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Neptuno (astronomía)

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Neptuno
Neptuno - Voyager 2 (29347980845) aplanar crop.jpg
Neptuno visto por la sonda Voyager 2 , a unos 7 millones de kilómetros del planeta
Estrella madre sol
Descubrimiento 23 de septiembre de 1846 [1]
Descubridores Urbain Le Verrier
John Couch Adams
Johann Galle
Clasificación Gas gigante
Parámetros orbitales
(en el momento J2000)
Semieje mayor 4 498 252 900 km
30,06896348 au
Perihelio 4 459 631 496 km
29.81079527 au [2]
Afelio 4536 874 325 kilometros
30.32713169 au [2]
Circum. orbital 28 263 000 000 km
188,925 au
Periodo orbital 60 223,3528 días
(164,88 años ) [3]
Período sinódico 367,49 días [4]
Velocidad orbital 5.385 km / s (min)
5.432 km / s (promedio)
5.479 km / s (máximo)
Inclinación orbital 1.76917 °
Respeto a la inclinación
en equat. del sol		 6,43 °
Excentricidad 0,00858587
Longitud de
nodo ascendente		 131.72169 °
Argom. del perihelio 273.24966 °
Satélites 14
Anillos 10
Datos físicos
Equat. Diámetro 49 528 kilometros [5] [6]
Diámetro polar 48 681 km [5] [6]
Aplastante 0.0171
Superficie 7.619 × 10 15 m² [3] [6]
Volumen 6.254 × 10 22 m³ [4] [6]
Masa
1.0243 × 10 26 kg [4]
Densidad media 1,638 kg / m³ [4]
Aceleración de gravedad en la superficie 11,15 m / s²
(1,14 g) [4] [6]
Velocidad de escape 23,5 km / s [4] [6]
Período de rotación 16.11 horas
(16 h 6 min 36 s) [4]
Velocidad de rotacion
(en el ecuador)		 2680 m / s
Inclinación axial 28,32 ° [4]
Temperatura
superficial		 50 K ( −223 ° C ) (min)
53 K ( −220 ° C ) (promedio)
Albedo 0,41 [4]
Datos de observación
Aplicación Magnitude. 7.70 [4] [7] (min)
7.84 [4] [7] (promedio)
8,00 [4] [7] (máx.)
Aplicación Magnitude. 7,67 y 8
Magnitud abs. -6,93
Diámetro
aparente		 2.0 " [4] [7] (medio)
2,4 " [4] [7] (máx.)
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Neptuno es el octavo y más lejano planeta del Sistema Solar a partir del Sol. Es el cuarto planeta más grande, considerando su diámetro , y el tercero más grande considerando su masa . Neptuno tiene 17 veces la masa de la Tierra y es un poco más masivo que su casi gemelo Urano , cuya masa equivale a 15 masas terrestres, pero es menos denso que Neptuno. [8] El nombre del planeta está dedicado al dios romano del mar (Neptuno) ; su símbolo es ♆ ( Símbolo astronómico de Neptuno ), una versión estilizada del tridente de Neptuno.

Descubierto en la noche del 23 de septiembre de 1846 por Johann Gottfried Galle con el telescopio del Observatorio Astronómico de Berlín , y Heinrich Louis d'Arrest , un estudiante de astronomía que lo ayudó, [1] Neptuno fue el primer planeta encontrado a través de cálculos matemáticos. más que a través de observaciones regulares: los cambios inusuales en la órbita de Urano llevaron a los astrónomos a creer que había un planeta desconocido afuera que perturbaba su órbita. El planeta fue descubierto a solo un grado del punto predicho. La luna Tritón fue identificada poco después, pero ninguno de los otros trece satélites naturales de Neptuno fue descubierto antes del siglo XX . El planeta fue visitado por una sola sonda espacial , la Voyager 2, que pasó cerca de él el 25 de agosto de 1989 .

