Нептун. Форма, строение, место в Солнечной системе

     МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

     ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

     ГОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

     ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

     КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ И ЭКОЛОГИИ 
 
 
 
 
 

     Нептун. Форма, строение, место  в Солнечной системе

     реферат 
 
 
 

                                                                                       Выполнил:

                                                                                       студент группы 797                                                                                                                                                        

                                                                                    Ожгибесова Д.Ю. 

                                                                                       Проверил:

                                                                    доцент к.г.н.

                                                                             Хорошавин В.Ю. 

     Тюмень 2009 
Содержание

     Введение……………………………………………………………………….3

     История открытия………………………………………………………….…4

     Место в Солнечной системе……………………………………………….…5

     Физические  характеристики…………………………………………………6

     Внутреннее  строение……………….……………………………………….. 7

     Кольца планеты……………………………………………………………...10

     Спутники………………………………………………………………….….12

     Тритон — крупнейший спутник Нептуна………………………………....13

     Климат………………………………………………………………………..15

     Явления на планете……………………………………………………….…17

     Заключение……………….………………………………………………….19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Нептун — восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Нептун также четвёртый по диаметру и третий по массе. Нептун в 17 раз массивнее Земли и немного более массивный, чем похожий на него Уран, который в 15 раз превосходит Землю по массе и менее плотный, чем Нептун. Планета была названа в честь римского бога морей. Его астрономический символ  — стилизованная версия трезубца бога Нептуна. Обнаруженный 23 сентября 1846 года, Нептун был первой планетой, найденной в соответствии с математическими расчётами, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанного положения. Вскоре был обнаружен и его спутник Тритон, однако остальные 12 спутников, известных ныне, не были обнаружены до XX века. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года. Нептун по составу близок к Урану, но у обоих есть различия по составу от больших планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Астрономы иногда помещают их в отдельную категорию, «ледяные гиганты». Атмосфера планеты подобна атмосфере Юпитера и Сатурна в том, что состоит в основном из водорода и гелия, содержит в себе более высокую пропорцию льда, например водного, аммиачного и метанового наряду со следами углеводородов и возможно азота. В контраст этому недра Нептуна состоят главным образом из горных пород и льдов подобно Урану. Следы метана во внешних областях планеты частично являются причиной голубоватого оттенка атмосферы планеты. В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам — со скоростями до 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы очень близка к −218 °C. В центре Нептуна температура составляет примерно 7000°C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году. 
 

     История открытия

     Зарисовки Галилео Галилея показывают, что 28 декабря 1612 года, а затем 29 января 1613 года он наблюдал Нептун. Однако в  обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе. Поэтому открытие Нептуна не приписывают Галилею. Во время первого периода наблюдений в декабре 1612 года Нептун был в точке стояния, как раз в день наблюдений он перешёл к попятному движению. Видимое попятное движение наблюдается, когда Земля обгоняет по своей орбите внешнюю планету. Поскольку Нептун был вблизи точки стояния, движение планеты было слишком слабым, чтобы быть замеченным с помощью маленького телескопа Галилея. В 1821 году Алексей Бувард опубликовал астрономические таблицы орбиты Урана. Более поздние наблюдения показали существенные отклонения от таблиц. Это привело Буварда к предположению, что неизвестное пока тело возмущает орбиту Урана своей гравитацией. В 1843, Джон Кауч Адамс вычислил орбиту гипотетической восьмой планеты, чтобы объяснить изменения в орбите Урана. Он послал свои вычисления сэру Джорджу Эйри, королевскому астроному, а тот в ответном письме попросил у Куча разъяснений. Адамс начал набрасывать ответ, но почему-то так и не отправил его и в дальнейшем не настаивал на серьёзной работе над проблемой Урана. Урбен Леверье независимо от Адамса в 1845—1846 годы быстро провёл свои собственные расчёты, но соотечественники не разделяли его энтузиазма. В июне, ознакомившись с первой опубликованной Леверье оценкой долготы планеты и её схожести с оценкой Адамса, Эйри убедил директора Кембриджской обсерватории Джеймса Чайлза начать поиски планеты. Чайлз безуспешно обыскивал небо в поисках восьмой планеты в течение августа и сентября. На деле Чайлз дважды наблюдал Нептун, но вследствие того, что он отложил обработку результатов наблюдений на более поздний срок, ему не удалось своевременно идентифицировать искомую планету. Тем временем, Леверье удалось убедить астронома Берлинской обсерватории Иоганна Готфрида Галле заняться поисками планеты. Гейнрих д’Арре, студент обсерватории, предложил Галле сравнить недавно нарисованную карту неба в районе предсказанного Леверье местоположения с видом неба на текущий момент, чтобы заметить передвижение планеты относительно неподвижных звёзд. Планета была обнаружена в первую же ночь примерно после одного часа поисков. Вместе с директором обсерватории, Иоганном Энке, в течение двух ночей они продолжили наблюдение участка неба, где находилась планета, в результате чего им удалось обнаружить её передвижение относительно звёзд, и убедиться, что это действительно новая планета. Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года, в пределах 1° от координат, предсказанных Леверье, и примерно в 12° от координат, предсказанных Адамсом. Вслед за открытием последовал спор между англичанами и французами за право считать открытие Нептуна своим. В конечном счёте компромисс был найден, и было принято решение считать Адамса и Леверье сооткрывателями. 

