همه‌ چیزهایی که باید درباره‌ سیاره‌ نپتون بدانیم

نپتون سومین سیاره‌ی سنگین منظومه‌ی شمسی و هشتمین و دورترین سیاره از خورشید است. چون فاصله‌ی زمین و نپتون از هم زیاد است، این سیاره را با چشم غیرمسلح نمی‌توان دید. با یک تلسکوپ کوچک، این سیاره به شکل یک دیسک سبز-آبی کم‌رنگ دیده می‌شود.

این سیاره از روی خدای دریای رومی، «نپتون»، نام‌گذاری شده است. در اساطیر یونان باستان، نپتون همان پوسایدون است. این سیاره دومین سیاره‌ایست که به کمک تلسکوپ کشف شده است.

کشف نپتون در سال 1846 میلادی/ 1225 شمسی، به کمک ترکیب فیزیک نیوتونی و عددشناسی اتفاق افتاد. البته بعدتر مشخص شد که عددشناسی در واقع از نظر علمی بی‌اساس است.

مدار نپتون تقریبا دایره‌ای است و به همین دلیل فاصله‌اش از خورشید در طول سال تغییر زیادی نمی‌کند. با این که میانگین فاصله‌ی پلوتو، سیاره‌ی کوتوله، از خورشید بیشتر از فاصله نپتون تا خورشید است اما چون مدار پلوتو بیضوی است برای حدود 20 سال از هر چرخش، پلوتو در واقع نزدیکتر از نپتون به خورشید است.

نپتون تقریبا چهار برابر زمین است و کمی از اورانوس کوچکتر است. و همین باعث می‌شود که در بین سیارات غول‌پیکر از همه کوچک‌تر باشد. با این حال از اورانوس سنگین‌تر و 25% چگال‌تر است.

مانند باقی سیارات مشتری‌سان، نپتون عمدتا از هیدروژن، هلیوم، آب و باقی ترکیبات فرار تشکیل شده است. نپتون سطح جامد ندارد اما مواد سنگی نیز در این سیاره یافت می‌شود.

این سیاره نصف اورانوس، نور خورشید را دریافت می‌کند. اما گرمایی که از درون آن خارج می‌شود باعث شده است که از اورانوس گرم‌تر باشد.

اطلاعات اولیه‌ی نجومی

ویژگی‌ها	مقادیر
جرم	1.02 × 1026 kg
میانگین فاصله از خورشید	4,498,396,000 km (30.1 AU)
خروج از مرکز	0.0086
زاویه‌ی مدار با دایره البروج	1.77°
طول شبانه روز	16 ساعت
طول سال	164.79 سال زمین
میانگین سرعت مداری	5.43 km/sec
میانگین دمای سطح	−201 °C
شعاع میانگین	24,622±19 km
تعداد قمرها	14
تعداد حلقه‌ها	6

دوره‌ی مداری سیاره نپتون، یا مدت زمانی که طول می‌کشد یک دور به دور خورشید بچرخد، 164.79 سال زمین است. به همین دلیل از وقتی که این سیاره کشف شد، در تاریخ 23 سپتامبر 1846 میلادی/ 1 مهر 1225 شمسی، فقط یکبار به دور خورشید چرخیده است. 

خروج از مرکز مدار نپتون 0.0086 است و در بین سیارات منظومه‌ی شمسی، پس از زهره، کمترین خروج از مرکز را دارد. محور چرخش نپتون به اندازه‌ی  29.6 درجه به سمت صفحه‌ی مداری‌اش متمایل است. مانند زمین، انحراف محوری نپتون باعث به وجود آمدن فصل‌ها شده است و چون مدار نپتون تقریبا دایروی است مدت زمان هر فصل در نپتون (و همینطور در قمرهای نپتون) با هم برابر و هر کدام حدودا 41 سال است.

