadropoolmomente, en hulle velde lê minder skuins ten opsigte van die poolas.

Neptunus se boogskok, waar die magnetosfeer begin om die sonwind te vertraag, kom voor op ’n afstand van 34,9 keer die planeet se radius. Die magnetopouse, waar die druk van die magnetosfeer die sonwind balanseer, lê op ’n afstand van 23-26,5 keer die planeet se radius. Die stert van die magnetosfeer strek tot minstens 72 keer die radius, en dalk selfs verder.

 Klimaat 
duimnael|Die Groot Donker Vlek (bo), Bromponie (middelste wit wolk) en Klein Donker Vlek (onder), met die kontras verhoog.

Neptunus se weer word gekenmerk deur uiters dinamiese stormstelsels, met winde wat snelhede van byna 600 m/s bereik – amper supersoniese snelhede. Gewoonlik wissel windsnelhede egter tussen 20 m/s ooswaarts en 325 m/s weswaarts. Aan die bopunt van die wolke is windsnelhede tussen 400 m/s met die ewenaar langs en 250 m/s by die pole. Die meeste winde beweeg in die teenoorgestelde rigting as die planeet se rotasie. Die algemene windpatroon het ’n prograde rotasie by groot hoogtes en ’n retrograde rotasie by kleiner hoogtes.

Neptunus verskil van Uranus wat betref sy tipiese vlak van weeraktiwiteit. Voyager 2 het tydens sy verbyvlug van 1989 weerverskynsels op Neptunus waargeneem, maar geen vergelykbare verskynsels op Uranus tydens sy verbyvlug van 1986 nie.

In 2007 is ontdek die boonste troposfeer van Neptunus se suidpool is sowat 10 K warmer as die res van die atmosfeer, wat gemiddeld sowat 73 K (-200 °C) is. Die temperatuurverskil is groot genoeg dat metaan, wat op ander plekke in die troposfeer gevries is, in die stratosfeer naby die pool ontsnap. Die relatiewe "warm kol" is vanweë Neptunus se ashelling, wat die suidpool die afgelope kwartjaar van die planeet, of rofweg 40 aardjare, na die Son gedraai hou. Namate Neptunus stadigaan na die teenoorgestelde kant van die Son beweeg, sal die suidpool donker en die noordpool verlig word, wat sal veroorsaak dat die metaanvrystelling na die noordpool sal skuif.

Daar is waargeneem dat die wolkstroke in die suidelike halfrond vanweë seisoenale veranderings in grootte en albedo toeneem. Dié neiging is in 1980 die eerste keer waargeneem en sal na verwagting tot in 2020 duur. Neptunus se lang wentelperiode maak dat seisoene 40 jaar lank duur.

 Storms 
In 1989 het Nasa se Voyager 2-ruimtetuig die Groot Donker Vlek, ’n antisikloniese storm wat oor 13 000 × 6 600 km strek, ontdek. Die storm het soos Jupiter se Groot Rooi Vlek gelyk. Sowat vyf jaar later, op 2 November 1994, het die Hubble-ruimteteleskoop nie die Groot Donker Vlek op die planeet gesien nie. In plaas daarvan is ’n soortgelyke storm in die noordelike halfrond ontdek.

Die Bromponie is nog ’n storm, ’n wit wolkgroep verder suid as die Groot Donker Vlek. Dié bynaam het die eerste keer ontstaan in die maande voor Voyager 2 se verbyvlug in 1989, toe waargeneem is dat hulle teen snelhede van vinniger as die Groot Donker Vlek beweeg (en beelde wat later ingewin is, het onthul daar is wolke wat nog vinniger beweeg het as dié wat Voyager 2 aanvanklik waargeneem het). Die Klein Donker Vlek is ’n suidelike sikloonstorm, die tweede ergste storm wat tydens die 1989-verbyvlug waargeneem is. Dit was aanvanklik heeltemal donker, maar namate Voyager 2 nader gekom het, het ’n helder kern ontwikkel en dit kan op die meeste van die hoëresolusiefoto's gesien word.