Neptuno tiene una composición similar a la de Urano y ambos tienen composiciones diferentes a las de los planetas gaseosos más grandes , Júpiter y Saturno . Por esto, a veces se clasifican en una categoría separada, los llamados " gigantes de hielo ". La atmósfera de Neptuno , aunque similar a las de Júpiter y Saturno, está compuesta principalmente de hidrógeno y helio , también tiene mayores proporciones de " hielos ", como agua , amoníaco y metano , junto con trazas de hidrocarburos y quizás nitrógeno . [9] En contraste, el interior del planeta está compuesto esencialmente de hielo y rocas como su compañero Urano. [10] Las trazas de metano presentes en las capas más externas de la atmósfera ayudan a dar al planeta Neptuno su característico color azul profundo. [11]

Neptuno tiene los vientos más fuertes de cualquier otro planeta del Sistema Solar. Las ráfagas se midieron a velocidades superiores a 2 100 km / h . [12] En el momento del sobrevuelo de la Voyager 2 en 1989 , el hemisferio sur del planeta poseía una Gran Mancha Oscura comparable a la Gran Mancha Roja de Júpiter; la temperatura de las nubes más altas de Neptuno era aproximadamente −218 ° C , una de las más frías del Sistema Solar, debido a la gran distancia del Sol. La temperatura en el centro del planeta es de unos 7000 ° C, comparable a la temperatura de la superficie del Sol y similar a la de el núcleo de muchos otros planetas conocidos. El planeta también tiene un sistema de anillos débil, descubierto en la década de 1960 pero confirmado solo por la Voyager 2. [13]

Observación

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: observación de Neptuno .
Imagen de Neptuno recogida en el visible por el Telescopio Espacial Hubble

Neptuno es invisible a simple vista desde la Tierra ; su magnitud aparente , siempre entre 7,7 y 8,0, requiere al menos un par de binoculares para permitir la identificación del planeta. [4] [7]

Visto a través de un gran telescopio, Neptuno aparece como un pequeño disco azulado con un diámetro aparente de 2,2 a 2,4 segundos de arco [4] [7] similar en apariencia a Urano . El color se debe a la presencia de metano en la atmósfera neptuniana , a una tasa del 2%. Ha habido una notable mejora en el estudio visual del planeta desde la Tierra con la llegada del Telescopio Espacial Hubble [14] y grandes telescopios terrestres con óptica adaptativa . [15] Las mejores imágenes que se pueden obtener hoy de la Tierra nos permiten identificar sus formaciones de nubes y regiones polares más pronunciadas, que son más claras que el resto de la atmósfera . Con instrumentos menos precisos es imposible localizar formación alguna en la superficie del planeta, y es preferible dedicarse a la búsqueda de su satélite principal, Triton .

Observado en la radio frecuencias, Neptuno parece ser el origen de dos emisiones: una continua y bastante débil, el otro irregular y con más energía. Los estudiosos creen que ambos son generados por el campo magnético giratorio del planeta. [16] Las observaciones en el infrarrojo mejoran las formaciones de nubes del planeta, que brillan intensamente contra el fondo más frío, y permiten determinar fácilmente sus formas y tamaños. [17]

Entre 2010 y 2011, Neptuno completó su primera órbita alrededor del Sol desde 1846 , cuando fue descubierto por Johann Galle , y por lo tanto fue observable cerca de las coordenadas en las que fue descubierto. [18]

Historia de observaciones

La primera observación cierta de Neptuno fue realizada por Galileo Galilei , el 27 de diciembre de 1612 , quien dibujó la posición del planeta en sus mapas astronómicos, confundiéndolo con una estrella fija. [19] Por una coincidencia fortuita, en ese momento el movimiento aparente de Neptuno era excepcionalmente lento, porque ese mismo día había comenzado a viajar por la rama retrógrada de su movimiento aparente en el cielo, y no podía ser detectado por los instrumentos primitivos de Galilei. . [20] Unos días más tarde, el 4 de enero de 1613 , incluso tuvo lugar la ocultación de Neptuno por Júpiter: si Galileo hubiera continuado sus observaciones durante unos días más, habría observado la primera ocultación de la era telescópica. [21]

En cambio, el descubrimiento del planeta tuvo que esperar hasta mediados del siglo XIX .

El descubrimiento

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Descubrimiento de Neptuno .

Cuando en 1821 Alexis Bouvard publicó el primer estudio de los parámetros orbitales de Urano [22], quedó claro para los astrónomos que el movimiento del planeta divergía apreciablemente de las predicciones teóricas; el fenómeno solo podría explicarse teorizando la presencia de otro gran cuerpo en las regiones más externas del sistema solar.

