Как газовый гигант (или ледяной гигант), Нептун не имеет твердой поверхности. На самом деле, сине-зеленый диск, который мы все видели на фотографиях на протяжении многих лет, на самом деле является иллюзией. На самом деле мы видим вершины некоторых очень глубоких газовых облаков, которые, в свою очередь, уступают место воде и другим расплавленным льдам, которые лежат над ядром размером примерно с Землю, сделанным из силикатной породы и смеси никеля и железа. Если бы кто-то попытался встать на Нептун, он бы погрузился в газовые слои.
При спуске они будут испытывать повышенные температуры и давления, пока они наконец не коснутся самого твердого ядра. При этом у Нептуна действительно есть своего рода поверхность (как и у других газовых и ледяных гигантов), которую астрономы определяют как точку в атмосфере, где давление достигает одного бара. Из-за этого поверхность Нептуна является одним из самых активных и динамичных мест во всей Солнечной системе.
Состав и структура:
Нептун со средним радиусом 24 622 ± 19 км является четвертой по величине планетой в Солнечной системе. Но с массой 1,0243 × 1026 кг - что примерно в 17 раз больше, чем у Земли - это третий по величине, опережающий Уран. Из-за своего меньшего размера и более высокой концентрации летучих веществ относительно Юпитера и Сатурна, Нептун (так же, как Уран) часто называют «ледяным гигантом» - подклассом гигантской планеты.
Как и в случае с Ураном, поглощение красного света атмосферным метаном является частью того, что придает Нептуну его синий оттенок, хотя цвет Нептуна темнее и ярче. Поскольку содержание метана в Нептуне в атмосфере аналогично содержанию Урана, считается, что некоторые неизвестные составляющие атмосферы способствуют более интенсивному окрашиванию Нептуна.
Также как Уран, внутренняя структура Нептуна различается между скалистым ядром, состоящим из силикатов и металлов; мантия, состоящая из воды, аммиака и метана; и атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана. Его атмосфера также разделена на четыре слоя, состоящих из (от внутреннего к внешнему) нижней тропосферы, стратосферы, термосферы и экзосферы.
Две основные области атмосферы Нептуна - две самые внутренние: нижняя тропосфера, где температура понижается с высотой; и стратосфера, где температура увеличивается с высотой. Внутри тропосферы уровни давления колеблются от одного до пяти бар (100 и 500 кПа), поэтому поверхность Нептуна определяется как находящаяся в этом регионе.
Атмосфера:
Поэтому можно сказать, что «поверхность» Нептуна состоит из около 80% водорода и 19% гелия с незначительным количеством метана. Поверхностный слой также пронизан бродячими полосами облаков с различным составом, в зависимости от высоты и давления. На верхнем уровне температуры являются подходящими для конденсации метана, и условия давления таковы, что могут существовать облака, состоящие из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды.
На более низких уровнях образуются облака аммиака и сероводорода. Более глубокие облака водяного льда также должны быть обнаружены в нижних областях тропосферы, где распространено давление около 50 бар (5,0 МПа) и температура 273 К (0 ° C).
По причинам, которые остаются неясными, термосфера планеты испытывает необычно высокие температуры около 750 К (476,85 ° C / 890 ° F). Планета находится слишком далеко от Солнца для того, чтобы это тепло генерировалось ультрафиолетовым излучением, что означает, что задействован другой нагревательный механизм - это может быть взаимодействие атмосферы с ионами в магнитном поле планеты или гравитационные волны изнутри планеты, которые рассеиваются в атмосфера.
Поскольку Нептун не является твердым телом, его атмосфера подвергается дифференциальному вращению. Широкая экваториальная зона вращается с периодом около 18 часов, что медленнее, чем 16,1-часовое вращение магнитного поля планеты. Напротив, обратное верно для полярных областей, где период вращения составляет 12 часов.
Это дифференциальное вращение является наиболее выраженным из всех планет в Солнечной системе и приводит к сильному поперечному сдвигу ветра и сильным штормам. Три наиболее впечатляющих были замечены в 1989 году Вояджер 2 космический зонд, а затем назван на основании их появления.
Первым был обнаружен мощный антициклонический шторм размером 13 000 x 6 600 км, напоминающий Большое красное пятно Юпитера. Этот шторм, известный как Большое темное пятно, не был замечен пятью годами позже (2 ноября 1994 года), когда его искал космический телескоп Хаббл. Вместо этого в северном полушарии планеты был обнаружен новый шторм, который был очень похож по внешнему виду, что свидетельствует о том, что продолжительность жизни этих штормов меньше, чем у Юпитера.
Скутер - это еще одна буря, группа белых облаков, расположенная южнее Большого Темного Пятна. Это прозвище впервые возникло в течение месяцев, предшествовавших Вояджер 2 столкновение в 1989 году, когда наблюдалась группа облаков, движущаяся со скоростью, превышающей Великое темное пятно. Маленькое темное пятно, южное циклоническое шторм, было вторым по интенсивности штормом, наблюдаемым во время столкновения 1989 года. Сначала было совершенно темно; но Вояджер 2 по мере приближения к планете развивалось яркое ядро, которое можно было увидеть на большинстве изображений с самым высоким разрешением.
Внутреннее тепло:
По причинам, которые до сих пор не ясны астрономам, интерьер Нептуна необычайно горячий. Хотя Нептун намного дальше от Солнца, чем Уран, и получает на 40% меньше солнечного света, температура его поверхности примерно такая же. Фактически, Нептун выделяет в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Даже без Солнца Нептун светится.
Это большое количество внутреннего тепла в сочетании с холодным пространством создает огромную разницу температур. И это заставляет ветры дуть вокруг Нептуна. Максимальная скорость ветра на Юпитере может быть более 500 км / час. Это в два раза быстрее, чем самые сильные ураганы на Земле. Но это ничто по сравнению с Нептуном. Астрономы вычислили ветры, дующие через поверхность Нептуна со скоростью 2100 км / час.
В глубине Нептуна планета может иметь твердую поверхность. Считается, что в самом центре газового / ледяного гиганта находится область породы с массой Земли. Но температура в этом регионе будет тысячи градусов; достаточно жарко, чтобы расплавить камень. И давление от веса всей атмосферы будет сокрушительным.
Короче говоря, просто невозможно было бы стоять на «поверхности Нептуна», не говоря уже о том, чтобы ходить по нему.
У нас есть много интересных статей о Нептуне здесь, в журнале Space. Вот одно из колец Нептуна, Лун Нептуна, Кто открыл Нептун? Есть ли на Нептуне океаны?
Если вам нужна дополнительная информация о Нептуне, посмотрите новостные выпуски Хабблсайта о Нептуне и вот ссылку на руководство НАСА по исследованию Солнечной системы Нептуна.
В Astronomy Cast есть несколько интересных эпизодов о Нептуне. Вы можете послушать здесь, Эпизод 63: Нептун и Эпизод 199: Программа Вояджер.
