נפטון (כוכב לכת): מאפיינים, קומפוזיציה, מסלול, תנועה, מבנה - ארטה - 2025

נפטון הוא כוכב הלכת השמיני במערכת השמש מבחינת מרחק מסלול, ענק קרח והחיצוני מכולם. זה המקרה מאז שפלוטו הפסיק להיחשב לכוכב לכת בשנת 2006, והפך לכוכב לכת ננסי שהוא חלק מחגורת קויפר.

בשמי הלילה נפטון נראית כמו נקודה כחלחלה קטנה עליה היה ידוע מעט מאוד, עד שמשימות החלל של סוף שנות השמונים, כמו וויאג'ר 2, סיפקו נתונים על כדור הארץ ולווייניו.

איור 1. נפטון שצולם על ידי וויאג'ר 2 בשנת 1989, התמונה מציגה את הכתמים הכהים כתוצאה מסופות אטמוספריות. (מקור: נאס"א)

תמונות Voyager 2 הראו לראשונה כוכב לכת עם משטח כחול-ירוק, עם סערות חזקות וזרמי רוח מהירים, המייצרים טלאים אנטי -יקלוניים כהים. הם דומים מאוד לאלה של צדק, אם כי אינם קבועים בזמן כמו אלה.

האווירה של נפטון עשירה במתאן ובעלת מערכת טבעות קלושה מאוד. לכוכב הלכת יש מגנטוספרה, וזו הסיבה שהוא משער שיש לו גרעין מתכתי.

עד כה נספרו 15 לוויינים של נפטון, ביניהם טריטון ונרידה הם הלוויינים העיקריים.

גילוי והיסטוריה

הגילוי של נפטון היה תוצאה של חיזוי מתמטי, המבוסס על תצפיות על הפרעות במסלולי כוכבי הלכת אורנוס ושבתאי. בעבר בשנת 1610, גלילאו כבר ראה את נפטון עם אותו טלסקופ שנהג לגלות את ירחי יופיטר, אך הוא טעה בכך שכוכב.

הרבה אחר כך, בשנת 1846, המתמטיקאי הצרפתי שהתמחה במכניקה שמימית אורבין לה-ורייר, חקר הפרעות מסוימות במסלולי שבתאי ואורנוס. ההסבר הטוב ביותר היה להציע קיומו של כוכב לכת חדש, ממנו ניבא את מסלולו ומיקומו בשמיים. השלב הבא היה למצוא את כוכב הלכת, ולכן Le Verrier שכנע את האסטרונום הגרמני יוהן גוטפריד גאלה לחפש אותו.

במהלך ליל 23 בספטמבר 1846, אישר גאלה, ממצפה הכוכבים שלו בברלין, את קיומו של הכוכב החדש, ותוך ימים ספורים הופיע טריטון, הלוויין הגדול ביותר שלו.

כמעט במקביל בקיימברידג 'באנגליה, המתמטיקאי הצעיר ג'ון קוש אדמס, שגם הוא עבד על הבעיה מזה זמן, עשה תחזיות דומות.

נפטון חייב את שמו לאל הים במיתולוגיה הרומית (המקבילה לאל היווני פוסידון), בעקבות המסורת של שמות כוכבי הלכת על שם אלוהיו של הפנתיאון הרומי.

מאפיינים כלליים

קוטרו של נפטון הוא כמעט פי 4 מקוטר כדור הארץ, אך כשליש מהיופיטר הענק.

איור 2. נפטון בהשוואה לכדור הארץ. (מקור: commons וויקימדיה)

המסה שלו גדולה פי 17 מכדור הארץ והנפח שלה גדול פי 57. מבחינת המסה הוא מדורג במקום השלישי בין כוכבי הלכת במערכת השמש ורביעית בגודלה.

סיכום המאפיינים הפיזיים העיקריים של נפטון

מסה: 1,024 × 10 ²⁶ ק"ג (17,147 פעמים מכדור הארץ)

רדיוס ממוצע : 24,622 ק"מ, שווה ערך פי 3.87 לרדיוס כדור הארץ.