     Место в Солнечой системе

     С момента открытия и до 1930 года Нептун был самой далёкой от Солнца известной планетой. После открытия Плутона Нептун стал предпоследней планетой, за исключением 1979—1999 годов, когда Плутон находился внутри орбиты Нептуна. Однако исследование пояса Койпера в 1992 году привело к тому, что многие астрономы стали обсуждать вопрос о том, считать Плутон планетой или частью пояса Койпера. В 2006 году Международный астрономический союз принял новое определение термина «планета» и классифицировал Плутон как карликовую планету, и, таким образом, вновь сделал Нептун последней планетой Солнечной системы. Итак, Нептун – восьмая по счету планета Солнечной системы. Однако, нужно иметь ввиду, что с января 1979 года и до марта 1999 года Нептун был самой далекой планетой в Солнечной системе и девятой по счету. Дело в том, что Плутон обладает орбитой с большим эксцентриситетом и периодически "заходит" внутрь орбиты Нептуна. Кроме того, плоскость орбиты Плутона наклонена к плоскости орбиты Нептуна под углом около 15 градусов, поэтому нет никакой опасности столкновения этих двух планет. Средняя удаленность Нептуна от Солнца 30,1 а.е., период обращения по орбите 164 года и 228 дней. Расстояние от Земли от 4,3 до 4,6 млрд. км 
 

     Физические характеристики

     С массой в 1,0243×1026 кг Нептун является промежуточным звеном между Землёй и большими газовыми гигантами. Его масса в 17 раз превосходит Земную, но составляет лишь 1/19 от массы Юпитера, планета немного меньше и тяжелее Урана. Экваториальный радиус Нептуна равен 24,764 км, что почти в 4 раза больше земного. Нептун и Уран часто считаются подклассом газовых гигантов, который называют «ледяными гигантами» из-за их меньшего размера и большей концентрации летучих веществ. У Нептуна, как и у других планет-гигантов, нет твердой поверхности, поэтому за уровень отсчета при измерении размеров планеты принимается уровень атмосферы, на котором давление составляет 1 бар. Экваториальный диаметр Нептуна равен 49528 км, полярный — 48680 км; средняя плотность Нептуна — 1,76 г/см2; Уровень солнечной энергии в окрестностях Нептуна очень мал и составляет около 8 Вт/м2; эксцентриситет орбиты  0,008; наклон экватора к орбите +29°; средняя скорость движения по орбите 5,43 км/сек; длительность звездных суток 19,2 часа. 
 

     Внутреннее  строение

     Внутреннее  строение Нептуна напоминает внутреннее строение Урана. Атмосфера составляет примерно 10-20 процентов от общей массы планеты, и расстояние от поверхности до конца атмосферы составляет 10-20 % расстояния от поверхности до ядра. Вблизи ядра давление может достигать 10 ГП. Объёмные концентрации метана, аммиака и воды найдены в нижних слоях атмосферы. Постепенно эта более тёмная и более горячая область уплотняется в перегретую жидкую мантию, где температуры достигают 2000-5000 К. Масса мантии Нептуна превышает Земную в 10-15 раз, по разным оценкам, и богата водой, аммиаком, метаном и прочими соединениями. По общепринятой в планетологии терминологии, эту материю называют ледяной, даже при том, что это — горячая, очень плотная жидкость. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводимостью, иногда называют океаном водного аммиака. На глубине 7000 километров условия таковы, что метан разлагается на алмазные кристаллы, которые «падают» на ядро. Ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатов. Ядро, как полагают, весит в 1,2 раза больше Земли. Давление в центре достигает 7 мегабар, что в миллионы раз больше, чем на поверхности Земли. Температура в центре, возможно, достигает 5400 К.

     Атмосфера. В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий. Они составляют 80 и 19 % атмосферы на этой высоте, соответственно. Также наблюдаются следы метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном — часть того, что придаёт атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана. Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от содержания метана в атмосфере Урана, полагают, что всё же некий пока неизвестный компонент атмосферы способствует синему цвету. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура падает с высотой, и стратосфера, где температура с высотой увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 баров. Стратосфера замещается термосферой на уровне давления ниже, чем 10-4 — 10-5 микробаров. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что она состоит из облаков переменных составов, в зависимости от высоты. Облака верхнего уровня находятся на уровне давления ниже одного бара, где температура подходящая для конденсации метана. При давлении между одним и пятью барами, как полагают, формируются облака аммиака и сульфида водорода. При давлении более 5 баров облака могут состоять из того же аммиака, сульфида аммония, сульфида водорода и воды. Более глубоко, при давлении в приблизительно 50 бар, могут быть облака из водяного льда, там температура равна 0 C°, не исключено, что и там могут быть найдены облака из аммиака и сульфида водорода. Высотные облака Нептуна наблюдались по отбрасываемым ими теням на непрозрачный облачный слой ниже уровнем. Среди них выделяются облачные полосы, которые «обёртываются» вокруг планеты на постоянной широте. У этих периферических групп ширина достигает 50-150 километров, и находятся они на 50-110 км выше основного облачного слоя. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких, как этан и ацетилен. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов. По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру в приблизительно 750 К. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, это следствие атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Другой кандидат на механизм разогревания: волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких, как метеориты и пыль.