Urbain Le Verrier

Independientemente el uno del otro, el matemático inglés John Couch Adams (en 1843 ) y el francés Urbain Le Verrier (en 1846 ) teorizaron con buena aproximación la posición y masa de este presunto nuevo planeta . Mientras que la investigación de Adams fue descuidada por el astrónomo británico George Airy , a quien había recurrido para enfatizar la necesidad de buscar el nuevo planeta en la posición encontrada, [23] [24] Le Verrier fue aplicado por dos astrónomos del Observatorio de Berlín. , Johann Gottfried Galle y Heinrich d'Arrest : después de menos de media hora desde el inicio de las búsquedas, ayudados por el uso de un mapa estelar de la región donde debería haberse encontrado Neptuno, que habían compilado las noches anteriores y con que comparó las observaciones - el 23 de septiembre de 1846, los dos localizaron el planeta a menos de un grado de la posición predicha por Le Verrier (y doce grados de la posición predicha por Adams).

En junio de 1846, Le Verrier había publicado una estimación de la posición del planeta similar a la calculada por Adams. Esto llevó a Airy a instar al director del Observatorio de Cambridge, James Challis, a buscar el planeta. Luego, Challis recorrió el cielo entre agosto y septiembre, pero fue en vano. [25] [26] Después de que Galle comunicara el descubrimiento, Challis se dio cuenta de que había observado el planeta dos veces en agosto, pero no lo había identificado debido a la metodología con la que había abordado la investigación. [25] [27]

A raíz del descubrimiento, se desarrolló una acalorada rivalidad entre los franceses y los británicos sobre la prioridad del descubrimiento, de la que finalmente surgió el consenso internacional de que tanto Le Verrier como Adams merecían el crédito. La cuestión se reabrió en 1998 , tras la muerte del astrónomo Olin Eggen , a partir del descubrimiento de un archivo, denominado "Papeles de Neptuno", que Eggen estaba en posesión. El archivo contiene documentos históricos del Observatorio Real de Greenwich que parecen haber sido robados por el propio Eggen y ocultos durante casi tres décadas. [28] Después de ver estos documentos, algunos historiadores sugieren que Adams no merece el mismo crédito que Le Verrier. Desde 1966, Dennis Rawlins ha cuestionado la credibilidad de la afirmación de descubrimiento conjunto de Adams. En un artículo de 1992 en su periódico, Dio , expresó la opinión de que la afirmación británica es "robo". [29] En 2003, Nicholas Kollerstrom delUniversity College London dijo: "Adams hizo algunos cálculos pero no estaba seguro de dónde decía que estaba Neptuno". [30] [31] [32]

La denominación

Poco después del descubrimiento, se hizo referencia a Neptuno simplemente como el "planeta más externo de Urano". Galle fue el primero en sugerir un nombre y propuso nombrarlo en honor al dios Jano . En Inglaterra, Challis avanzó el nombre de Océano . [33]

Reclamando el derecho a nombrar el nuevo planeta que descubrió, Le Verrier propuso el nombre Neptuno , afirmando falsamente, entre otras cosas, que el nombre ya había sido aprobado oficialmente por el Bureau des longitudes francés. [34] En octubre trató de nombrar el planeta Le Verrier , por su propio nombre, y fue apoyado patrióticamente por el director del Observatorio de París , François Arago . Aunque esta propuesta encontró una fuerte oposición fuera de Francia, [35] los almanaques franceses rápidamente reintrodujeron el nombre Herschel para Urano , el nombre de su descubridor William Herschel , y Leverrier para el nuevo planeta. [36]

El 29 de diciembre de 1846, Friedrich von Struve se expresó públicamente a favor del nombre Neptuno en la Academia de Ciencias de San Petersburgo [37] y en pocos años Neptuno se convirtió en el nombre universalmente aceptado. En la mitología romana , Neptuno es el dios del mar, identificado con el Poseidón griego. La solicitud de un nombre mitológico parecía estar en línea con la nomenclatura de los otros planetas que toman su nombre de dioses romanos, con la excepción de la Tierra y Urano, que en cambio lo deriva de una deidad de la mitología griega. [38]

Desde 1850 hasta hoy

William Lassell

Ya el 10 de octubre de 1846 , diecisiete días después del descubrimiento de Neptuno, el astrónomo inglés William Lassell descubrió su principal satélite Triton .[39]