-צורה: שטוח בקטבים בגודל 0.983.

רדיוס מסלול מסלול: 4.498 x 10 ⁹ ק"מ שווה ערך ל 30.07 AU

- נטיית ציר הסיבוב : 30 מעלות למישור מסלול.

-טמפרטורה : -220ºC (עננים)

-סמיכות: 11.15 m / s ² (1.14 גרם)

-שדה מגנטי יש: כן, 14 מיקרוטסלה בקו המשווה.

-אווירה: מימן 84%, הליום 12%, מתאן 2%, אמוניה 0.01%.

צפיפות: 1,640 ק"ג / מ ' ³

-ליטלים: 15 ידועים עד כה.

-טבעות: כן, הם דקים ומורכבים מחלקיקים של קרח וסיליקט.

תנועת תרגום

נפטון, כוכב הלכת השמיני במערכת השמש, הוא ענק גז שבמסלולו סביב השמש יש רדיוס ממוצע של 30 AU. יחידה אסטרונומית AU שווה 150 מיליון ק"מ והיא המרחק הממוצע בין השמש לכדור הארץ.

איור 3. אנימציה המציגה את מסלולו של נפטון באדום, יחד עם האורנוס שהוא הנקודה הכחולה. מקור: Wikimedia Commons.

המשמעות היא שרדיוס דרכו של נפטון הוא פי 30 מכדור הארץ, ולכן לוקח 165 שנים להשלים מהפכה אחת סביב השמש.

עובדות מהנות על נפטון

זה הכוכב הרחוק ביותר מהשמש, מכיוון שפלוטו שנמצא אחרי מסלולו של נפטון הוא כיום כוכב לכת ננסי.

נפטון הוא הקטן מבין ארבעת כוכבי הלכת הענקיים (יופיטר, סטורן, אורנוס, נפטון).

כוח הכובד של נפטון דומה מאוד לזה של כדור הארץ.

זה הכוכב הקר ביותר במערכת השמש, עם טמפרטורה ממוצעת של -221.4 מעלות צלזיוס.

-יש לה מערכת טבעות, אך בשונה מאלה של סטורן, הן אינן רציפות, אלא במקום זאת יוצרות קשתות לאורך מסלול מסלולו.

-נפטון הוא הצפוף ביותר מכוכבי הלכת הענקיים.

יש בו הוריקנים עם הרוחות המהירות ביותר במערכת השמש, שיכולים להגיע ל -2,100 קמ"ש מדהימים.

-נפטון יש נקודה חשוכה נהדרת, מערבולת בגודל כדור הארץ. נקודה זו, שצולמה בשנת 1989, נעלמה בשנת 1994, אך הולידה נקודה אפלה חדשה.

-טריטון, הלוויין הגדול ביותר של נפטון, מסתובב בכיוון ההפוך לוויינים האחרים שלו, וזו הסיבה שחושבים שהוא נלכד על ידי הכוכב ולא נוצר באותה עת.

לטריטון (הלוויין הגדול ביותר של נפטון) יש הרי געש וגייזרים חנקניים, עם זאת זהו אחד הכוכבים הקרים ביותר במערכת השמש (-235 מעלות צלזיוס).

משימת Voyager 2 עברה 3,000 ק"מ מהקוטב הצפוני של כוכב הלכת נפטון בשנת 1989.

-ב 12 ביולי 2011 השלים נפטון את מסלולו המלא הראשון מאז התגלה בגיל 23 בספטמבר 1846.

תנועה סיבובית

איור 4. נפטון לוקח כמעט 16 שעות לבצע מהפכה שלמה אחת סביב צירו. מקור: נאס"א.

הסיבוב של נפטון הוא 15 שעות, 57 דקות ו 59 שניות, לפי המדידה המדויקת ביותר עד כה.

זו לא משימה קלה לקבוע את מהירות הסיבוב של כוכב לכת שרק מראה את פני האטמוספירה שלו וגם שזזה. הרבה יותר קל לקבוע את מהירות הסיבוב של כוכבי לכת סלעיים.