ویژگی‌های فیزیکی

جرم 1.02 × 10²⁶ kg نپتون حد واسط زمین و غول‌های گازی بزرگتر است. جرمش 17 برابر زمین است اما 1/19 مشتری است. جاذبه‌اش در فشار 1 بار ، 11.15 m/s² است که این یعنی 1.14 برابر جاذبه زمین در سطح‌اش است و فقط مشتری جاذبه‌ی بیشتری از آن دارد. نپتون، مانند اورانوس، یک غول یخی است که زیر طبقه‌ای از سیارات غول‌پیکر است. چون آنها کوچکتر هستند و غلظت مواد فرار بیشتری نسبت به مشتری و زحل دارند.

ساختار داخلی

ساختار درونی نپتون شبیه ساختار اورانوس است. اتمسفر آن حدود 5 تا 10 درصد جرم آن را تشکیل می‌دهد و شاید 10 تا 20 درصد از مسیر را به سمت هسته جو آن است، جایی که فشار آن به حدود 10 گیگا پاسکال یا حدود 100000 برابر جو زمین می‌رسد. افزایش غلظت متان، آمونیاک و آب در نواحی پایین اتمسفر یافت می شود.

گوشته نپتون معادل 10 تا 15 برابر جرم زمین و سرشار از آب، آمونیاک و متان است. این مخلوط با وجود اینکه مایعی داغ و متراکم است، یخی نامیده می‌شود. این مایع که دارای رسانایی الکتریکی بالایی است و گاهی اوقات اقیانوس آب-آمونیاک نامیده می‌شود.

گوشته ممکن است از لایه‌ای از آب یونی تشکیل شده باشد که در آن مولکول‌های آب به سوپی از یون‌های هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شوند، و در عمق بیشتر، گوشته ممکن است از آب فوق یونی تشکیل شده باشد که در آن اکسیژن متبلور می‌شود اما یون‌های هیدروژن آزادانه در اطراف شبکه اکسیژن شناور می‌شوند. در عمق 7000 کیلومتری، شرایط ممکن است به گونه‌ای باشد که متان به بلورهای الماس تجزیه شود که مانند تگرگ به سمت پایین می‌بارد.

هسته نپتون احتمالاً از آهن، نیکل و سیلیکات تشکیل شده است، با جرمی حدود 1.2 برابر جرم زمین. فشار در مرکز 700 گیگا پاسکال است که تقریباً دو برابر فشار در مرکز زمین است و دما ممکن است 5126.85°C باشد.

اتمسفر

مثل بقیه‌ی سیارات غول‌پیکر، جو سیاره‌ی نپتون عمدتا از هیدروژن و هلیوم درست شده است. در نزدیک سطح فشار 1 بار در اتمسفر، این دو گاز حدود 98% مولکول‌های جو را تشکیل می‌دهند. بقیه‌ی مولکول‌ها عمدتا گاز متان هستند.

هیدروژن و هلیوم تقریبا نامرئی‌اند اما متان به طور شدیدی نور قرمز را جذب می‌کند. بنابراین نور خورشیدی که از نپتون بازتاب می‌شود طیف قرمز خود را از دست داده و رنگ آبی دارد.

اگر چه رنگ آبی-سبز اورانوس هم بخاطر وجود گاز متان در اتمسفر آن است، اما رنگ آبی نپتون روشن‌تر و واضح‌تر است که احتمالا در اثر وجود گاز دیگری است که در اتمسفر نپتون وجود دارد اما ما آن را نمی‌شناسیم.

دمای جو نپتون با ارتفاع تغییر می‌کند. حداقل دما در فشار 0.1 بار برابر با −223 °C است. با کاهش فشار-افزایش ارتفاع- دما افزایش می‌یابد. در فشار یک صد میلیاردم بار، دما 480 °C می‌شود- که مربوط به ارتفاع 2000 کیلومتری از سطح یک بار است.

دما همچنین با افزایش عمق زیر سطح 0.1 بار تا حدود 6700 درجه سانتیگراد در نزدیکی مرکز سیاره افزایش می‌یابد، جایی که فشار ممکن است به پنج مگا بار برسد.