A finales del siglo XIX se planteó la hipótesis de que las supuestas irregularidades observadas en el movimiento de Urano y Neptuno se derivan de la presencia de otro planeta más externo. [40] Después de extensas campañas de investigación, Plutón fue descubierto el 18 de febrero de 1930 en las coordenadas predichas por los cálculos de William Henry Pickering y Percival Lowell para el nuevo planeta. Sin embargo, el nuevo planeta estaba demasiado lejos para generar las irregularidades encontradas en el movimiento de Urano, mientras que las encontradas en el movimiento de Neptuno derivaban de un error en la estimación de la masa del planeta (que se identificó con la misión Voyager 2). ) [41] y que fue el origen, entre otras cosas, de las irregularidades de Urano. Por tanto, el descubrimiento de Plutón fue bastante fortuito. [42]

Debido a su gran distancia, el conocimiento sobre Neptuno permaneció fragmentario al menos hasta mediados del siglo XX cuando Gerard Kuiper descubrió su segunda luna, Nereida . En las décadas de 1970 y 1980 , se acumularon pistas sobre la probable presencia de anillos o arcos de anillos . En 1981, Harold Reitsema descubrió su tercer satélite Larissa . [43]

En agosto de 1989 , el conocimiento recibió un gran impulso del sobrevuelo de la primera sonda automática enviada para explorar los alrededores del planeta, la Voyager II . La sonda identificó detalles importantes de la atmósfera del planeta, confirmó la existencia de cinco anillos e identificó nuevos satélites además de los ya descubiertos por la Tierra . [44]

Misiones espaciales

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Explorando Neptune y Voyager 2 .
Nave espacial Voyager 2 sobrevolando Neptuno (representación artística)

La única sonda espacial que visitó Neptuno fue la Voyager 2 , en 1989 ; con un sobrevuelo cercano del planeta, la Voyager permitió identificar las principales formaciones atmosféricas , algunos anillos y numerosos satélites. El 25 de agosto de 1989, la sonda sobrevoló el polo norte de Neptuno a una altitud de 4950 km y luego diríjase hacia Tritone , el satélite más grande, alcanzando una distancia mínima de aprox. 40000 km .

Tras las últimas mediciones científicas realizadas durante la fase de alejamiento del gigante gaseoso, el 2 de octubre de 1989 se apagaron todos los instrumentos de la sonda, quedando en funcionamiento únicamente el espectrómetro ultravioleta. La Voyager 2 inició así una larga marcha hacia el espacio interestelar , a una velocidad de 470 millones de kilómetros por año; la inclinación de su trayectoria con respecto a la eclíptica es de unos 48 °. Al ritmo actual, se cree que la Voyager 2 pasará a 4,3 años luz del sistema Sirius en 296.000 años. [45]

Dos misiones posibles están siendo estudiados por la NASA : un orbitador , cuyo lanzamiento no se espera antes de 2040 [46] y una sonda que fly-by el planeta para continuar hacia dos o tres objetos del cinturón de Kuiper , el cuyo lanzamiento podría tener lugar en 2019 . [47] [48]

Parámetros orbitales y de rotación

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: parámetros orbitales de Neptuno .
La última imagen de todo el disco de Neptuno tomada por la Voyager 2 antes de la aproximación más cercana.

El planeta completa una revolución alrededor del Sol en aproximadamente 164,79 años. [3] Con una masa aproximadamente 17 veces mayor que la de la Tierra y una densidad promedio de 1,64 veces la del agua , Neptuno es el más pequeño y denso de los planetas gigantes del sistema solar . Su radio ecuatorial, colocando el cero altimétrico a la altitud donde la presión atmosférica es válida 1000 hPa , es 24 764 kilometros .

La órbita de Neptuno se caracteriza por una inclinación de 1,77 ° con respecto al plano de la eclíptica y por una excentricidad de 0,011. Como consecuencia de esto, la distancia entre Neptuno y el Sol varía en 101 millones de kilómetros entre el perihelio y el afelio , los puntos de la órbita donde el planeta está respectivamente más cerca y más lejos del Sol. [2]

Neptuno completa una rotación completa alrededor de su eje en aproximadamente 16.11 horas. El eje está inclinado 28,32 ° con respecto al plano orbital , [49] valor similar al ángulo de inclinación del eje de la Tierra (23 °) y Marte (25 °). Como resultado, los tres planetas experimentan cambios estacionales similares. Sin embargo, el largo período orbital implica que cada estación en Neptuno tiene una duración de unos cuarenta años terrestres. [50]

