Neptun (planeta)

Historie

Discovery

Předpokládá se, že Neptun poprvé spatřil Galileo, protože na jeho kresbách byl Neptun zobrazen v blízkosti Jupiteru. Galileovi však tento objev nebyl připsán, protože se domníval, že Neptun není planeta, ale "pevná hvězda". Vzhledem k pomalému pohybu Neptunu po obloze nebyl Galileův malý dalekohled dostatečně silný, aby Neptun jako planetu odhalil.

V roce 1821 vydal Alexis Bouvard astronomické tabulky dráhy Uranu. Pozdější pozorování ukázala, že Uran se na své dráze pohybuje nepravidelně, což některé astronomy přimělo k myšlence, že příčinou nepravidelných pohybů Uranu je jiné velké těleso. V roce 1843 John Couch Adams vypočítal dráhu osmé planety, která by mohla mít vliv na dráhu Uranu. Své výpočty poslal siru Georgi Airymu, královskému astronomovi, který Adamse požádal o vysvětlení. Adams si začal dělat kopii odpovědi, ale nikdy ji neodeslal.

V roce 1846 provedl vlastní výpočty Urbain Le Verrier, který s Adamsem nespolupracoval, ale ani on se nesetkal s velkým zájmem francouzských astronomů. V témže roce však začal matematickou metodu podporovat John Herschel a povzbudil Jamese Challise k hledání planety. Po dlouhých odkladech Challis v červenci 1846 nedobrovolně zahájil hledání. Mezitím Le Verrier přesvědčil Johanna Gottfrieda Galleho, aby planetu hledal.

Ačkoli byl Heinrich d'Arrest stále ještě studentem na berlínské hvězdárně, navrhl, že by se nově nakreslená mapa oblohy v oblasti Le Verrierovy předpovědi mohla porovnat se současnou oblohou a hledat změnu polohy planety ve srovnání s pevnou hvězdou. Neptun byl pak objeven ještě téže noci 23. září 1846, a to ve vzdálenosti 1° (jeden stupeň (úhel) od místa, kde ho Le Verrier předpověděl, a asi 10° od Adamsovy předpovědi. Challis později zjistil, že planetu viděl dvakrát v srpnu a nepoznal ji kvůli svému neopatrnému přístupu k práci.

Udělování kreditů a pojmenování

Poté, co se zpráva o objevu Neptuna rozšířila, došlo také k mnoha sporům mezi Francouzi a Brity o to, kdo si za objev zaslouží uznání. Později bylo mezinárodní dohodou rozhodnuto, že zásluhy si zaslouží Le Verrier i Adams společně. Historikové však toto téma přehodnotili poté, co byly v roce 1998 znovuobjeveny "Neptunovy dokumenty" (historické dokumenty z Královské greenwichské observatoře), které byly zřejmě ukradeny a téměř tři desetiletí uchovávány astronomem Olinem Eggenem a znovu objeveny (v jeho vlastnictví) až krátce po jeho smrti. Po přezkoumání těchto dokumentů se někteří historici nyní domnívají, že Adams si nezaslouží stejné uznání jako Le Verrier.

Krátce po svém objevu byl Neptun dočasně nazýván "planetou vně Uranu" nebo "Le Verrierovou planetou". První návrh na jméno přišel od Galleho. Navrhl jméno Janus. V Anglii navrhl Challis jméno Oceanus. Ve Francii navrhl Arago, aby se nová planeta jmenovala Leverrier, což se mimo Francii setkalo s velkým odporem. Francouzské almanachy okamžitě znovu zavedly jméno Herschel pro Uran a Leverrier pro novou planetu.

Mezitím Adams ze samostatného a jiného důvodu navrhl změnu názvu Georgiana na Uran, zatímco Leverrier (prostřednictvím Rady pro zeměpisnou délku) navrhl pro novou planetu Neptun. Struve podpořil tento název 29. prosince 1846 na zasedání Petrohradské akademie věd. Brzy byl Neptun mezinárodně odsouhlasen mnoha lidmi a stal se pak oficiálním názvem pro novou planetu. V římské mytologii byl Neptun bohem moře, ztotožňovaným s řeckým bohem Poseidonem.

