Neptuun

Ajalugu

Discovery

Arvatakse, et Neptuuni nägi esimest korda Galilei, sest tema joonistel oli Neptuun Jupiteri lähedal. Kuid Galileole ei omistatud seda avastust, kuna ta arvas, et Neptuun on planeedi asemel "paigatäht". Neptuuni aeglase liikumise tõttu taevas ei olnud Galilei väike teleskoop piisavalt tugev, et Neptuuni kui planeeti avastada.

1821. aastal avaldas Alexis Bouvard Uraani orbiidi astronoomilised tabelid. Hilisemad vaatlused näitasid, et Uraan liigub oma orbiidil ebakorrapäraselt, mistõttu mõned astronoomid arvasid, et Uraani ebakorrapärase liikumise põhjuseks on mõni teine suur keha. 1843. aastal arvutas John Couch Adams välja ühe kaheksanda planeedi orbiidi, mis võib mõjutada Uraani orbiiti. Ta saatis oma arvutused kuninglikule astronoomile Sir George Airyle, kes palus Adamsilt selgitust. Adams hakkas vastusest koopiat tegema, kuid ei saatnud seda kunagi.

1846. aastal tegi Urbain Le Verrier, kes ei töötanud koos Adamsiga, oma arvutused, kuid ei pälvinud ka prantsuse astronoomide tähelepanu. Samal aastal hakkas aga John Herschel matemaatilist meetodit toetama ja julgustas James Challis'i planeeti otsima. Pärast suurt viivitust alustas Challis oma tahtmatut otsingut 1846. aasta juulis. Vahepeal oli Le Verrier veennud Johann Gottfried Galle'i planeeti otsima.

Kuigi Heinrich d'Arrest oli veel üliõpilane Berliini observatooriumis, tegi ta ettepaneku, et äsja joonistatud taevakaarti Le Verrier' ennustatud piirkonnas võiks võrrelda praeguse taevaga, et otsida planeedi asukoha muutust võrreldes püsitähega. Neptuun avastati siis samal ööl, 23. septembril 1846. aastal, 1° (ühe kraadi (nurga) ulatuses sellest, kus Le Verrier oli seda ennustanud, ja umbes 10° kaugusel Adams'i ennustuse kohast. Challis sai hiljem teada, et ta oli augustis planeeti kaks korda näinud, jättes selle oma hooletu lähenemise tõttu ära tundmata.

Krediteerimine ja nimetamine

Pärast Neptuni avastamise uudise levikut tekkis ka palju vaidlusi prantslaste ja brittide vahel selle üle, kellele kuulub tänu selle avastuse eest. Hiljem otsustati rahvusvahelisel kokkuleppel, et nii Le Verrier kui ka Adams väärivad üheskoos tunnustust. Ajaloolased vaatasid teema siiski uuesti üle pärast seda, kui 1998. aastal avastati uuesti "Neptuni dokumendid" (ajaloolised dokumendid Greenwichi kuninglikust observatooriumist), mis olid ilmselt varastatud ja mida astronoom Olin Eggen hoidis peaaegu kolm aastakümmet ja mis avastati uuesti (tema omandis) alles vahetult pärast tema surma. Pärast dokumentide läbivaatamist arvavad mõned ajaloolased nüüd, et Adams ei vääri Le Verrieriga võrdset tunnustust.

Varsti pärast selle avastamist nimetati Neptuuni ajutiselt "Uraani välisplaneediks" või "Le Verrier' planeediks". Esimene ettepanek nimeks tuli Galle'ilt. Ta pakkus välja nime Janus. Inglismaal pakkus Challis välja nime Oceanus. Prantsusmaal tegi Arago ettepaneku, et uue planeedi nimi oleks Leverrier, mis väljaspool Prantsusmaad leidis suurt vastuseisu. Prantsuse almanahhides võeti Uraani jaoks kiiresti uuesti kasutusele nimi Herschel ja uue planeedi jaoks Leverrier.

Vahepeal tegi Adams eraldi ja erinevatel põhjustel ettepaneku muuta Gruusia nimi Uraaniks, samas kui Leverrier (Longitude'i nõukogu kaudu) soovitas uueks planeediks Neptuuni. Struve toetas seda nime 29. detsembril 1846 Peterburi Teaduste Akadeemiale. Peagi oli Neptuun rahvusvaheliselt paljude inimeste seas kokku lepitud ja sai siis uue planeedi ametlikuks nimeks. Rooma mütoloogias oli Neptunus merejumal, keda samastati kreeka jumalaga Poseidoniga.

