Neptūns (planēta)

Neptūns ir astotā un vistālāk no Saules esošā Saules sistēmas planēta, kas kopā ar Urānu veido tā sauktos ledus milžus — divas ārējās planētas, kuru sastāvā dominē ūdeņradis, hēlijs un ledainās gaistošās vielas (ūdens, amonjaks, metāns). Tā ir ceturtā lielākā Saules sistēmas planēta pēc diametra, trešā masīvākā un blīvākā no visām milzu planētām. Neptūna masa ir 17,15 Zemes masas, bet diametrs ir 3,8 Zemes rādiusi. Neptūnam nav cietas virsmas, un tā atmosfēru raksturo ļoti intensīvi vēji, dinamiskas mākoņu sistēmas un spēcīgas vētras, tajā novēroti spēcīgākie zināmie vēji Saules sistēmā. Neptūns apriņķo Sauli vidēji 30,1 AU attālumā, vienu orbītu veicot 164,8 Zemes gados, savukārt rotācijas periods ap savu asi ir ap 16 stundām, kas piešķir planētai izteikti saplacinātu formu.

Neptūns ir vienīgā Saules sistēmas planēta, kas atklāta, balstoties uz matemātiskiem aprēķiniem, nevis tiešu novērojumu. 19. gadsimta vidū astronomi Žans Irbēns Leverjē un Džons Kūčs Adamss neatkarīgi aprēķināja, ka Urāna orbītu traucē nezināmas planētas gravitācija. Pēc Leverjē paredzētās pozīcijas 1846. gada 23./24. septembrī Berlīnes observatorijā Johans Gotfrīds Galle un Heinrihs d'Arēsts teleskopā identificēja jaunu planētu, kas atradās mazāk nekā grāda attālumā no aprēķinātajām koordinātēm. Jaunais debess ķermenis tika nosaukts romiešu jūras dieva Neptūna vārdā. Neptūna astronomiskais simbols ir 15px, tas attēlo dieva Neptūna trijzari. Šis atklājums kļuva par klasisku Ņūtona gravitācijas teorijas triumfa piemēru.

Saules sistēmas struktūrā Neptūns noslēdz lielo planētu grupu, atrodoties aiz Urāna orbītas un mijiedarbojoties ar Koipera joslas objektiem, tādējādi būtiski ietekmējot ārējo planētu un mazo debess ķermeņu orbītu stabilitāti. Kopā ar Urānu tas veido īpašu milzu planētu apakšgrupu, kuras izmērs, ķīmiskais sastāvs, iekšējā uzbūve un metāna klātbūtne atmosfērā, kas piešķir zilganu toni, padara tos par bieži izmantotiem citplanētu analoģiju etaloniem. Neptūns ir blīvāks, masīvāks un dinamiskāks nekā Urāns, demonstrējot ievērojami kontrastainākas vētras un enerģētiski intensīvāku klimatu.

 Atklāšanas vēsture 
Neptūna atklāšana 19. gadsimtā ir viens no ievērojamākajiem teorētiskās astronomijas sasniegumiem un klasisks piemērs tam, kā matemātiska prognoze noved pie jauna debess ķermeņa tiešas identificēšanas. 19. gadsimta pirmajā pusē astronomi konstatēja, ka Urāna kustība sistemātiski atšķiras no tās, ko paredz Ņūtona gravitācijas teorija, ņemot vērā tikai Saules un zināmo planētu ietekmi. Šīs nelielās, bet noturīgās novirzes liecināja par papildu gravitācijas avotu ārpus Urāna orbītas. Neatkarīgi viens no otra šo problēmu risināja franču astronoms–matemātiķis Žans Irbēns Leverjē un angļu matemātiķis Džons Kūčs Adamss, pieņemot, ka Urāna orbītu traucē vēl neatklāta planēta. Gan Adamss, gan Leverjē aprēķināja jaunās planētas aptuveno masu, orbītas lielo pusasi un paredzamo stāvokli ekliptikā, izmantojot Urāna pozīciju noviržu analīzi un perturbāciju teoriju. Lai gan viņu risinājumi atsevišķās detaļās atšķīrās, abiem izdevās noteikt reālu atrašanās vietu debesīs. Adamss 1845. gadā savus rezultātus iesniedza Griničas observatorijai, taču tie netika aktīvi izmantoti, kamēr Leverjē 1845.–1846. gadā publicētie aprēķini Eiropā izraisīja tūlītēju interesi un praktisku rīcību.