Neptunus se donker kolle kom vermoedelik in die troposfeer voor, teen kleiner hoogtes as die helder wolkverskynsels, en daarom lyk hulle soos gate in die boonste wolkkombers. Omdat hulle maande lank stabiel bly, word geglo hulle is draaikolkstrukture. Helderder metaanwolke wat by die tropopouse vorm, word dikwels met donker vlekke verbind. Die voorkoms van meegaande wolke dui daarop dat sommige vorige donker kolle steeds as siklone kan bestaan, al is hulle nie meer as ’n donker verskynsel sigbaar nie. Donker vlekke kan verdwyn as hulle te na aan die ewenaar kom of moontlik vanweë ’n ander, onbekende meganisme.

 Interne verhitting 
duimnael|Vier foto's wat ’n paar uur uitmekaar geneem is met die Wyeveldkamera 3 van Nasa/ESA se Hubble-ruimteteleskoop.

Die groter wisselings in Neptunus se weer in vergelyking met dié van Uranus is gedeeltelik vanweë sy groter interne verhitting. Die boonste streke van die planeet se troposfeer het ’n lae temperatuur van tot 51,8 K (). Op ’n diepte waar die atmosfeerdruk gelyk is aan 1 bar (100 kPa) is die temperatuur 72 K (). Dieper binne-in die lae gas styg die temperatuur voortdurend. Nes met Uranus die geval is, is die bron van dié verhitting onbekend, maar die afwyking is groter: Uranus straal net 1,1 keer die hitte uit wat dit van die Son af kry; daarteenoor straal Neptunus omtrent 2,61 keer soveel energie uit as wat dit van die Son af kry. Neptunus is die verste bekende planeet van die Son af en lê meer as 50% so ver van die Son af as Uranus. Dit kry net 40% van Uranus se sonlig, en tog is sy interne energie groot genoeg om die vinnigste winde in die Sonnestelsel aan te dryf. Afhangend van die termiese eienskappe van sy binnekant, kan die hitte wat ná Neptunus se vorming oor is, dalk die huidige hittevloei verduidelik. Dit is egter moeiliker om terselfdertyd Uranus se gebrek aan interne hitte te verduidelik as ’n mens die skynbare ooreenkomste tussen die twee planete in ag neem.Imke de Pater en Jack J. Lissauer (2001), Planetary Sciences, 1ste uitg., bl. 224.

 Wentelbaan en rotasie 
duimnael|links|Neptunus (rooi boog) voltooi een omwenteling om die Son (middel) vir elke 164,79 omwentelings van die Aarde. Die ligblou voorwerp verteenwoordig Uranus.
Die gemiddelde afstand tussen Neptunus en die Son is  (omtrent 30,1 AE) en dit voltooi gemiddeld elke 164,79 jaar ’n omwenteling; dit kan met ±0,1 jaar wissel. Sy perihelium (naaste afstand) is 29,81 AE en sy afelium (verste afstand) is 30,33 AE.Jean Meeus, Astronomical Algorithms (Richmond, VA: Willmann-Bell, 1998) 273.

Op 11 Julie 2011 het Neptunus sy eerste volle barisentriese wentelbaan voltooi sedert sy ontdekking in 1846. Dit het egter nie na die presiese plek in die lug teruggekeer as waar dit ontdek is nie, want die Aarde was op ’n ander plek in sy wentelbaan van 365,26 dae. Vanweë die beweging van die Son in vergelyking met die barisentrum van die Sonnestelsel, was Neptunus op 11 Julie ook nie op presies dieselfde plek waar hy ontdek is in verhouding met die Son nie; as die algemener heliosentriese koördinatestelsel gebruik is, is die lengtegraad met sy ontdekking op 12 Julie 2011 bereik. (Bill Folkner by die JPL)

Die elliptiese wentelbaan van Neptunus lê teen ’n helling van 1,77° in vergelyking met die Aarde s'n.

Neptunus se ashelling is 28,32°, wat naby aan dié van die Aarde (23°) en Mars (25°) is. As gevolg daarvan ondervind Neptunus soortgelyke seisoenale veranderings as die Aarde. Die planeet se lang wentelperiode beteken die seisoene duur 40 aardjare. Sy sideriese rotasieperiode (dag) is rofweg 16,11 uur. Omdat sy ashelling vergelykbaar is met dié van die Aarde, is die wisseling in die lengte van sy dag gedurende sy lang jaar nie groter nie.