Como Neptuno no es un cuerpo sólido, su atmósfera presenta una rotación diferencial : los amplios cinturones ecuatoriales giran con un período de aproximadamente 18 horas, mayor que el período de rotación del campo magnético del planeta que es igual a 16,1 horas; las regiones polares, en cambio, completan una rotación en 12 horas. Neptuno tiene la rotación diferencial más marcada del sistema solar [51], lo que origina fuertes vientos longitudinales. [52]

Objetos transneptunianos

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: cinturón de Kuiper .
El diagrama muestra las resonancias orbitales en el Cinturón de Kuiper causadas por Neptuno: en las regiones resaltadas objetos con una resonancia 2: 3 con Neptuno (los plutinos ), los objetos clásicos del Cinturón de Kuiper (los Cubewans ) y objetos con una órbita de resonancia 1 : 2 con Neptuno (los twotini ).

Los nuevos descubrimientos de muchos cuerpos celestes en el sistema solar exterior han llevado a los astrónomos a acuñar un nuevo término, objeto transneptuniano , que designa cualquier objeto en órbita más allá de la órbita de Neptuno (o al menos formado en esa región).

Neptuno tiene un impacto profundo en la región más allá de su órbita, desde 30 au hasta 55 au del Sol y conocido como el Cinturón de Kuiper , un anillo de pequeños mundos helados similar al cinturón de asteroides principal , pero mucho más grande. [53] Así como la gravedad de Júpiter domina el cinturón principal, definiendo su forma, la gravedad de Neptuno domina por completo el cinturón de Kuiper. A lo largo de la historia del Sistema Solar, la gravedad de Neptuno ha desestabilizado ciertas regiones del Cinturón, creando brechas en ellas. El área entre 40 y 42 AU es un ejemplo. [54]

Dentro de estas regiones vacías, sin embargo, hay órbitas después de las cuales algunos objetos han podido sobrevivir en los miles de millones de años que llevaron a la estructura actual del Sistema Solar . Estas órbitas presentan fenómenos de resonancia con Neptuno, es decir, los objetos que viajan por ellas completan una órbita alrededor del Sol en una fracción precisa del período orbital de Neptuno. Si un cuerpo completa su propia órbita por cada dos órbitas de Neptuno, habrá completado la mitad de su órbita cada vez que el planeta regrese a su posición inicial. La mayor población de objetos resonantes, con más de 200 objetos conocidos, tiene una resonancia de 2: 3 con el planeta. [55] Estos objetos, que completan una órbita por cada órbita y media de Neptuno, han sido llamados plutinos en honor al mayor de ellos, Plutón . [56] Aunque Plutón cruza la órbita de Neptuno con regularidad, la resonancia garantiza que nunca chocarán. [57] Otro grupo importante del cinturón de Kuiper es el de los twotini , que se caracterizan por una resonancia de 2: 1; luego hay objetos que también tienen otras relaciones de resonancia, pero no son muy numerosos. Otras proporciones que se han observado incluyen: 3: 4, 3: 5, 4: 7 y 2: 5. [58]

Es curioso observar que, debido a la alta excentricidad de Plutón 's órbita , Neptuno se encuentra periódicamente en sí más lejos de la Sun que el segundo, como sucedió entre 1979 y 1999 .

Neptuno también tiene una serie de asteroides troyanos , que ocupan las regiones gravitacionalmente estables que preceden y siguen al planeta en su órbita y se identifican como L4 y L5 . Los asteroides troyanos también se describen a menudo como objetos en resonancia 1: 1 con Neptuno. Son notablemente estables en sus órbitas y es poco probable que hayan sido capturados por el planeta, pero se cree que se formaron con él. [59]

Formación y migración

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Formación y evolución del sistema solar .
Una serie de imágenes que muestran las relaciones recíprocas entre los planetas exteriores y el Cinturón de Kuiper según el modelo de Niza: a) Antes de la resonancia Júpiter / Saturno 2: 1 b) Movimiento de los objetos del Cinturón de Kuiper en el sistema solar después del deslizamiento del órbita de Neptuno c) Tras la expulsión de los cuerpos del Cinturón de Kuiper por Júpiter.