Urbain Le Verrier, spoluobjevitel Neptunu.

Struktura

Hmotnost a složení

Hmotnost Neptunu 10,243×1025 kg jej řadí mezi Zemi a největší plynné obry; Neptun má sedmnáct hmotností Země, ale jen 1/18 hmotnosti Jupiteru. Neptun a Uran jsou často považovány za součást podtřídy plynných obrů známé jako "ledoví obři", a to vzhledem k jejich menší velikosti a velkým rozdílům ve složení ve srovnání s Jupiterem a Saturnem. Při hledání extrasolárních planet byl Neptun používán jako referenční bod pro určení velikosti a struktury objevené planety. Některé objevené planety, které mají podobnou hmotnost jako Neptun, se často nazývají "Neptuny". stejně jako astronomové označují různé extrasolární "Jupitery".

Atmosféra Neptunu je tvořena převážně vodíkem a menším množstvím helia. V atmosféře bylo zjištěno také nepatrné množství metanu. Důležité absorpční pásy metanu se vyskytují na vlnových délkách nad 600 nm, v červené a infračervené části spektra. Tato absorpce červeného světla atmosférickým metanem dává Neptunu modrý odstín.

Vzhledem k tomu, že Neptun obíhá tak daleko od Slunce, získává velmi málo tepla, přičemž teplota v nejvyšších oblastech atmosféry je -218 °C (55 K). Hlouběji ve vrstvách plynu však teplota pomalu stoupá. Stejně jako u Uranu není zdroj tohoto ohřevu znám, rozdíly jsou však větší: Neptun je nejvzdálenější planetou od Slunce, přesto je jeho vnitřní energie dostatečně silná na to, aby vytvářela nejrychlejší větry pozorované ve Sluneční soustavě. Bylo navrženo několik možných vysvětlení, včetně radiogenního ohřevu z jádra planety, pokračujícího vyzařování zbytkového tepla do vesmíru, které vzniklo při infiltraci hmoty během zrodu planety, a gravitačních vln lámajících se nad tropopauzou.

Předpokládá se, že struktura vnitřku Neptunu je velmi podobná struktuře vnitřku Uranu. Pravděpodobně se zde nachází jádro o hmotnosti asi 15 hmotností Země, které je tvořeno roztavenými horninami a kovy obklopenými směsí hornin, vody, čpavku a metanu. Velké tlaky udržují ledovou část této okolní směsi v pevném stavu, a to navzdory velkým teplotám v blízkosti jádra. Atmosféra, která se rozprostírá asi v 10 až 20 % směrem ke středu, je tvořena převážně vodíkem a ve velkých výškách héliem. V nižších oblastech atmosféry se nachází více směsi metanu, čpavku a vody. Velmi pomalu se tato tmavší a teplejší oblast prolíná s přehřátým kapalným nitrem. Tlak v centru Neptunu je milionkrát vyšší než na povrchu Země. Porovnáme-li rychlost jeho rotace se stupněm jeho oblity, zjistíme, že na rozdíl od Uranu je jeho hmota méně soustředěna směrem ke středu.

Počasí a magnetické pole

Jedním z rozdílů mezi Neptunem a Uranem je úroveň meteorologické aktivity, která byla pozorována (viděna nebo měřena). Když v roce 1986 prolétala kolem Uranu sonda Voyager, bylo zjištěno, že větry na této planetě jsou mírné. Když sonda Voyager v roce 1989 prolétala kolem Neptunu, byly pozorovány silné povětrnostní jevy. Počasí na Neptunu se vyznačuje mimořádně aktivními bouřkovými systémy. Jeho atmosféra má nejvyšší rychlost větru ve sluneční soustavě, o níž se předpokládá, že je poháněna prouděním vnitřního tepla. Běžné větry v rovníkové oblasti dosahují rychlosti kolem 1 200 km/h, zatímco větry v bouřkových systémech mohou dosahovat až 2 100 km/h, tedy rychlosti blízké nadzvukové.