Omdat Neptunus nie ’n soliede liggaam is nie, ondergaan sy atmosfeer differensiële rotasie. Die breë ewenaarsone draai met ’n periode van sowat 18 uur, wat stadiger is as die 16,1 uur van die planeet se magneetveld. Die teenoorgestelde is waar van die poolstreke, waar die rotasieperiode 12 uur is. Hierdie verskil is die grootste van enige planeet in die Sonnestelsel, en die gevolg is ’n sterk latitudinale windskeur.

 Baanresonansies 

duimnael|’n Diagram wat die grootste baanresonansies in die Kuipergordel wys wat deur Neptunus veroorsaak word: Die dele wat uitgelig word, is die 2:3-resonansie (plutino's), die nieresonante "klassieke gordel" (cubewano's) en die 1:2-resonansie (twotino's).

Neptunus se wentelbaan het ’n groot impak op die streek net daaragter, bekend as die Kuipergordel. Dié gordel is ’n ring klein yswêrelde soortgelyk aan die asteroïdegordel, maar veel groter – dit strek van Neptunus se wentelbaan by 30 AE tot sowat 55 AE van die Son af. Baie soos wat Jupiter se swaartekrag die asteroïdegordel oorheers en sy struktuur bepaal, oorheers Neptunus se swaartekrag die Kuipergordel. Deur die bestaan van die Sonnestelsel het sekere streke van die Kuipergordel gedestabiliseer geraak deur Neptunus se swaartekrag en gapings in die struktuur daarvan veroorsaak. Die streek tussen 40 en 42 AE is ’n voorbeeld.

Daar is in hierdie leë streke wentelbane waar voorwerpe vir die bestaan van die Sonnestelsel kan bly bestaan. Dié resonansies kom voor wanneer Neptunus se wentelperiode ’n volle breuk van dié van die voorwerp is, soos 1:2 of 3:4. As ’n voorwerp byvoorbeeld een keer om die Son wentel vir elke twee omwentelings van Neptunus, sal dit net die helfte van sy wentelbaan voltooi het teen die tyd dat Neptunus na sy oorspronklike posisie terugkeer. Die resonansie met die meeste bekende voorwerpe, sowat 200, is die 2:3-resonansie. Voorwerpe hier voltooi twee wentelbane vir elke drie van Neptunus. Hulle is bekend as plutino's omdat die grootste voorwerp in die Kuipergordel, Pluto, onder hulle tel. Hoewel Pluto gereeld deur Neptunus se wentelbaan beweeg, sorg die 2:3-resonansie dat hulle nooit bots nie. Daar is minder voorwerpe met ’n resonansie van 3:4, 3:5, 4:7 en 2:5.

Neptunus het ’n aantal bekende trojane by die Son en Neptunus se Lagrange-punte L4 en L5 – dit is stabiele swaartekragstreke wat Neptunus in sy wentelbaan onderskeidelik vooruitloop en volg. Neptunus-trojane kan beskou word as dat hulle ’n 1:1-resonansie met Neptunus het. Sommige van hulle is baie stabiel in hulle wentelbane en het waarskynlik saam met Neptunus gevorm, eerder as dat hulle aangetrek en vasgevang is. Die eerste voorwerp wat by Neptunus se L5-punt geïdentifiseer is, is . Neptunus het ook ’n tydelike kammasatelliet, . Dié voorwerp is al 12 500 jaar ’n kammasatelliet van Neptunus en sal dit nog 12 500 jaar lank bly.

 Vorming en migrasie 

duimnael|upright=1.5|’n Voorstelling van die buitenste planete en die Kuipergordel: a) vroeë posisies, voordat Jupiter en Saturnus in ’n baanresonansie van 2:1 getree het; b) die verstrooing van planetesimale na die binneste Sonnestelsel ná die wentelbaanverskuiwing van Neptunus (donkerblou) en Uranus (ligblou); c) ná die uitwerping van verstrooide Kuipergordelvoorwerpe deur Jupiter.