La formación de los gigantes congelados, Neptuno y Urano, es difícil de explicar con exactitud. Los modelos actuales sugieren que la densidad de materia de las regiones ultraperiféricas del sistema solar era demasiado baja para formar cuerpos tan grandes mediante el método de acreción tradicionalmente aceptado , y se han propuesto varias hipótesis para explicar su evolución. Una es que los gigantes helados no se formaron por la acreción del núcleo, sino por las inestabilidades del disco protoplanetario original y, más tarde, su atmósfera fue arrastrada por la radiación de una estrella masiva de clase espectral OB muy cercana. [60] Un concepto alternativo es que se formaron más cerca del Sol, donde la densidad de la materia era mayor, y luego migraron a sus órbitas actuales. [61]

La hipótesis de la migración se ve favorecida por su característica de poder explicar las resonancias orbitales actuales en el Cinturón de Kuiper , en particular la resonancia 2: 5. Cuando Neptuno emigró hacia afuera, chocó con objetos en el cinturón de Kuiper, creando nuevas resonancias y enviando otras órbitas al caos. Se cree que los objetos en el disco difuso han sido empujados a sus posiciones actuales por interacciones con resonancias creadas por la migración de Neptuno. [62] El modelo de Niza , un modelo informático formulado en 2004 por Alessandro Morbidelli del Observatorio Côte d'Azur en Niza , sugiere que la migración de Neptuno al Cinturón de Kuiper puede haber sido causada por la formación de una resonancia 1: 2 en las órbitas. de Júpiter y Saturno , que creó una atracción gravitacional que envió tanto a Urano como a Neptuno a órbitas más altas, lo que provocó que se desplazaran. La expulsión resultante de objetos del cinturón de proto-Kuiper también podría explicar el intenso bombardeo tardío que se produjo unos 600 millones de años después de la formación del Sistema Solar y la aparición de los asteroides troyanos de Júpiter . [63] [64]

Masa y dimensiones

El tamaño de la Tierra y Neptuno en comparación.

Con una masa de 1.0243 × 10 26 kg [4] Neptuno es un cuerpo intermedio entre la Tierra y los grandes gigantes gaseosos : su masa es diecisiete veces la de la Tierra, pero es solo una decimonovena de la de Júpiter . [8] El radio ecuatorial del planeta es 24 764 km , [5] aproximadamente cuatro veces la de la Tierra. Neptuno y Urano a menudo se consideran una subclase de gigantes, llamados "gigantes de hielo", debido a su menor tamaño y mayor concentración de volátiles que Júpiter y Saturno. [65] En la búsqueda de exoplanetas, Neptuno se utilizó como término de comparación: los planetas descubiertos con una masa similar se denominan de hecho "planetas neptunianos", [66] al igual que los astrónomos se refieren a los diversos "Júpiter".

Estructura interna

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: la estructura interna de Neptuno .

La estructura interna de Neptuno se parece a la de Urano ; su atmósfera forma alrededor del 5-10% de la masa del planeta, extendiéndose del 10 al 20% de su radio, donde alcanza presiones de unos 10 giga pascales . En regiones más profundas, se han encontrado concentraciones crecientes de metano , amoníaco y agua . [67]

La estructura interna de Neptuno:
1. Atmósfera superior, cima de las nubes.
2. Atmósfera inferior, constituida por hidrógeno, helio y gas metano.
3. Manto congelado de agua, amoniaco y metano.
4. Núcleo de roca y hielo.

Gradualmente esta región más cálida y oscura se condensa en un manto líquido sobrecalentado, donde las temperaturas alcanzan valores entre 2 000 K y i 5000 K. El manto tiene una masa de 10 a 15 masas terrestres y es rico en agua , amoníaco , metano y otras sustancias. [1] Como es habitual en las ciencias planetarias, esta mezcla se denomina "helada", aunque en realidad es un fluido caliente y muy denso. Este fluido, que tiene una alta conductividad eléctrica , a veces se denomina "océano de agua y amoníaco". [68] En la profundidad de 7 000 km , el escenario podría ser uno en el que el metano se descomponga en cristales de diamante y se precipite hacia el centro. [69] El núcleo planetario de Neptuno está compuesto de hierro , níquel y silicatos ; los modelos proporcionan una masa de aproximadamente 1,2 masas terrestres. [70] La presión central es 7 Mbar , millones de veces más alta que la de la superficie terrestre, y la temperatura podría ser aproximadamente 5 400 K. [67] [71]