Urbain Le Verrier, Neptuuni kaasavastaja.

Struktuur

Mass ja koostis

Neptuuni mass 10,243×1025 kg asetab selle planeedi Maa ja suurimate gaasihiiglaste vahele; Neptuuni mass on seitseteist Maa massi, kuid vaid 1/18 Jupiteri massist. Neptuuni ja Uraani peetakse sageli gaasihiiglaste alamklassi kuuluvaks, mida nimetatakse "jäähiiglasteks", arvestades nende väiksemat suurust ja suuri erinevusi koostises võrreldes Jupiteri ja Saturniga. Päikeseväliste planeetide otsimisel on Neptuuni kasutatud võrdlusalusena, et määrata kindlaks avastatud planeedi suurus ja struktuur. Mõnda avastatud planeeti, millel on Neptuuniga sarnane mass, nimetatakse sageli "Neptuunideks". nii nagu astronoomid nimetavad erinevaid ekstra-polaarseid planeete "Jupitriteks".

Neptuuni atmosfäär koosneb peamiselt vesinikust ja väiksemas koguses heeliumist. Atmosfääris on tuvastatud ka väike kogus metaani. Metaani olulised neeldumisribad esinevad lainepikkustel üle 600 nm, spektri punases ja infrapunases osas. See punase valguse neeldumine atmosfääri metaani poolt annab Neptuunile tema sinise varjundi.

Kuna Neptuun tiirleb Päikesest nii kaugel, saab ta väga vähe soojust, kusjuures atmosfääri ülemised piirkonnad on -218 °C (55 K). Sügavamal gaasikihtides tõuseb temperatuur aga aeglaselt. Sarnaselt Uraanile on selle kuumuse allikas teadmata, kuid erinevused on suuremad: Neptuun on Päikesest kõige kaugemal asuv planeet, kuid selle sisemine energia on piisavalt tugev, et tekitada Päikesesüsteemis nähtud kiireimad tuuled. On pakutud välja mitmeid võimalikke seletusi, sealhulgas planeedi tuumast lähtuv radiogeenne soojus, planeedi sünni ajal sissevoolava aine poolt tekitatud jääksoojuse jätkuv kiirgamine kosmosesse ja tropopause kohal murduvad gravitatsioonilained.

Arvatakse, et Neptuuni sisemine struktuur on väga sarnane Uraani sisemise struktuuriga. Tõenäoliselt on seal umbes 15 Maa massi suurune tuum, mis koosneb sulatatud kivimitest ja metallidest, mida ümbritseb kivimite, vee, ammoniaagi ja metaani segu. Suur rõhk hoiab selle ümbritseva segu jäise osa tahkisena, hoolimata suurtest temperatuuridest tuuma lähedal. Atmosfäär, mis ulatub umbes 10-20% ulatuses keskuse suunas, koosneb suurel kõrgusel peamiselt vesinikust ja heeliumist. Atmosfääri madalamates piirkondades leidub rohkem metaani, ammoniaagi ja vee segusid. Väga aeglaselt sulandub see tumedam ja kuumem ala ülekuumenenud vedeliku sisemusse. Rõhk Neptuuni keskosas on miljoneid kordi suurem kui Maa pinnal. Võrreldes tema pöörlemiskiirust ja tema lapilisuse astet näitab, et erinevalt Uraanist on tema mass keskme suunas vähem koondunud.

Ilm ja magnetväli

Üks erinevus Neptuuni ja Uraani vahel on täheldatud (nähtud või mõõdetud) meteoroloogilise aktiivsuse tase. Kui kosmosesond Voyager 1986. aastal Uraanist mööda lendas, täheldati, et tuuled sellel planeedil on leebed. Kui Voyager lendas 1989. aastal Neptuunist mööda, täheldati võimsaid ilmastikunähtusi. Neptuuni ilm on äärmiselt aktiivsete tormisüsteemidega. Selle atmosfääris on suurimad tuule kiirused Päikesesüsteemis, mis arvatakse olevat tingitud sisemise soojuse voolust. Regulaarsete tuulte kiirus ekvaatoripiirkonnas on umbes 1200 km/h, samas kui tormisüsteemide tuuled võivad ulatuda kuni 2100 km/h, mis on peaaegu ülehelikiirus.