مقدار کل انرژی تابش شده توسط نپتون برابر با کره غیر بازتابنده با همان اندازه با دمای یکنواخت -214 درجه سانتیگراد است. این دما را دمای موثر (effective temperature) می‌نامند.

میدان مغناطیسی و مگنتوسفر

مگنتوسفر نپتون به اورانوس شباهت دارد و میدان مغناطیسی آن با محور چرخشی‌اش زاویه‌ی 47 درجه دارد. با مقایسه‌ی میدان های مغناطیسی این دو سیاره، دانشمندان باور دارند که جهت گیری زیاد میدان مغناطیسی ممکن است بخاطر جریان‌های درونی این دو سیاره باشد. این میدان ممکن است توسط حرکات سیال همرفتی در یک پوسته کروی نازک از مایعاتی که رسانای الکتریکی هستند ایجاد شود که منجر به بوجود آمدن دینام (Dynamo) می‌شود.

مولفه‌ی دوقطبی میدان مغناطیسی در استوای مغناطیسی نپتون حدود 14 میکروتسلا (0.14 گاوس) است. گشتاور مغناطیسی دوقطبی نپتون حدود 2.2 × 1017 T·m3 است. میدان مغناطیسی نپتون هندسه‌ی پیچیده‌ای دارد که شامل سهم بزرگی از اجزای غیر دوقطبی است، از جمله یک گشتاور چهار قطبی قوی که ممکن است مقدار بیشتری از گشتاور دوقطبی داشته باشد.

مدار و چرخش

میانگین فاصله بین نپتون و خورشید 4.5 میلیارد کیلومتر است و به طور متوسط هر 164.79 سال یک بار یک مدار را کامل می کند.

مدار بیضی شکل نپتون در مقایسه با زمین 1.77 درجه شیب دارد.

انحراف محوری نپتون 28.32 درجه است، که مشابه انحرافات زمین (23 درجه) و مریخ (25 درجه) است. در نتیجه، نپتون تغییرات فصلی مشابه زمین را تجربه می کند. دوره طولانی مداری نپتون به این معنی است که فصول به مدت چهل سال زمینی طول می کشد. دوره چرخش جانبی آن (روز) تقریباً 16.11 ساعت است. 

از آن‌جایی که نپتون یک جسم جامد نیست، جو آن تحت چرخش دیفرانسیل قرار می‌گیرد. منطقه‌ی وسیع استوایی با دوره‌ای حدود 18 ساعت می‌چرخد که کندتر از چرخش 16.1 ساعته‌ی میدان مغناطیسی سیاره است. در مقابل، برعکس برای مناطق قطبی که دوره چرخش 12 ساعته صادق است.

سیر تکاملی

در متداول‌ترین مدل شکل‌گیری منظومه شمسی، مدل Nice، چهار سیاره غول‌پیکر – مشتری، زحل، اورانوس و نپتون – بین حدود 5 تا 17 واحد نجومی می‌چرخند. (1 واحد نجومی حدود 150 میلیون کیلومتر است که میانگین فاصله زمین از خورشید است). سیارات در تشدید مداری بودند. به عنوان مثال، اگر نپتون در رزونانس 3:4 بود، به ازای هر سه بار گردش نپتون به دور خورشید، اورانوس چهار دور می چرخید.

سیارات در قرصی از سیاره‌های کوچک، اجسام کوچکی که از شکل‌گیری منظومه شمسی باقی مانده‌اند، می‌چرخند. فعل و انفعالات گرانشی با این سیارات کوچک، که چند صدتا از آن‌ها به اندازه سیاره کوتوله‌ی پلوتو بودند، سیارات را از تشدید مداری خود خارج کرده و خروج از مرکز مدار آن‌ها را افزایش داد. مدار سیارات ناپایدار شد و زحل، اورانوس و نپتون به سمت خارج به موقعیت فعلی خود تغییر مسیر دادند. در برخی شبیه سازی‌ها، اورانوس و نپتون حتی موقعیت خود را تغییر می دهند. (مشتری کمی به سمت داخل حرکت کرد.)