Calor interno

Si ritiene che le maggiori variazioni climatiche di Nettuno, comparate con quelle di Urano , siano dovute in parte al suo calore interno più elevato. [72] Sebbene Nettuno sia distante dal Sole una volta e mezzo più di Urano e riceva quindi solo il 40% della quantità di luce, [9] la superficie dei due pianeti è grosso modo uguale. [72] Le regioni più superficiali della troposfera di Nettuno raggiungono la bassa temperatura di −221,4 °C . Alla profondità in cui la pressione atmosferica è pari a 1 bar la temperatura è di −201,15 °C . [73] In profondità nello strato di gas, tuttavia, la temperatura sale costantemente; così come Urano, la sorgente di questo riscaldamento è sconosciuta, ma la discrepanza è maggiore: Urano irradia solo 1,1 volte la quantità di energia che riceve dal Sole, [74] mentre Nettuno ne irradia 2,61 volte tanto, indicando che la sua sorgente interna di calore genera il 161% in più dell'energia ricevuta dal Sole. [75] Nettuno è il pianeta del Sistema solare più lontano dal Sole, ma la sua sorgente interna di energia è sufficiente a causare i venti planetari più veloci visti in tutto il Sistema solare . Sono state suggerite alcune possibili spiegazioni fra le quali il calore radiogenico proveniente dal nucleo del pianeta, [76] la dissociazione del metano in catene di idrocarburi sotto elevate pressioni atmosferiche, [76] [77] ei moti convettivi della bassa atmosfera che causano onde di gravità che si dissolvono sopra la tropopausa . [78] [79]

Atmosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Atmosfera di Nettuno .

Ad alta quota, l'atmosfera di Nettuno è formata all'80% da idrogeno ed al 19% da elio , [67] e tracce di metano . Notevoli bande di assorbimento del metano si trovano vicino alla lunghezza d'onda dei 600 nm nella parte rossa ed infrarossa dello spettro . Così come per Urano , quest'assorbimento della luce rossa da parte del metano atmosferico contribuisce a conferire a Nettuno il suo caratteristico colore azzurro intenso, [80] sebbene il colore azzurro differisca dal più tenue acquamarina tipico di Urano. Dato che la quantità di metano contenuta nell'atmosfera di Nettuno è simile a quella di Urano, ci dev'essere qualche altra sostanza non conosciuta che contribuisca in modo determinante a conferire questa tonalità così intensa al pianeta. [11]

L' atmosfera di Nettuno è suddivisa in due regioni principali: la bassa troposfera , dove la temperatura decresce con l'altitudine, e la stratosfera , dove la temperatura aumenta con l'altitudine; il confine fra le due, la tropopausa si trova a circa 0,1 bar . [9] La stratosfera dunque è seguita dalla termosfera alla pressione inferiore a 10 −4 −10 −5 µbar. [9] L'atmosfera sfuma gradualmente verso l' esosfera .

Una scia di nubi d'alta quota su Nettuno crea un'ombra sulla superficie di nubi sottostante
Composizione Atmosferica
Idrogeno (H 2 ) 80 ± 3,2%
Elio (He) 19 ± 3,2%
Metano (CH 4 ) 1,5 ± 0,5%
Deuteruro di idrogeno (HD) ~0,019%
Etano (C 2 H 6 ) ~0,00015%
Ghiacci
Ammoniaca (NH 3 )
Acqua (H 2 O)
Idrosolfuro di ammonio (NH 4 SH)
Metano (CH 4 )

I modelli suggeriscono che la troposfera di Nettuno sia attraversata da nubi di varia composizione a seconda dell'altitudine. Il livello superiore di nubi si trova a pressioni inferiori a 1 bar dove la temperatura è adatta alla condensazione del metano . Con pressioni fra 1 × 10 5 bar si crede si formino nubi di ammoniaca e acido solfidrico ; oltre i 5 bar di pressione, le nubi potrebbero essere costituite da ammoniaca, solfato d'ammonio ed acqua . Le nubi più profonde di ghiaccio d'acqua potrebbero formarsi a pressioni attorno ai 50 bar , dove la temperatura raggiunge gli 0 °C . Sotto ancora si potrebbero trovare delle nubi di ammoniaca e acido solfidrico. [16]