כאשר Voyager 2 הגיע לנפטון בשנת 1989, אומדן תקופת הסיבוב של 16 שעות 6.5 שניות. כיום ידוע כי מדידה זו אינה מדויקת, הודות למדידות הקפדניות של מדען הפלנטה אריך קרקושצ'קה מאוניברסיטת אריזונה.

מהירות סיבוב ושדה מגנטי

מהירות הסיבוב של כוכבי הלכת הענקיים האחרים נמדדת על ידי הקטניות הנפלטות מהשדה המגנטי. עם זאת, שיטה זו אינה חלה על נפטון, מכיוון שלא הציר ולא מרכז הדיפול המגנטי חופפים לציר הסיבוב של כדור הארץ, כפי שאנו רואים בתמונה ההשוואה הבאה:

איור 5. שדה מגנטי של כוכבי הלכת הענקיים. מקור: Seeds, M. 2011. מערכת השמש. המהדורה השביעית. לימוד Cengage.

התמונה מציגה את דגם השדה המגנטי המיוצר על ידי דיפול (מגנט), שנמצא פחות או יותר במרכז כדור הארץ. מודל זה מתאים גם לשדה המגנטי של כדור הארץ.

אבל שדה נפטון הוא אנומלי, במובן זה שהתשומות הרבעניות והסדר הגבוה יכולות להיות גדולות יותר משדה הדיפול. וכפי שאנו רואים בתמונה, הדיפול נעקר מהמרכז.

אז Karkoschka המציא שיטה אחרת, באמצעות יותר מחמש מאות תמונות מטלסקופ האבל. הוא מצא שני מאפיינים אופייניים של הכוכב שכינה אותם: תכונה דרום קוטבית וגל הקוטב הדרומי.

אלה מסתובבים באותה מהירות מאז שנות התשעים, ומאששים שזו המהירות האמיתית של כדור הארץ.

איור 6. בתמונה זו של נפטון משתמשים במסננים צבעוניים בכדי להדגיש את נקודה כהה 2 ואת התכונה הדרומית לקוטב, שנראים מעוגנים לכוכב הלכת. מקור: אריך קרקושצ'קה.

התמונה באיור 5 (למעלה) מציגה צבעים וניגודים ששונו על ידי פילטרים כדי להדגיש את המאפיינים האטמוספריים של כדור הארץ.

כאמור, רוחות באטמוספירה של נפטון עוברות לעתים קרובות את מהירות הצליל.

לפיכך, הנקודה האפלה הגדולה של נפטון משתנה את מיקומה היחסי לאורך זמן, ואילו Dark Spot 2 ו- South Polar Feature שומרים על מיקומם היחסי. זה מרמז שהם קשורים לסיבוב כדור הארץ, שאיפשר לקרקושצ'קה לקבוע במדויק את אורכו של יום בנפטון.

הרכב

אלמנטים כמו מימן (84%), הליום (12%), מתאן (2%) וגזים אחרים כמו אמוניה, אתאן ואצטילן נמצאים באטמוספירה של נפטון. תחת אטמוספירה זו יש תערובת של מים, אמוניה נוזלית, מתאן וסלע מותך, המכיל סיליקה, ברזל וניקל.

באזורים התחתונים של האטמוספרה נמצא ריכוז הולך וגובר של מתאן, אמוניה ומים. שלא כמו אורנוס, כוכב הלכת התאום, בהרכב של נפטון נפח גדול יותר של אוקיינוס.

מִבְנֶה

לכוכב הלכת יש גרעין סלעי מוקף קליפה קפואה, הכל תחת אווירה צפופה וסמיכה, התופס שליש מרדיוסו. זה דומה לזה של כוכב הלכת התאום אורנוס.

הדמות הבאה מציגה ביתר פירוט את מבנה נפטון.

איור 7. מבנה פנימי של נפטון. מקור: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

לנפטון מבנה עם שכבות מובחנות היטב:

- שכבה עליונה: היא מורכבת מעננים שהם בעיקר מימן והליום, ובמידה פחותה מתאן וגזים אחרים. זה תואם בערך 5-10% ממסת כדור הארץ.