حلقه‌ها و قمرهای نپتون

نپتون حداقل 14 قمر و 6 حلقه‌ی باریک شناخته شده دارد. هر یک از ذرات بی شماری که حلقه ها را تشکیل می دهند را می توان قمر کوچکی در مدار خودش در نظر گرفت. چهار قمر نزدیک به سیاره در داخل منظومه حلقه‌ها می چرخند، جایی که حداقل برخی از آن‌ها ممکن است به صورت گرانشی با ذرات حلقه تعامل داشته باشند و از پخش شدن آنها جلوگیری کنند.

قمرها

قبل از نزدیک شدن وویجر 2 به نپتون، تنها قمرهای شناخته شده نپتون شامل تریتون (Triton) می‌شد که به صورت بصری از طریق تلسکوپ در سال 1846 میلادی/ 1225 شمسی کشف شد و هم‌چنین نیرید  (Nereid) که بیش از یک قرن بعد در عکس های تلسکوپی در سال 1949 میلادی/ 1328 شمسی کشف شد. تریتون با قطری تقریباً به اندازه قمر زمین، بزرگترین ماهواره نپتون است که بیش از شش برابر بزرگ‌ترین قمر دیگر نپتون، پروتئوس است که توسط وویجر 2 در سال 1989 میلادی/ 1368 شمسی کشف شد. تریتون تنها قمر بزرگ منظومه شمسی است که به صورت وارونه به دور سیاره خود می‌چرخد.

نیرید که به طور متوسط بیش از 15 برابر دورتر از تریتون از نپتون می‌چرخد، مدارش بیشترین خروج از مرکز را در بین قمرهای شناخته شده دارد. حداکثر فاصله‌ی نرید از نپتون تقریباً هفت برابر حداقل فاصله‌ی آن از نپتون است. حتی در نزدیکترین فاصله، فاصله‌ی نیرید تقریباً چهار برابر تریتون است.

در سال 1989 میلادی/ 1368 شمسی، وویجر شش قمر ناشناخته را در منظومه‌ی نپتون مشاهده کرد. همه‌ی آن‌ها کمتر از نیمی از فاصله تریتون از نپتون فاصله دارند و قمرهای منظمی هستند – یعنی در مدارهای نزدیک به دایره ای که در نزدیکی صفحه استوایی نپتون قرار دارند در جهت معمول حرکت می کنند.

در سال 2002 تا 2003 میلادی/ 1381-1382 شمسی، پنج قمر کوچک دیگر که شعاع آنها در حدود 15 تا 30 کیلومتر تخمین زده می‌شود، در کاوش‌ها با تلسکوپ‌های زمینی کشف شدند. این قمرها نامنظم هستند و دارای مدارهایی با خروج از مرکز زیادند که نسبت به استوای سیاره زاویه‌ی زیادی دارند. سه تا از این پنج قمر مداری در جهت عکس دارند. فاصله متوسط آنها از نپتون تقریباً بین 15 تا 48 میلیون کیلومتر است.

نام قمرهای نپتون از خدایان و الهه‌های رومی و یونانی مربوط به آب گرفته شده است.

نام قمر	فاصله میانگین از مرکز نپتون (شعاع مدار به کیلومتر)
نیاد	48,224
تالسا	50,074
دیسپینا	52,526
گلتیا	61,953
لاریسا	73,548
هیپوکمپ	105,284
پروتئوس	117,646
تریتون	354,759
نیرید	5,513,818
هلیمیدی	16,681,000
سیو	22,619,000
لیومیدیا	23,613,000
سمتی	46,705,000
نیسو	50,258,000

سیستم حلقه‌های نپتون

شواهدی مبنی بر اینکه نپتون دارای یک یا چند حلقه است در اواسط دهه 1980 میلادی زمانی به وجود آمد که مطالعات اختفای ستاره‌ای از زمین گهگاه افت مختصری در روشنایی ستاره را درست قبل یا بعد از عبور سیاره از مقابل آن نشان می‌داد. از آن‌جایی که این افت‌ها فقط در برخی مطالعات دیده می‌شدند و هرگز به صورت متقارن در هر دو طرف سیاره مشاهده نشد، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که حلقه‌های موجود به طور کامل نپتون را احاطه نمی‌کنند، بلکه به شکل حلقه‌های جزئی یا کمان حلقه‌ای هستند.

