НЕПТУН И ТРИТОН — ЦАРСТВО ХОЛОДА
Диаметр 48 600 км
Масса 1,03-1026 кг
Плотность 2300 кг/м³
Период вращения 16 ч 03 мин
Среднее расстояние от Солнца 30,06 а. е.
Период обращения 164,79 года
Эксцентриситет орбиты 0,009
Наклон орбиты 1,77°
Открытие Нептуна было своего рода триумфом небесной механики: его присутствие в Солнечной системе сначала «вычислили» теоретики, и лишь после этого планету обнаружили на небе в предсказанном ими месте.
Наблюдения открытого в конце XVIII в. Урана, казалось, давали возможность создать точную теорию его движения, т. е. составить таблицы положений планеты в заранее определенные моменты. Однако сделать это не удалось: в первые десятилетия ХIХ в. Уран упорно забегал вперед, а в последующие годы отставал от предвычисленных положений. Пытаясь понять причину «плохого» поведения Урана, ученые пришли к выводу, что за ним находится еще одна планета Солнечной системы: она-то своим тяготением и сбивает его с «пути истинного». Но чтобы найти эту неведомую планету, требовалось по отклонениям Урана от предвычисленных положений узнать характер ее движения и положение на небе.
За решение этой трудной задачи взялись двое молодых ученых — англичанин Джон Адаме и француз Урбен Леверье. Оба они добились сходных результатов, но Адамсу не повезло: его расчетам не поверили и наблюдений по существу не начали. Напротив, сразу после получения письма от Леверье, где сообщалось предполагаемое положение неизвестной планеты, немецкий наблюдатель Иоганн Галле приступил к поискам. Уже на следующий день, 23 сентября 1846 г., он обнаружил светило, имеющее заметный диск, координаты которого отличались от координат известных звезд. Так, «на кончике пера», был открыт Нептун — восьмая большая планета Солнечной системы.
Нептун почти не меняет свой блеск, соответствующий примерно 8-й звездной величине. Так что планету можно увидеть в хороший бинокль, но нужно точно знать, где ее искать на небе. В атмосфере Нептуна (как и Урана) меньше водорода и гелия, чем у Юпитера и Сатурна, а его красивая синева связана с тем, что атмосферный метан эффективно поглощает красные лучи. На Нептуне заметны пятна антициклонов. Самый крупный из них назван Большим Темным Пятном. Он украшен по краю белыми облаками; время кругооборота вещества в нем —16 дней.
По строению и составу Нептун похож на Уран. Весит он чуть больше, а радиус его почти совпадает с радиусом Урана. Магнитное поле Нептуна сходно по силе с земным. Магнитный полюс планеты отстоит от географического на 47°.
Нептун медленно плывет вокруг солнца по гигантскому кругу с радиусом в 30 раз большим, чем радиус орбиты Земли. До 1999 г. он будет самой крайней планетой Солнечной системы, так как Плутон, двигаясь по орбите со значительным эксцентриситетом, в этот период находится внутри орбиты Нептуна.
СПУТНИКИ
В октябре 1846 г. английский астроном-любитель Уильям Ласселл открыл у Нептуна спутник — Тритон. Спутник оказался необычным: он движется в направлении, противоположном вращению самой планеты. Сейчас установлено, что четыре внешних спутника Юпитера и самый внешний спутник Сатурна — Феба — также являются обратными. Тем не менее, Тритон выделяется среди них: его диаметр — 2700 км, и в нем сосредоточена почти вся масса спутниковой системы Нептуна. Кроме того, он обращается очень близко к Нептуну — на расстоянии всего 355 тыс. километров. Обратные спутники других планет имеют диаметры в пределах от 30 до 220 км, содержат ничтожную часть массы своих спутниковых систем и удалены от планет на 13—25 млн километров.
В 1949 г. американец Джерард Койпер открыл вторую луну Нептуна диаметром 340 км
— Нереиду. Она тоже по-своему уникальна: у ее орбиты наибольший эксцентриситет
среди спутников Солнечной системы (0,75). Расстояние между Нереидой и Нептуном
меняется в семь раз от перигея к апогею орбиты. При этом она является самым
внешним спутником Нептуна со средним радиусом орбиты 5,5 млн километров. (Таким
образом, Тритон остается единственным известным внутренним обратным спутником.)