- אווירה : מימן, הליום ומתאן.

- מעטפה: מתחת לאטמוספרה נמצא המעטפת הגדולה של כדור הארץ, אזור נוזלי בו הטמפרטורות יכולות להגיע בין 1,727 ל- 4,727 מעלות צלזיוס. הוא מורכב מים, מתאן ואמוניה במצב נוזלי.

המעטפת נעה בין 10 ל -15 המוני יבשה והיא עשירה במים, אמוניה ומתאן. תערובת זו מכונה "קרח", למרות היותה נוזל חם וצפוף, והיא מכונה גם אוקיינוס ​​המים והאמוניה.

למעטפת עצמה טמפרטורות גבוהות מאוד, בין 1,700ºC ל -4,700 מעלות צלזיוס, וגם המוליכות החשמלית שלה גבוהה.

- ליבה: מורכבת מסלע סיליקה, ברזל וניקל, בדומה לאוראנוס, ענקית הקרח והגז האחרת. מסת הגרעין היא פי 1.2 מכדור הארץ. הלחץ במרכז מוערך בכ- 700 GPa, בערך כפול מזה במרכז כדור הארץ, עם טמפרטורות של עד 5,670 מעלות צלזיוס.

אַטמוֹספֵרָה

האווירה של נפטון מעניינת מאוד וראויה לקטע מיוחד. ראשית, קר מאוד, מכיוון שהוא כוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש ומקבל מעט מאוד קרינת שמש. בשל כך הטמפרטורה בחלקה העליון של האטמוספרה היא בערך -220 מעלות צלזיוס.

אך לנפטון מקור חום פנימי, ככל הנראה עקב התנגשויות האלקטרונים ההולכה במעטפת הנוזל וגם בגלל החום הנותר במהלך היווצרותו.

בגלל שיפוע הטמפרטורה העצום הזה, מתרחשים זרמי הסעה אדירים מה שהופך את מערכת האקלים של כוכב הלכת לקיצונית מאוד.

וכך נוצרות הסערות וההוריקנים הגדולים ביותר במערכת השמש, כפי שמעידים היווצרות טלאים ענקיים של זרמים אנטי -יקלוניים, בגלל רוחות מנוגדות בקווי רוחב שונים.

בין כל המערכות האנטי-ציקלוניות של נפטון, בולטת הספוט האפל הגדול, שצולם לראשונה על ידי הגשש Voyager 2 בשנת 1989, כאשר הוא עבר 3,000 ק"מ מכוכב הלכת.

מבחינת הצבע, הנפטון כחלחל אפילו יותר מאורנוס, בדיוק בגלל הריכוז הגבוה יותר של מתאן, הסופג את אורך הגל האדום ומשקף את אורך הגל הכחול. אבל יש גם מולקולות אחרות שתורמות לצבע שלה.

באזור התחתון של האטמוספרה (הטרופוספירה) הטמפרטורה יורדת עם הגובה, אך באזור העליון (הסטרטוספירה) ההפך מתרחש. בין שכבות אלה הלחץ הוא 10 אלף פסקל (פא).

מעל הסטרטוספירה נמצאת התרמוספרה, שהופכת בהדרגה לאקוספירה, שם הלחץ יורד מ- 10 Pa ל- 1 Pa.

לווייני נפטון

עד היום נספרו 15 לוויינים טבעיים של כדור הארץ. הגדול מבין לווייניה והראשון שהתגלה, בשנת 1846, הוא טריטון. בשנת 1949 התגלה לוויין שני בשם Nereida.

בשנת 1989 משימת Voyager 2 גילתה שישה לוויינים נוספים: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa ו- Proteus.

מאוחר יותר בשנת 2003 מתגלים הלימדס, סאו, לאומדיה, פסמטה ונסו. הלוויין הקטן 14 התגלה בשנת 2013 על ידי מכון SETI, ותקופת מסלולו 23 שעות.