V roce 1989 objevila sonda NASA Voyager 2 Velkou tmavou skvrnu, cyklonální bouřkový systém o velikosti Eurasie. Bouře připomínala Velkou červenou skvrnu na Jupiteru. Hubbleův vesmírný dalekohled však 2. listopadu 1994 Velkou tmavou skvrnu na planetě nepozoroval. Místo toho byla na severní polokouli planety objevena nová bouře podobná Velké tmavé skvrně. Důvod, proč Velká tmavá skvrna zmizela, není znám. Jednou z možných teorií je, že přenos tepla z jádra planety narušil rovnováhu atmosféry a stávající cirkulační vzorce. Scooter je další bouře, skupina bílých oblaků, která se nachází jižněji než Velká tmavá skvrna. Svou přezdívku dostala, když byla poprvé zpozorována v měsících před setkáním s Voyagerem v roce 1989: pohybovala se rychleji než Velká tmavá skvrna. Pozdější snímky ukázaly oblaka, která se pohybovala ještě rychleji než Scooter. Čarodějovo oko/Tmavá skvrna 2 je další jižní cyklonální bouře, druhá nejsilnější bouře pozorovaná během setkání v roce 1989. Původně byla zcela tmavá, ale jak se Voyager přibližoval k planetě, vyvinulo se jasné jádro, které je vidět na většině snímků s nejvyšším rozlišením.

Na rozdíl od jiných plynných obrů je v Neptunově atmosféře patrná přítomnost vysokých mraků, které vytvářejí stíny na husté oblačnosti pod ním. Ačkoli je atmosféra Neptunu mnohem aktivnější než atmosféra Uranu, obě planety se skládají ze stejných plynů a ledu. Uran a Neptun nejsou úplně stejným typem plynných obrů jako Jupiter a Saturn, ale jsou to spíše ledoví obři, což znamená, že mají větší pevné jádro a jsou také tvořeny ledem. Neptun je velmi chladný, v roce 1989 byly na vrcholcích mraků zaznamenány teploty až -224 °C (-372 °F nebo 49 K).

Neptun má s Uranem podobnou magnetosféru, jejíž magnetické pole je silně skloněno vůči rotační ose pod úhlem 47° a je posunuto nejméně o 0,55 poloměru (asi 13 500 km) od fyzického středu planety. Na základě porovnání magnetických polí obou planet se vědci domnívají, že extrémní průběh může být charakteristický pro toky v nitru planety a nikoliv pro boční rotační pohyb Uranu. ^[]

Neptunovy prstence

Kolem modré planety byly objeveny velmi malé modře zbarvené prstence, které však nejsou tak známé jako prstence Saturnu. Když tyto prstence objevil tým vedený Edwardem Guinanem, původně se domníval, že se nemusí jednat o kompletní prstence. To však dokázala sonda Voyager 2. Prstence planety Neptun mají zvláštní "chuchvalcovité" uspořádání. Příčina je sice v současné době neznámá, ale někteří vědci se domnívají, že to může být způsobeno gravitačním kontaktem s malými měsíci, které obíhají v jejich blízkosti. ^[]

Důkaz, že prstence jsou neúplné, se poprvé objevil v polovině 80. let 20. století, kdy se při zákrytu hvězdy zjistilo, že těsně před nebo po zákrytu planety hvězdou se zřídkakdy objeví dodatečné "mrknutí". Problém vyřešily až snímky ze sondy Voyager 2 v roce 1989, kdy bylo zjištěno, že prstencový systém má několik slabých prstenců. Nejvzdálenější prstenec, Adams, má tři známé oblouky, které jsou nyní pojmenovány Liberté, Egalité a Fraternité (Svoboda, Rovnost a Bratrství).