Нереида делает оборот вокруг Нептуна за 360, а Тритон — за 6 суток.
В августе 1989 г. «Вояджер-2» пролетел возле Нептуна. Этот космический аппарат, пробывший в космосе 12 лет и выработавший практически все запланированные ресурсы, блестяще завершил свою миссию, передав из системы Нептуна 9 тыс. изображений и открыв для нас новый мир на окраине Солнечной системы. Он сфотографировал шесть новых спутников Нептуна с радиусами орбит от 48 до 118 тыс. километров и диаметрами от 50 до 400 км. Эти космические тела черны и покрыты кратерами.
И снова удивил Тритон: он оказался вторым спутником в Солнечной системе (первый — спутник Сатурна Титан), имеющим значительную атмосферу. Состав атмосферы — азот с примесью метана, а давление на поверхности в 70 тыс. раз меньше земного. Температура на Тритоне -235 °С. Это самое холодное тело Солнечной системы, исследованное вблизи. В отличие от остальных спутников Нептуна поверхность Тритона светлая и отражает 70—90% солнечного света.
«Вояджер» открыл на розоватом Тритоне невиданные ранее геологические структуры, трещины и узорчатые равнины. Метеоритных кратеров на нем почти не сохранилось. Совершенно неожиданно в этом царстве холода Нептун с Большим Темным Пятном обнаружены действующие гейзеры — султаны многокилометровой высоты. Поверхность спутника ледяная, при таких низких температурах замерзает не только вода, но и азот. Именно из твердого азота состоит южная полярная шапка Тритона, на которой бьют гейзеры. Источником энергии для вулканической деятельности служит солнечный нагрев, вызывающий парниковый эффект в толще прозрачного азотного льда. Когда на южном полюсе Тритона наступает весна (она длится более 40 лет), в полярной шапке образуются подледные линзы жидкого азота, прорывающегося наружу в виде гейзеров. На высоте примерно 8—10 км столб гейзера начинает расплываться и разносится ветром в разреженной атмосфере на многие десятки километров. Это эффектное зрелище «Вояджер-2» даже сфотографировал, но, к сожалению, с большого расстояния.
В последние годы удалось разгадать тайну происхождения гигантского обратного спутника Нептуна. Компьютерные расчеты свидетельствуют: чем дольше образовывалась спутниковая система, тем больше захватывала планета обратных частиц. Чем дальше она отстоит от Солнца, тем медленнее формирует себя и свою спутниковую систему. Околопланетный диск возле Нептуна складывался так медленно, что обратно движущееся вещество стало доминировать, в нем и зародился огромный Тритон.
АРКИ В КОЛЬЦАХ НЕПТУНА
Особая глава в истории исследований системы Нептуна посвящена его кольцам. После того как в 1977 г. по затмению звезды были обнаружены кольца Урана, аналогичные наблюдения начали проводить для Нептуна. И действительно, в середине 80-х гг. ученые открыли у этой планеты кольца, но очень странные: они были неполными. Эти разорванные кольца стали называть дугами или арками. Вещество в них распределено неравномерно: плотность резко падает у концов дуги. Представить себе стабильное скопление частиц в одной части орбиты очень трудно. Ведь периоды обращения независимых частиц хоть немного, но отличаются, так что все скопление должно постепенно растянуться вдоль орбиты и превратиться в кольцо.
В августе 1989 г. «Вояджер-2» сфотографировал уникальное образование — три плотные яркие арки, нанизанные на непрерывное узкое и прозрачное пылевое колечко. Внутри арок видна цепь отдельных сгустков на расстоянии нескольких сот километров друг от друга. Исследование арок показывает, что в середине они содержат уплотнение шириной 15 км, окруженное прозрачным пылевым шлейфом шириной 50 км.
Сложные расчеты позволили сделать вывод о том, что арки Нептуна представляют собой цепочки ранее неизвестных науке эллиптических вихрей антициклонического типа, состоящих из твердых частиц. Размеры самых крупных частиц, видимо, достигают нескольких сот метров. Эти уникальные вихри названы эпитонами; они сложным образом взаимодействуют с ближайшим спутником (Галатеей), между собой и с непрерывным пылевым кольцом.