Dit is moeilik om die vorming van die ysreuse, Neptunus en Uranus, presies met modelle te voorspel. Volgens huidige modelle was die materie in die buitenste streke van die Sonnestelsel nie dig genoeg dat sulke groot liggame volgens die tradisioneel aanvaarde metode van kernakkresie gevorm kon word nie, en verskeie hipoteses het ontstaan om hulle vorming te verduidelik. Een is dat die ysplanete nie deur kernakkresie gevorm is nie, maar deur onstabiliteite binne die oorspronklike protoplanetêre skyf, en dat hulle atmosfeer weggeblaas is deur straling van ’n nabygeleë, swaar OB-ster.

’n Alternatiewe idee is dat hulle nader aan die Son gevorm het waar die materie digter was, en daarna na hulle huidige posisies gemigreer het ná die verwydering van die gasagtige protoplanetêre skyf. Die teorie van migrasie ná vorming word verkies, want dit verduidelik die voorkoms van populasies klein voorwerpe in die streek anderkant Neptunus beter. Die model wat tans die algemeenste aanvaar word, is die Nice-model, wat die uitwerking verduidelik van die migrasie van Neptunus en die ander reuseplanete op die struktuur van die Kuipergordel.

 Mane 

duimnael|Neptunus in sy natuurlike kleure met Proteus (bo), Larissa (regs onder) en Despina (links), afgeneem deur die Hubble-ruimteteleskoop.

Neptunus het 14 bekende mane.Hubble Space Telescope discovers fourteenth tiny moon orbiting Neptune | Space, Military and Medicine . News.com.au (16 Julie 2013). Besoek op 28 Julie 2013. Triton is die grootste en sy massa maak meer as 99,5% uit van die massa van die materiaal in ’n wentelbaan om Neptunus,Die massa van Triton: 2,14 kg. Die gekombineerde massa van die ander mane: 7,53 kg of 0,35%. Die ringe se massa is onbeduidend. en dit is die enigste een wat swaar genoeg is om rond gedruk te wees. Triton is deur William Lassell ontdek, net 17 dae ná die ontdekking van Neptunus self. Anders as alle groot mane in die Sonnestelsel het Triton ’n retrograde wentelbaan, wat daarop dui dat dit van elders aangetrek en vasgevang is eerder as dat dit in sy huidige posisie gevorm het; dit was moontlik eers ’n dwergplaneet in die Kuipergordel. Dit is na genoeg aan Neptunus dat dit ’n sinchroniese omwenteling het, en dit beweeg stadigaan binnewaarts vanweë getyversnelling. Dit sal eindelik uitmekaargeruk word: binne sowat 3,6 miljard jaar wanneer dit die Rochelimiet bereik.

In 1989 was Triton die koudste voorwerp wat nog in die Sonnestelsel gemeet is, met ’n geraamde temperatuur van 38 K ().

Die maan wat tweede ontdek is, die onreëlmatige Nereïde, het een van die eksentriekste maanwentelbane in die Sonnestelsel. Die eksentrisiteit van 0,7512 maak dat sy apoapside (verste afstand van Neptunus) sewe keer so ver as sy periapside (naaste afstand) is.

duimnael|upright|links|Neptunus se maan Proteus.
Van Julie tot September 1989 het Voyager 2 ses mane van Neptunus ontdek. Van hulle is Proteus met sy onreëlmatige vorm merkwaardig omdat dit so groot is as wat ’n liggaam moontlik kan wees sonder dat sy eie swaartekrag dit in ’n ronde vorm druk. Hoewel dit Neptunus se tweede swaarste maan is, is sy massa net 0,25% van dié van Triton.