1989. aastal avastas NASA kosmoseaparaat Voyager 2 suure tsüklonaalse tormisüsteemi Great Dark Spot, mis on Euraasia suurune. Torm meenutas Jupiteri suurt punast laiku. Kuid 2. novembril 1994 ei näinud Hubble'i kosmoseteleskoop Suurt Tumedat Laiku planeedil. Selle asemel leiti planeedi põhjapoolkeral uus torm, mis sarnaneb Suure Tumeda Laiguga. Põhjus, miks Suur Tume Laik on kadunud, on teadmata. Üks võimalik teooria on, et soojusülekanne planeedi tuumast häiris atmosfääri tasakaalu ja olemasolevaid tsirkulatsioonimustreid. Scooter on teine torm, valge pilverühm, mis on Suurest tumedast laigust kaugemal lõunas. Selle hüüdnimi anti, kui seda esimest korda märgati 1989. aastal Voyageri kohtumisele eelnevatel kuudel: see liikus kiiremini kui Suur Pimedat Laik. Hilisemad pildid näitasid pilvi, mis liikusid veelgi kiiremini kui Scooter. Wizard's Eye/Dark Spot 2 on teine lõunapoolne tsüklonaalne torm, mis on 1989. aasta kohtumise ajal nähtud teine kõige tugevam torm. Algselt oli see täiesti pime, kuid kui Voyager planeedile lähemale jõudis, tekkis heledam tuum, mis on näha enamikul kõrgeima resolutsiooniga piltidel.

Erinevalt teistest gaasihiiglastest on Neptuuni atmosfääris näha kõrgeid pilvi, mis tekitavad varjusid allpool asuval paksul pilvetekil. Kuigi Neptuuni atmosfäär on palju aktiivsem kui Uraani oma, koosnevad mõlemad planeedid samadest gaasidest ja jäätmetest. Uraan ja Neptuun ei ole täpselt sama tüüpi gaasihiiglased nagu Jupiter ja Saturn, vaid pigem jäähiiglased, mis tähendab, et neil on suurem tahke tuum ja nad on samuti valmistatud jääst. Neptuun on väga külm, 1989. aastal on pilvede tipus mõõdetud kuni -224 °C (-372 °F ehk 49 K).

Neptuuni magnetosfäär on sarnane ka Uraaniga: magnetväli on tugevalt kaldu pöörlemisteljega võrreldes 47° ja vähemalt 0,55 raadiuse (umbes 13 500 kilomeetri) kaugusel planeedi füüsilisest keskpunktist. Võrreldes kahe planeedi magnetvälju, arvavad teadlased, et äärmuslik kurss võib olla iseloomulik vooludele planeedi sisemuses, mitte aga Uraani külgsuunalise pöörlemisliikumise tulemusele. ^[]

Neptunuse rõngad

Sinise planeedi ümber on avastatud väga väikesed sinise värvi rõngad, kuid need ei ole nii tuntud kui Saturni rõngad. Kui Edward Guinani juhitud töörühm need rõngad avastas, arvasid nad algselt, et need rõngad ei pruugi olla täielikud rõngad. Voyager 2 tõestas aga, et see oli vale. Neptuuni planeetide rõngastel on kummaline "klobune" paigutus. Kuigi põhjus on praegu teadmata, kuid mõned teadlased arvavad, et see võib olla tingitud gravitatsioonilisest kokkupuutest nende lähedal tiirlevate väikeste kuudega. ^[]

Tõendid selle kohta, et rõngad on ebatäielikud, saadi esimest korda 1980. aastate keskel, kui tähti varjates leiti, et harva on tähti varjanud planeedi kõrvalpilk vahetult enne või pärast seda, kui planeet on tähte varjanud. Voyager 2 1989. aastal tehtud ülesvõtted lahendasid probleemi, kui leiti, et rõngassüsteemil on mitu nõrka rõngast. Kõige kaugemal asuval rõngal, Adamsil, on kolm kuulsat kaarekest, mis on nüüdseks saanud nimed Liberté, Egalité ja Fraternité (vabadus, võrdsus ja vendlus).