בואו נראה כמה פרטים על הירחים העיקריים של נפטון:

טרִיטוֹן

זהו הגדול מבין הלוויינים של נפטון, בקוטר של 2,700 ק"מ, קטן בערך פי 18 מכוכב הלכת המארח שלו וכמעט פי 5 קטן מכדור הארץ.

תקופת מסלולו כמעט 6 ימים, אך באופן מוזר היא מסתובבת בכיוון ההפוך לסיבוב של נפטון ושאר לווייניה. בנוסף, מסלולו נוטה 30 מעלות ביחס למישור המסלול של כדור הארץ.

זהו האובייקט הקר ביותר במערכת השמש, עם טמפרטורה ממוצעת של -235 מעלות צלזיוס והוא מורכב משלושה רבעים של סלע ורבע קרח. על פני השטח שלו ישנם גייזרים, עם נובעים כהים לעבר האטמוספרה, בעוד שהמשטח מציג מישורים וכמה הרי געש עם מכתשים של 200 ק"מ.

איור 8. הלוויינים העיקריים של נפטון; טריטון, פרוטאוס, נרידה ולריסה. מקור: Wikimedia Commons.

נריד

הוא התגלה על ידי ג'רארד קויפר בשנת 1949, בזכות העובדה שהוא משקף 14% מאור השמש שהוא מקבל.

גודלו הוא שמיני מטריטון ויש לו מסלול אקסצנטרי מאוד, המרחק הקרוב ביותר לנפטון הוא 1,354,000 ק"מ והמרחק הכי רחוק 9,624,000 ק"מ, לוקח 360 יום להשלים.

חלבון

איור 9. אחווה, שוויון, חירות הוא השם שניתן לקשתות טבעת אדמס (החיצונית ביותר). הטבעת הפנימית היא Le Verrier. (מקור: commons וויקימדיה)

לנפטון חמש טבעות דקות וקלושות, המורכבות בעיקר מחלקיקי אבק וקרח. ההערכה היא שמקורו בשברים שהשאירו התנגשויות בין מטאורים ללוויינים הטבעיים של הפלנטה.

הטבעות נקראות על שם שמם של המדענים שתרמו הכי הרבה לגילוי ולמחקר שלהם. מהפנים החיצוניות ביותר לקצה החיצוני הם גאלה, לה ורייר, לאסל, אראגו ואדמס.

יש גם טבעת שהמסלול שלה הוא חולק עם לוויין גלאטאה, אותו אנו יכולים לראות בתמונה הבאה:

איור 10. תרשים של חמש הטבעות של נפטון ושמותיהן. המסלול של כמה לוויינים מוצג גם הוא. (מקור: נאס"א).

מתי ואיך להתבונן בנפטון

את נפטון אי אפשר לראות בעין בלתי מזוינת, אפילו עם טלסקופ חובב הוא נראה כל כך קטן שאפשר לטעות בו בכוכב.

לשם כך עדיף להשתמש בתוכנת מחשב או אפליקציה הפועלת כפלנטריום. עבור מערכת ההפעלה אנדרואיד, אפליקציית Sky Maps בולטת, המאפשרת לאתר במהירות כוכבי לכת וחפצים שמימיים אחרים בדיוק רב.

הזמן הטוב ביותר להתבונן הוא כאשר כדור הארץ נמצא באופוזיציה, כלומר כדור הארץ נמצא בין הקו המצטרף לשמש עם נפטון.

תופעה זו מתרחשת כל 368 יום ועד 2020 היא תתרחש ב -11 בספטמבר. זה בהחלט לא האירוע היחיד להתבונן בנפטון, הנראה גם בתקופות אחרות של השנה.

בעזרת טלסקופ טוב ניתן להבחין בין נפטון לכוכבי הרקע, מכיוון שהוא נראה כמו דיסק כחול-ירוק.

המגנטוספרה של נפטון

מוקדם יותר הוסבר על המוזרויות של השדה המגנטי של נפטון. הקטבים המגנטיים של כדור הארץ נוטים 47 מעלות ביחס לציר הסיבוב.