Neptunus se heel binneste mane – Naiade, Talassa, Despina en Galatea – is naby genoeg aan die planeet dat hulle binne-in die ringe lê. Die volgende maan van binne af, Larissa, is oorspronklik in 1981 ontdek toe dit voor ’n ster inbeweeg het. Dié okkultasie is eers aan ringboë toegeskryf, maar toe Voyager 2 Neptunus in 1989 waarneem, is ontdek dat Larissa dit veroorsaak het. Die ontdekking van vyf nuwe onreëlmatige mane tussen 2002 en 2003 is in 2004 aangekondig. ’n Nuwe maan, die kleinste tot dusver, is Hippokamp, wat in 2013 ontdek is deur verskeie Hubble-foto's te kombineer.

Omdat Neptunus die Romeinse god van die see was, is die planeet se mane genoem na minder belangrike seefigure uit die mitologie.

 Planetêre ringe 

duimnael|Neptunus se ringe.
Neptunus het ’n planetêre ringstelsel, maar heelwat minder beduidend as Saturnus s’n. Die ringe bestaan dalk uit ysdeeltjies met ’n laag silikate of koolstofgebaseerde materiaal, wat hulle waarskynlik ’n rooierige kleur gee. Die drie hoofringe is die smal Adamsring, 63 000 km van die middel van Neptunus af, die Le Verrierring op 53 000 km en die breër, dowwer Gallering op 42 000 km. ’n Dowwe uitwaartse uitbreiding van die Le Verrierring word Lassell genoem; dit word aan die buitekant ingeperk deur die Aragoring op 57 000 km.

Die eerste planetêre ring is in 1968 waargeneem deur ’n span onder Edward Guinan. In die vroeë 1980's het ’n ontleding van dié data en nuwer waarnemings tot die hipotese gelei dat dié ring onvolledig is. Bewyse dat die ring gapings kan hê het die eerste keer duidelik geraak tydens ’n stellêre okkultasie in 1984 toe die ringe ’n ster tydens immersie verdwerg het, maar nie tydens emersie nie. Foto's deur Voyager 2 in 1989 het die kwessie opgelos deur verskeie dowwe ringe te wys.

Die heel buitenste ring, Adams, bevat vyf prominente boë, wat nou genoem word Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2 en Fraternité ("Moed", "Vryheid", "Gelykheid" en "Broederskap"). Die bestaan van boë was moeilik om te verduidelik, want die wette van beweging voorspel dat boë tot ’n uniforme ring sou uitsprei. Sterrekundiges meen nou die boë word in hulle huidige vorm gedruk deur die swaartekraginvloed van Galatea, ’n maan net binne die ring.

Waarnemings van die Aarde af het blykbaar in 2005 gewys Neptunus se ringe is veel meer onstabiel as wat vroeër geglo is. Foto's wat in 2002 en 2003 van die W.M. Keck-sterrewag af geneem is, toon ’n aansienlike aftakeling in die ringe in vergelyking met foto's deur Voyager 2. Dit lyk veral of die Liberté-boog in net sowat ’n eeu kan verdwyn.

 Waarneming 
duimnael|In 2018 het die Europese Suidelike Sterrewag ’n unieke lasergebaseerde metode ontwikkel om duidelike hoëresolusiefoto's van Neptunus van die oppervlak van die Aarde af te neem.
Neptunus het tussen 1980 en 2000 aansienlik helderder geword. Die skynbare magnitude wissel tans tussen 7,67 en 7,89, met ’n gemiddelde van 7,78. Voor 1980 was die planeet so dof as magnitude 8,0. Neptunus is te dof om met die blote oog te sien en kan dowwer wees as Jupiter se Mane van Galilei, die dwergplaneet Ceres en die asteroïdes 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno en 6 Hebe. Deur ’n teleskoop of sterk verkyker sal Neptunus soos ’n klein blou skyf lyk, nes Uranus.Moore (2000):207.