Leverjē aprēķini tika nosūtīti Berlīnes observatorijas astronomam Johanam Gotfrīdam Gallem. 1846. gada 23. septembrī (citos avotos 23./24. septembrī) Galle kopā ar studentu Heinrihu d'Arēstu (Heinrich d’Arrest) teleskopā salīdzināja debesu lauku ar tikko izdotu zvaigžņu karti. Jau pirmajā novērojumu naktī viņi identificēja lēni kustīgu objektu, kas nebija iezīmēts kartēs un atradās mazāk nekā viena grāda attālumā no Leverjē paredzētās pozīcijas. Turpmākajās naktīs novērotā kustība apstiprināja, ka tas ir jauns planētas tipa objekts. Šis novērojums tiek uzskatīts par Neptūna drošu astronomisko atklāšanu. Drīz pēc tam Eiropā izcēlās plaša diskusija par prioritāti un zinātnisko nopelnu sadalījumu. Lielbritānijā tika uzsvērts, ka Adamss savus aprēķinus bija izdarījis agrāk, savukārt Francijā un Vācijā izcēla Leverjē aprēķinu precizitāti un tiešo lomu, kas noveda pie reālās atklāšanas. Mūsdienu historiogrāfijā vispārpieņemts kompromiss, tas ir, teorētisko prognozi neatkarīgi sasniedza gan Adamss, gan Leverjē, bet empīriskā planētas atklāšana nepārprotami pieder Gallem un d'Arēstam. Šis notikums tiek uzskatīts par vienu no spilgtākajiem teorijas un novērojumu mijiedarbības piemēriem zinātnes vēsturē un par gravitācijas mehānikas triumfu 19. gadsimtā.

 Orbitālie parametri 
Neptūna orbīta ir viena no gandrīz apļveidīgākajām Saules sistēmā. Planētas lielā pusass ir ap 30,07 astronomiskajām vienībām (4,50 km),Woolfson, M. M. The Origin and Evolution of the Solar System. Bristol: Institute of Physics Publishing, 2000. p. 7. bet orbītas ekscentriskums ~0,0087, kas nozīmē, ka attālums līdz Saulei starp perihēliju un afēliju variē tikai nedaudz. Šis ļoti zemais ekscentriskums padara Neptūnu par vienu no “apaļākajām” lielo planētu orbītām; pēc Veneras orbītas tā ir otra stabilākā un cirkulārākā Saules sistēmā. Orbītas slīpums pret ekliptikas plakni ir tikai 1,77°, kas ir viens no mazākajiem ārējo planētu vidū. Neptūns apriņķo Sauli 164,8 Zemes gados, un tā vidējais kustības ātrums orbītā ir ap 5,4 km/s. Vienu apgriezienu ap savu asi tas veic 16 stundās un 6 minūtēs. Atkārtotu perturbāciju un mijiedarbības ar citām milzu planētām dēļ Neptūna orbīta piedzīvo apsīdas precesiju, tas ir, perihēlija un afēlija līnijas lēnu rotāciju, kā arī orbītas plaknes precesiju. Šo precesiju raksturs ir stabils un atbilst citu lielo planētu (īpaši Jupitera un Saturna) gravitācijas lauka ietekmei. Teorētiskie modeļi rāda, ka Neptūna mazais ekscentriskums tiek uzturēts ilgtermiņā, pateicoties apsīdas viļņu mijiedarbībai ar izkliedēto disku, savukārt tā precesijas ietekme uz Koipera joslu palīdz regulēt tur sastopamo objektu ekscentriskumu un slīpumu sadalījumu.

Neptūnam ir centrālā loma ārējās Saules sistēmas dinamiskajā arhitektūrā, jo Koipera joslā tā gravitācijas lauks veido plašu orbitālo rezonanšu tīklu. Nozīmīgākais un vēsturiskais piemērs ir 3:2 kustības rezonanse ar Plutonu, kurā Plutons veic trīs orbītas ap Sauli tikpat ilgi, cik Neptūns divas. Šī konfigurācija nodrošina, ka abu orbītas nekad nepieļauj bīstami tuvas tikšanās, pat neskatoties uz to, ka Plutona orbīta šķērso Neptūna orbītas projekciju. Līdzīgā 3:2 rezonansē atrodas arī daudzi Koipera joslas objekti. Papildus tam nozīmīgas ir arī citas rezonanses, piemēram, 1:2 rezonanse (twotino objekti) un 1:1 rezonanse (Neptūna trojieši), kā arī vairākas augstākas kārtas rezonanses, kurās atrodas transneptūna objekti. Novērojumi rāda, ka šādu rezonējošu orbītu īpatsvars Koipera joslā ir daudz lielāks, nekā būtu sagaidāms nejaušas orbitālās sadales gadījumā.