השדה המגנטי נוצר על ידי תנועה של נוזלים מוליכים המהווים שכבה כדורית דקה בתוך כדור הארץ. אבל בנפטון, הקטבים המגנטיים נעקרים מהמרכז בכ- 0.5 רדיוסים מכוכב הלכת.

עוצמת השדה בקו המשווה המגנטי היא בסדר גודל של 15 מיקרוטסלה, והיא חזקה פי 27 מזו של כדור הארץ.

הגיאומטריה של השדה היא מורכבת, מכיוון שתרומות הרבע המשניות יכולות לחרוג מתרומת הדיפול, בשונה מכדור הארץ בו התרומה הרלוונטית ביותר היא הדיפול.

איור 11. השדה המגנטי המיוחד של נפטון. (מקור: emaze.com)

המגנטוספרה של נפטון משתרעת עד פי 35 מהרדיוס שלה בקדמת ההלם ו -72 רדיוסים בזנב.

הפסקת המגנט, שהיא המקום בו הלחץ המגנטי שווה ללחץ החלקיקים הטעונים מהשמש, הוא בין 23 ל 27 רדיוסים מכוכב הלכת.

משימות לנפטון

וויאג'ר 2

משימת החלל היחידה שהקיפה את כוכב הלכת נפטון הייתה וויאג'ר 2 שהגיעה לכוכב הלכת בשנת 1982.

בשלב זה נודעו רק שני לוויינים: טריטון ונרידה. אך בזכות משימת הוויאג'ר 2 התגלו שישה נוספים: נאיאד, ת'אלאסה, דספינה, גלטאה, לריסה ופרוטאוס. לוויינים אלה קטנים למדי מטריטון, עם צורה לא סדירה ומסלולי רדיוס קטנים יותר.

על פי החשד, ששת הלוויינים הללו הם שרידי התנגשות בלוויין עתיק שהתנגש בטריטון כאשר האחרון נלכד על ידי משיכת הכבידה של נפטון.

וויאג'ר 2 גילה גם טבעות חדשות בנפטון. אף על פי שהראשון מהטבעות התגלה בשנת 1968, קיומו וגילוי החדשות לא התאפשרו עד הגעתו של הגשוש האמור בשנת 1989.

הגישה הקרובה ביותר של החללית לכוכב הלכת התרחשה ב- 25 באוגוסט 1989, שהתרחשה במרחק של 4,800 ק"מ מעל הקוטב הצפוני של נפטון.

מכיוון שמדובר בכוכב הלכת העיקרי האחרון בו יכולה החללית לבקר, הוחלט לבצע טיסה קרובה של הירח טריטון, בדומה למה שנעשה עם וויאג'ר 1 שטס על ידי סטורן וירחו טיטאן.

ב- 25 באוגוסט 1989 קיימה החללית מפגש צמוד עם הירח נריד לפני שהגיעה ל -4,400 ק"מ מהאטמוספירה של נפטון ובאותו יום עברה ליד טריטון, הירח הגדול ביותר של כדור הארץ.

החללית אימתה את קיומו של השדה המגנטי המקיף את נפטון וגילתה שהשדה נעקר מהמרכז ומוטה, בדומה לשדה סביב אורנוס.

הפניות

1. N + 1. על אורנוס ונפטון יורדים גשם של 200 ק"ג. התאושש מ: nmas1.org.
2. פאוול, מ. כוכבי הלכת העירומים בשמי הלילה (ואיך לזהות אותם). התאושש מ: nakedeyeplanets.com.
3. Seeds, M. 2011. מערכת השמש. המהדורה השביעית. לימוד Cengage.
4. ויקיפדיה. טבעת פלנטרית. התאושש מ: es.wikipedia.org.
5. ויקיפדיה. אן נפטון. התאושש מ: fr.wikipedia.org.
6. ויקיפדיה. חקר נפטון. התאושש מ: en.wikipedia.org.
7. ויקיפדיה. נפטון (כוכב לכת). התאושש מ: es.wikipedia.org.