Weens Neptunus se afstand van die Aarde af wissel sy hoekdeursnee tussen net 2,2 en 2,4 boogsekondes, die kleinste van die planete in die Sonnestelsel. Weens sy klein skynbare grootte is dit moeilik om dit visueel te bestudeer. Die meeste teleskopiese data was redelik beperk tot met die uitvinding van die Hubble-ruimteteleskoop en groot grondgebaseerde teleskope met aanpassingsoptiek.In 1977 was selfs die rotasieperiode van Neptunus byvoorbeeld onseker.  Die eerste wetenskaplik nuttige waarnemings van die planeet van grondgebaseerde teleskope af met behulp van aanpassingsoptiek het in 1997 van Hawaii af plaasgevind.First Ground-Based Adaptive Optics Observations of Neptune and Proteus  Planetary & Space Science Vol. 45, No. 8, pp. 1031–36, 1997

Neptunus gaan tans sy lente-en-somerseisoen binne en toon tekens dat dit warmer word, met ’n gevolglike toename in atmosferiese aktiwiteit en helderheid. Grondgebaseerde teleskope met aanpassingsoptiek en tegnologiese vordering neem al hoe meer gedetailleerde foto's daarvan. Beide Hubble en teleskope met aanpassingsoptiek op die Aarde het sedert die middel 1990's baie nuwe ontdekkings in die Sonnestelsel gemaak, met onder meer ’n groot toename in die getal bekende mane om die buitenste planete. In 2004 en 2005 is vyf klein nuwe mane van Neptunus met ’n deursnee van tussen 38 en 61 km ontdek.Uranus and Neptune Reports on Astronomy 2003–2005, pp. 147f.

Neptunus se wentelperiode van 164 jaar beteken die planeet neem gemiddeld 13 jaar om deur elke sterrebeeld van die Diereriem te beweeg. In 2011 het dit sy eerste volle omwenteling om die Son voltooi sedert sy ontdekking.

Waarnemings van Neptunus in die radiofrekwensieband wys dit is ’n bron van beide voortdurende emissies en onreëlmatige uitbarstings. Albei bronne het vermoedelik hulle oorsprong in sy roterende magneetveld. In die infrarooideel van die spektrum vertoon Neptunus se storms helder teen die koeler agtergrond, en dit maak dat die grootte en vorm van hierdie verskynsels duidelik gesien kan word.

 Verkenning 
duimnael|links|’n Mosaïekfoto van Triton deur Voyager 2.
Voyager 2 is die enigste ruimtetuig wat Neptunus nog besoek het. Sy naaste afstand van die planeet was op 25 Augustus 1989. Omdat dit die laaste groot planeet was wat die tuig kon besoek, is besluit om dit naby Triton te laat verbyvlieg, ongeag die gevolge vir die tuig se baan, net soos gedoen is met Voyager 1 se verbyvlug van Saturnus en sy maan Titaan. Die foto's wat na die Aarde teruggestuur is, was die basis van ’n Amerikaanse deurnagprogram, Neptune All Night, op televisie. Dit het ook naby die maan Nereïde verbygevlieg.

Die tuig het die bestaan van ’n magneetveld om die planeet bevestig en ontdek die veld was verplaas van die middel af en skuins, nes Uranus s’n. Neptunus se rotasieperiode is vasgestel en Voyager 2 het ook gewys die planeet het ’n verbasend aktiewe weerstelsel. Ses nuwe mane is ontdek en daar is ontdek Neptunus het meer as een ring.

Die verbyvlug het ook die eerste presiese meting van Neptunus se massa gedoen en daar is vasgestel dit is 0,5% minder as wat voorheen geglo is. Dié nuwe syfer het die hipotese weerlê dat ’n onontdekte Planeet X ’n invloed uitoefen op die wentelbane van Neptunus en Uranus.Tom Standage (2000). The Neptune File: A Story of Astronomical Rivalry and the Pioneers of Planet Hunting. New York: Walker. p. 188. .

Die volgende stap ná die Voyager 2-verbyvlug is moontlik ’n Flagship-wentelsending. So ’n hipotetiese sending is moontlik in die laat 2020's of vroeë 2030's. Daar was egter al besprekings oor ’n vroeër sending.

 Notas 

 Verwysings 

 Verdere leesstof 



 Skakels 
 Neptunus-feite by Nasa
 Neptunus op Bill Arnett se nineplanets.org
 Neptunus-profiel  by Nasa se webtuiste "Solar System Exploration"
 Planets – Neptune, ’n kindergids tot Neptunus.

 Interaktiewe 3D-swaartekragsimulasie van Neptunus en sy binnemane