Existenci oblouků je velmi těžké pochopit, protože pohybové zákony by předpovídaly, že se oblouky ve velmi krátkém čase rozšíří do jednoho prstence. Nyní se předpokládá, že oblouky vznikly gravitačním působením Galatey, měsíce, který se nachází těsně uvnitř prstence.

Kamery sondy Voyager objevily několik dalších prstenců. Také tenký Adamsův prstenec se nachází ve vzdálenosti asi 63 000 km od středu Neptunu, Leverrierův prstenec je ve vzdálenosti 53 000 km a širší, menší Galleův prstenec je ve vzdálenosti 42 000 km. Velmi malé vnější rozšíření Leverrierova prstence bylo pojmenováno Lassell; na svém vnějším okraji je obklopeno prstencem Arago ve vzdálenosti 57 000 km.

Nová pozemská pozorování publikovaná v roce 2005 ukázala, že prstence Neptunu jsou mnohem nestabilnější, než se dosud předpokládalo. Přesněji řečeno, zdá se, že prstenec Liberté by mohl rychle zmizet za méně než 100 let. Zdá se, že nová pozorování vnášejí do našeho chápání Neptunových prstenců velký zmatek.

Neptunovy prstence

Neptunovy měsíce

Neptun má celkem 14 známých měsíců. Neptun byl římský bůh moře, a proto byly jeho měsíce pojmenovány po menších mořských bozích nebo bohyních. Největší a jediný dostatečně velký, aby měl tvar koule, je Triton (vyslovuje se:ˈtraɪtən), který objevil William Lassell pouhých 17 dní po objevu samotného Neptunu. Na rozdíl od všech ostatních velkých planetárních měsíců má Triton retrográdní dráhu, což ukazuje, že měsíc byl pravděpodobně zachycen a možná byl kdysi objektem Kuiperova pásu. Je dostatečně blízko Neptunu, aby byl uzamčen na synchronní dráze, a pomalu se přesouvá do Neptunu a jednoho dne bude roztržen, až překročí Rocheovu mez. Triton je nejchladnějším objektem, který byl ve sluneční soustavě naměřen, s teplotou -235 °C (38 K, -392 °F). Jeho průměr je 2700 km (80 % zemského Měsíce Luna), hmotnost 2,15×1022 kg (30 % Luny), průměr oběžné dráhy 354 800 km (90 % Luny) a oběžná doba 5,877 dne (20 % Luny).

Druhý známý Neptunův měsíc (podle vzdálenosti), lichý měsíc Nereid, má jednu z nejneobvyklejších oběžných drah ze všech družic ve sluneční soustavě.

Od července do září 1989 objevila sonda Voyager 2 šest nových měsíců Neptunu. Z nich je hrudkovitý Proteus největším známým objektem, který nebyl vlastní gravitací zformován do koule. Přestože je druhým nejhmotnějším neptunským měsícem, má pouze čtvrtinu procenta hmotnosti Tritonu. Čtyři nejbližší Neptunovy měsíce, Naiad, Thalassa, Despina a Galatea, obíhají natolik blízko, že se nacházejí uvnitř Neptunových prstenců.

Další nejvzdálenější hvězda, Larissa, byla původně objevena v roce 1981, kdy došlo k zákrytu hvězdy. Měsíci se připisuje zásluha na vzniku prstencových oblouků Neptunu, když ho v roce 1989 pozorovala sonda Voyager 2. V roce 2004 bylo oznámeno pět nových neobvyklých měsíců objevených v letech 2002 až 2003. Poslední měsíc byl objeven při zkoumání snímků Hubbleova teleskopu 16. července 2013. Má průměr pouhých 12 kilometrů, což mu umožnilo uniknout detekci i sondě Voyager 2.

Pozorování

Neptun není vidět pouhým okem, protože jeho normální jasnost se pohybuje mezi +7,7 a +8,0 magnitudami, které mohou být zastíněny Jupiterovými galileovskými měsíci, trpasličí planetou Ceres a planetkami 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno a 6 Hebe. V dalekohledu nebo silném binokuláru se Neptun zobrazí jako malá modrá tečka, podobná vzhledu Uranu. Modrá barva pochází z metanu v jeho atmosféře. Jeho zjevně malá velikost ztěžuje jeho vizuální studium; většina teleskopických údajů byla až do příchodu Hubbleova vesmírného dalekohledu a velkých pozemních dalekohledů s adaptivní optikou značně omezená.