Kaarte olemasolu on väga raske mõista, sest liikumisseadused ennustaksid, et kaared levivad väga lühikese aja jooksul üheks ringiks. Nüüd arvatakse, et kaared on tekkinud Galatea gravitatsioonimõju tõttu, mis on rõngast just sissepoole jääv kuu.

Voyageri kaamerad avastasid veel mitu rõngast. Ka õhuke Adams'i ring on umbes 63 000 km kaugusel Neptuuni keskmest, Leverrier'i ring on 53 000 km kaugusel ja laiem, väiksem Galle'i ring 42 000 km kaugusel. Leverrier' rõngale väga väike väljapoole ulatuv laiendus on saanud nimeks Lassell; seda ümbritseb 57 000 km kaugusel asuv Arago ring.

2005. aastal avaldatud uued Maa-põhised vaatlused näitasid, et Neptuuni rõngad on palju ebastabiilsemad kui varem arvati. Täpsemalt öeldes tundub, et Liberté rõngas võib kaduda võib-olla kiiresti, vähem kui 100 aasta jooksul. Uued tähelepanekud näivad meie arusaamad Neptuuni rõngastest ajavat palju segadust.

Neptuuni rõngad

Neptuuni kuud

Neptuunil on kokku 14 teadaolevat kuud. Kuna Neptunus oli Rooma merejumal, nimetati planeedi kuud väiksematele merejumalatele või -jumalannadele nimesid. Suurim ja ainus piisavalt suur, mis on kerakujuline, on Triton (hääldatakse: ˈtraɪtən), mille avastas William Lassell vaid 17 päeva pärast Neptuuni enda avastamist. Erinevalt kõigist teistest suurtest planeetide kuudest on Tritonil tagasi pöörduv orbiit, mis näitab, et see kuu on tõenäoliselt vallutatud ja võib-olla oli kunagi Kuiperi vööndi objekt. Ta on Neptuunile piisavalt lähedal, et olla lukustatud sünkroonorbiidile, ning liigub aeglaselt Neptuunile ja rebib end ühel päeval lahti, kui ta Roche'i piiri ületab. Triton on kõige külmem objekt, mida Päikesesüsteemis on mõõdetud, temperatuuriga -235 °C (38 K, -392 °F). Selle läbimõõt on 2700 km (80% Maa Kuu, Kuu Luna), mass 2,15×1022 kg (30% Kuu Luna massist), orbiidi läbimõõt 354 800 km (90% Kuu Luna massist) ja orbitaalperiood 5,877 päeva (20% Kuu Luna massist).

Neptuuni teisel teadaoleval kuul (kauguse järjekorras), veidral kuul Nereidil, on üks kõige ebatavalisemaid orbiite Päikesesüsteemi satelliitidest.

1989. aasta juulist septembrini avastas Voyager 2 kuus uut Neptuuni kuud. Nendest on kobarikujuline Proteus suurim teadaolev objekt, mis ei ole omaenda gravitatsiooni mõjul kujunenud keraks. Kuigi see on Neptuni suuruselt teine kuu, on selle mass vaid veerand protsenti Tritoni omast. Neptuuni neli lähimat kuud, Naiad, Thalassa, Despina ja Galatea, tiirlevad piisavalt lähedal, et olla Neptuuni rõngaste sees.

Järgmine kõige kaugemal asuv Larissa avastati algselt 1981. aastal, kui ta oli tähte varjanud. Kuule omistati Neptuuni rõngakaare tekitamine, kui Voyager 2 1989. aastal Neptuuni vaatles. Viis uut ebatavalist kuud, mis avastati aastatel 2002-2003, teatati 2004. aastal. Viimane kuu avastati Hubble'i teleskoobi imagide uurimisel 16. juulil 2013. Selle läbimõõt on vaid 12 miili, mis võimaldab tal vältida avastamist isegi Voyager 2 kosmoseaparaadi poolt.

Vaatlus

Neptuuni ei ole võimalik palja silmaga näha, sest Neptuuni tavaline heledus jääb vahemikku +7,7 kuni +8,0, mida võivad üle varjutada Jupiteri Galilei kuud, kääbusplaneet Ceres ja asteroidid 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno ja 6 Hebe. Teleskoop või tugev binokkel näitab Neptuuni väikese sinise täpi kujulisena, mis sarnaneb Uraaniga. Sinine värvus tuleneb tema atmosfääris olevast metaanist. Selle ilmselge väike suurus on teinud selle visuaalse uurimise keeruliseks; enamik teleskoopiandmeid oli üsna piiratud kuni Hubble'i kosmoseteleskoobi ja suurte maapealsete adaptiivse optikaga teleskoopide tulekuni.