با این حال، تصاویر وویجر 2، سیستمی متشکل از شش حلقه را نشان می‌دهد که هر یک در واقع به طور کامل نپتون را احاطه کرده است. مشخص شد که کمان‌های احتمالی نواحی روشن در بیرونی‌ترین حلقه به نام آدامز هستند، جایی که چگالی ذرات حلقه به‌ویژه زیاد است. اگرچه حلقه‌هایی نیز هر یک از سه سیاره غول‌پیکر دیگر را احاطه کرده‌اند، اما هیچ‌کدام انبوهی چشمگیر آدامز را نشان نمی‌دهند.

حلقه‌های نپتون از دانشمندانی که آن‌ها را کشف کردند نامگذاری شده‌اند.

نام حلقه	فاصله از مرکز نپتون
گال	41,900
له وریه	53,200
لاسل	55,200
آراگو	57,200
گالاتیا	61,950
آدامز	62,930

مشاهدات از زمین

نپتون بین سال‌های 1980 و 2000، بیشتر به دلیل تغییر فصل‌ها، حدود 10 درصد روشن شد. نپتون ممکن است با نزدیک شدن به حضیض در سال 2042 به درخشندگی خود ادامه دهد. قدر ظاهری در حال حاضر از 7.67 تا 7.89 با میانگین 7.78 و انحراف معیار 0.06 متغیر است. نپتون آنقدر کم رنگ و ناواضح است که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست. با یک تلسکوپ یا یک دوربین دوچشمی قوی نپتون را می‌توانیم به عنوان یک دیسک آبی کوچک، شبیه به اورانوس ببینیم. به دلیل فاصله نپتون از زمین، قطر زاویه ای آن تنها بین 2.2 تا 2.4 ثانیه قوسی است، که کوچکترین سیاره منظومه شمسی است. اندازه ظاهری کوچک آن، باعث می‌شود نتوان آن را با رصد مطالعه کرد.

بیشتر داده‌های تلسکوپی تا زمان ظهور تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ‌های بزرگ زمینی با اپتیک سازگار نسبتاً محدود بودند. اولین رصد علمی مفید نپتون بوسیله‌ی تلسکوپ های زمینی با استفاده از اپتیک سازگار در سال 1997 میلادی/ 1376 شمسی از هاوایی آغاز شد.از زمین، نپتون هر 367 روز یک بار حرکت بازگشتی را انجام می دهد که در طی هر مقابله، یک حرکت حلقه ای در برابر ستارگان پس زمینه ایجاد می کند.

کاوش‌ها با تلسکوپ‌های فضایی

وویجر 2 تنها فضاپیمایی است که از نپتون بازدید کرده است. این فضاپیما به نپتون در 25 اوت 1989 میلادی/ 3 شهریور 1368 شمسی خیلی نزدیک شد. از آن‌جایی که این آخرین سیاره بزرگی بود که فضاپیما می‌توانست از آن بازدید کند، تصمیم گرفته شد که بدون توجه به پیامدهای مسیر، از نزدیک قمر، تریتون عبور کند.

فضاپیما وجود میدان مغناطیسی اطراف سیاره را تأیید کرد و متوجه شد که میدان از مرکز منحرف شده و مشابه میدان اطراف اورانوس است. و وویجر 2 همچنین نشان داد که نپتون دارای یک سیستم آب و هوایی فعال است. این فضاپیما شش قمر جدید کشف کرد و نشان داد که این سیاره بیش از یک حلقه دارد.

این پرواز همچنین اولین اندازه گیری دقیق جرم نپتون را ارائه کرد که 0.5 درصد کمتر از محاسبه قبلی بود.

سئوالات متدوال