S oběžnou dobou (hvězdnou periodou) 164,88 juliánského roku se Neptun brzy vrátí (za účelem objevu) na stejné místo na obloze, kde byl v roce 1846 objeven. Stane se tak třikrát, a to i počtvrté, kdy se k této pozici velmi přiblíží. Jedná se o 11. dubna 2009, kdy bude v postupném pohybu, 17. července 2009, kdy bude v retrográdním pohybu, a 7. února 2010, kdy bude v postupném pohybu. Velmi blízko k tomu, aby se nacházel ve stejném bodě od objevení v roce 1846, bude také koncem října až začátkem a polovinou listopadu 2010, kdy Neptun přejde z retrográdního do přímého pohybu na přesném stupni objevení Neptunu a poté se na okamžik zastaví podél ekliptiky v rozmezí 2 úhlových minut v tomto bodě (nejblíže 7. listopadu 2010). Bude to naposledy na příštích přibližně 165 let, kdy se Neptun ocitne v bodě svého objevení.

To se vysvětluje myšlenkou retrogradace. Stejně jako všechny planety a asteroidy ve Sluneční soustavě mimo Zemi prochází Neptun v určitých okamžicích svého synodického období retrográdním vývojem. Kromě začátku retrogradace patří k dalším událostem uvnitř synodického období astronomická opozice, návrat k prográdnímu pohybu a konjunkce se Sluncem.

Neptun se na své dráze kolem Slunce vrátil do původního místa objevu v srpnu 2011.

Průzkum

V současné době navštívila Neptun pouze jedna sonda. Sonda NASA Voyager 2 se s touto planetou rychle setkala 25. srpna 1989 a byla poslední planetou, kterou navštívila alespoň jedna sonda.

Jedním z důležitých objevů sondy Voyager 2 byl její velmi blízký průlet kolem Tritonu, při kterém vyfotografovala několik částí měsíce. Sonda také objevila Velkou tmavou skvrnu, která však již zmizela poté, co Hubbleův vesmírný dalekohled v roce 1994 pořídil snímky Neptunu. Původně byla považována za velký oblak nebo cyklonální bouřkový systém, později se odhadovalo, že jde pouze o díru ve viditelném oblačném patře.

Ukázalo se, že Neptun má nejsilnější větry ze všech plynných obrů sluneční soustavy. Ve vnějších oblastech sluneční soustavy, kde Slunce svítí více než 1000krát slaběji než na Zemi (přesto je velmi jasné s magnitudou -21), se poslední ze čtyř obrů skutečně stal tím, co vědci očekávali. Mohli bychom si myslet, že čím dále je planeta od Slunce, tím méně energie a tepla by bylo potřeba k vytvoření a spuštění velmi silných větrů kolem. Na Jupiteru však už tehdy vichry dosahovaly rychlosti stovek kilometrů za hodinu. Místo toho, aby vědci pozorovali pomalejší větry, zjistili na vzdálenějším Neptunu větry rychlejší (přes 1600 km/h).

Jednou z možných příčin vyšší rychlosti větru je, že pokud vznikne dostatek energie, vytvoří se turbulence, která zpomalí vítr (podobně jako u Jupiteru). Na Neptunu je však sluneční energie tak málo, že jakmile se větry rozběhnou, narážejí na velmi malý odpor a jsou schopny udržet velmi vysoké rychlosti. Každopádně Neptun vydává více energie, než získává ze Slunce, a vnitřní zdroj energie těchto větrů zůstává neznámý.

Snímky, které v roce 1989 poslala na Zemi sonda Voyager 2, se staly základem celonočního pořadu stanice PBS s názvem Neptun celou noc.

Voyager 2.