Orbitaalperioodi (sideriaalperioodi) 164,88 juulia-aastat, Neptuun naaseb peagi (avastamiseks) samasse kohta taevas, kus ta 1846. aastal avastati. See juhtub kolmel erineval korral, samuti neljandal korral, mil ta jõuab sellele asukohale väga lähedale. Need on 11. aprill 2009, mil ta on progresseeruvas liikumises; 17. juuli 2009, mil ta on retrogresseeruvas liikumises; ja 7. veebruar 2010, mil ta on progresseeruvas liikumises. Samuti jõuab ta väga lähedale sellele, et olla samas punktis alates 1846. aasta avastamisest 2010. aasta oktoobri lõpus kuni novembri alguse-märtsi keskpaigani, kui Neptuun pöördub retrogradsest liikumisest otseliikumisse täpselt Neptuuni avastamise kraadil ja peatub seejärel hetkeks piki ekliptikat 2 kaareminuti ulatuses selles punktis (kõige lähemal 7. novembril 2010). See on umbes 165 aasta jooksul viimane kord, kui Neptuun on oma avastamispunktis.

See on seletatav retrogradatsiooni ideega. Nagu kõik planeedid ja asteroidid Päikesesüsteemis väljaspool Maad, läbib ka Neptuun oma sünoodiaperioodi jooksul teatud punktides retrogradatsiooni. Lisaks retrogradatsiooni algusele hõlmavad teised sündmused sünoodilise perioodi sees astronoomilist opositsiooni, tagasipöördumist progresseeruvasse liikumisse ja konjunktsiooni Päikesega.

Oma orbiidil ümber Päikese pöördus Neptuun 2011. aasta augustis tagasi oma esialgsesse avastamispunkti.

Exploration

Praegu on Neptuuni külastanud vaid üks kosmoseaparaat. NASA sond Voyager 2 tegi planeedist kiire möödasõidu, mille lähim kohtumine toimus 25. augustil 1989, ja see oli viimane planeet, mida on külastanud vähemalt üks kosmoseaparaat.

Mõned Voyager 2 olulised avastused olid selle väga lähedane möödumine Tritonist, kus ta pildistas mitmeid Kuu osi. Sond avastas ka suure tumeda punkti, kuigi see on nüüdseks kadunud pärast seda, kui Hubble'i kosmoseteleskoop tegi 1994. aastal Neptuunist pilte. Algselt arvati, et tegemist on suure pilve või tsüklonaalse tormisüsteemiga, kuid hiljem arvati, et tegemist on lihtsalt auguga nähtavas pilvekihis.

Selgus, et Neptuunil on Päikesesüsteemi gaasihiiglastest kõige tugevamad tuuled. Päikesesüsteemi välimistes piirkondades, kus Päike paistab üle 1000 korra nõrgemalt kui Maal (ikka veel väga eredalt, suurusjärgu -21), juhtus neljast hiiglasest viimane tõepoolest nii, nagu teadlased tegelikult ootasid. Võiks arvata, et mida kaugemal on planeet Päikesest, seda vähem energiat ja soojust on seal väga tugevate tuulte tekitamiseks ja nende ümber käimiseks. Jupiteri tuuled olid juba sadu kilomeetreid tunnis. Selle asemel, et näha aeglasemaid tuuli, leidsid teadlased kaugemal Neptuunil kiiremaid tuuli (üle 1600 km/h).

Üks võimalik oletus kiirema tuule kiiruse põhjuseks on see, et kui tekib piisavalt energiat, tekib turbulents, mis aeglustab tuuled (nagu Jupiteri omad). Neptuuni juures on aga päikeseenergiat nii vähe, et kui tuuled on käivitunud, siis kohtavad nad väga vähe vastupanu ja suudavad hoida väga suurt kiirust. Igatahes annab Neptuun rohkem energiat välja, kui ta Päikeselt saab, ja nende tuulte sisemine energiaallikas jääb määratlemata.

Voyager 2 poolt 1989. aastal Maale tagasi saadetud piltidest sai alus PBS-i koguõhtusele programmile "Neptune All Night".

Voyager 2.