Šī rezonanses sistēma tiek skaidrota ar Neptūna lēno kustību Saules sistēmas pirmsākumos. Planētai pakāpeniski virzoties uz Saules sistēmas ārpusi, tās gravitācija “saslaucīja” mazākos ķermeņus rezonanses orbītās, daļu izkliedēja, bet daļu saglabāja stabilās konfigurācijās. Šā iemesla dēļ Neptūna gravitācijas lauks ir būtisks Koipera joslas ilgtermiņa stabilitātes un ārējās Saules sistēmas struktūras veidotājs. Kopumā Neptūna orbītālās īpašības, tas ir, gandrīz apļveidīga orbīta, neliels slīpums un dinamiskā mijiedarbība ar mazajiem ķermeņiem, padara to par atslēgas planētu, kas regulē ārējās Saules sistēmas dinamiku un evolūciju.

 Fizikālās īpašības 
Neptūns ir ledus milzis un pēc izmēra ceturtā lielākā, bet pēc masas trešā masīvākā Saules sistēmas planēta. Tā masa ir ap 1,02 kg jeb 17,1 Zemes masu, bet vidējais ekvatoriālais diametrs ir  km, tas ir 3,8 reizes lielāks nekā Zemei. Neptūns ir blīvākais no milzu planētām. Tā vidējais blīvums 1,64 g/cm³ atspoguļo ievērojami lielāku “smago” elementu (ūdens, amonjaka, metāna un iežu) īpatsvaru nekā Jupiteram un Saturnam. Salīdzinot ar Urānu, Neptūns ir nedaudz mazāks diametrā, bet masīvāks un blīvāks, tāpēc tiek uzskatīts par klasisku ledus milža etalonu.

Neptūna iekšējā uzbūve pēc plaši pieņemtajiem modeļiem sastāv no trim galvenajām zonām — akmens–ledus kodola, kas, iespējams, satur dažas Zemes masas un ir veidots no silikātiem, metāliem un augstspiediena ledus fāzēm; biezas “ledus mantijas”, kur dominē ūdens, amonjaks un metāns ļoti blīvā, superkritiskā vai superjonu stāvoklī; ārēja ūdeņraža–hēlija apvalka, kas veido ap 5–10 % planētas masas un ~10–20 % no rādiusa un pakāpeniski pāriet blīvākajos mantijas slāņos bez skaidras fāžu robežas. Jēdziens “ledus” šeit nenozīmē cietu aukstu ledu, bet drīzāk karstu, elektrovadītspējīgu šķidrumu vai jonu/superjonu fāzi, kas sastopama ekstremālos spiediena un temperatūras apstākļos. Neptūna mantijas īpašības ir būtiskas arī tā magnētiskā lauka rakstura izskaidrošanai. Magnētiskais lauks neveidojas metāliskā ūdeņradī (kā Jupiteram un Saturnam), bet gan vadītspējīgajās mantijas “ledus” fāzēs, kas rada izteikti slīpu un asimetrisku lauka ģeometriju.

Neptūns izstaro ievērojami vairāk enerģijas, nekā saņem no Saules, kas ir aptuveni 2,4–2,6 reizes lielāks. Tas norāda uz ievērojamu iekšējās enerģijas avotu, kuras izcelsmei tiek izvirzīti vairāki skaidrojumi, tas ir, gravitācijas kontrakcija (Kelvina–Helmholca mehānisms), siltumvadīšana un konvekcija ledus mantijā, atlikušais siltums no planētas veidošanās, iespējamas eksotiskas augstspiediena fāžu pārejas, kas var izdalīt papildu enerģiju. Šī spēcīgā iekšējā siltuma plūsma veicina Neptūna dinamisko un enerģētiski aktīvo atmosfēru, kurā novēro vienus no spēcīgākajiem vējiem Saules sistēmā; tie var pārsniegt 500 m/s. Atmosfēras konvektīvā aktivitāte un siltuma pārneses mehānismi padara Neptūnu ievērojami “dzīvīgāku” nekā Urānu, kas izstaro gandrīz tikpat daudz enerģijas, cik saņem no Saules.

Kopumā Neptūna fizikālās īpašības — lielais blīvums, sarežģītā iekšējā struktūra, intensīvs iekšējais siltuma avots un dinamiskā atmosfēra — padara to par vienu no visinteresantākajiem un kompleksākajiem objektiem Saules sistēmā.

 Atmosfēra un klimats 
Neptūnam ir ļoti blīva atmosfēra, kas sastāv galvenokārt no ūdeņraža un hēlija. Temperatūra Neptūna atmosfēras augšējā slānī ir 53 kelvini (−215 °C). Uz Neptūna sastopams spēcīgākais vējš visā Saules sistēmā, sasniedzot līdz 580 m/s.Planets – Neptune  A children's guide to Neptune

 Pavadoņi un gredzeni 
Neptūnam ir 16 pavadoņi. Tam ir arī vismaz 3 planetārie gredzeni.

 Atsauces 

 Ārējās saites 


Kategorija:Saules sistēmas planētas