Sono state osservate nubi d'alta quota su Nettuno che formano delle ombre sopra l'opaco manto nuvoloso sottostante. Ci sono anche delle bande di nubi d'alta quota che circondano il pianeta a latitudini costanti; queste bande disposte a circonferenza hanno degli spessori di 50–150 km e si trovano a circa 50–110 km sopra il manto nuvoloso sottostante. [52]

Lo spettro di Nettuno suggerisce che i suoi strati atmosferici inferiori siano nebbiosi a causa della concentrazione di prodotti della fotolisi ultravioletta del metano , come etano e acetilene ; [9] [67] l'atmosfera contiene anche tracce di monossido di carbonio e acido cianidrico . [9] [81] La stratosfera del pianeta è più tiepida di quella di Urano a causa dell'elevata concentrazione di idrocarburi. [9]

Per ragioni ancora non conosciute la termosfera planetaria possiede una temperatura insolitamente alta, pari a circa 750 K . [82] [83] Il pianeta è troppo lontano dal Sole perché il calore sia generato dalla radiazione ultravioletta ; una possibilità per spiegare il meccanismo di riscaldamento è l'interazione atmosferica fra ioni nel campo magnetico del pianeta. Un'altra possibile causa è data dalle onde di gravità dall'interno che si disperdono nell'atmosfera. La termosfera contiene tracce di diossido di carbonio ed acqua, che potrebbero provenire da sorgenti esterne, come meteoriti e polveri. [16] [81]

Fenomeni meteorologici

Una differenza fra Nettuno e Urano che mostrò la sonda spaziale Voyager 2 fu il livello tipico di attività meteorologica . Quando la sonda sorvolò Urano, nel 1986 , questo pianeta era visivamente privo di attività atmosferica, in contrasto, Nettuno mostrava notevoli fenomeni climatici durante il sorvolo della sonda, avvenuto nel 1989 . [84] Tuttavia, le osservazioni compiute su Urano nel corso del XXI secolo , quando questi entrò nella fase equinoziale , mostrarono un'attività atmosferica mai vista prima, rendendolo di fatto molto più simile a Nettuno rispetto a quanto si pensava in precedenza. [85] [86]

La Grande Macchia Scura (al centro), Scooter (la nube bianca in mezzo), [87] e la Piccola Macchia Scura (in basso).

Il tempo meteorologico di Nettuno è caratterizzato da sistemi tempestosi estremamente dinamici, con venti che raggiungono la velocità supersonica di 600 m/s . [88] Più tipicamente, tracciando il movimento delle nubi persistenti, la velocità del vento sembra variare dai 20 m/s in direzione est fino ai 235 m/s in direzione ovest. [89] Sulla cima delle nubi, i venti predominanti variano in velocità dai 400 m/s lungo l'equatore ai 250 m/s sui poli. [16] Molti dei venti di Nettuno si muovono in direzione opposta rispetto alla rotazione del pianeta. [90] Il livello generale dei venti mostra una rotazione prograda alle alte latitudini e retrograda alle basse latitudini; si ritiene che la differenza della direzione dei flussi ventosi sia un effetto superficiale e non dovuto ad alcun processo atmosferico più profondo. [9] A 70° S di latitudine, un getto ad alta velocità viaggia a 300 m s −1 . [9] L'abbondanza di metano, etano e acetilene all'equatore di Nettuno è 10–100 volte superiore di quella dei poli; ciò è interpretato come un'evidenza della presenza di fenomeni di risalita all'equatore e di subsidenza verso i poli. [9] Nel 2007 fu scoperto che gli strati superiori della troposfera del polo sud di Nettuno erano di circa 10 °C più tiepidi che nel resto del pianeta, con una media di circa −200 °C . [91] Il differenziale di calore è sufficiente per consentire al gas metano, che in altri punti si gela nell'alta atmosfera del pianeta, di essere espulso verso lo spazio. Il relativo "hot spot" è dovuto all'inclinazione dell'asse di Nettuno, che ha esposto il polo sud al Sole per l'ultimo quarto di anno nettuniano, pari a circa 40 anni terrestri; similmente a quanto avviene nella Terra, l'alternanza delle stagioni farà in modo che il polo esposto al Sole sarà in seguito il polo nord, causando così il riscaldamento e la successiva emissione di metano dall'atmosfera in quest'ultimo polo. [92] A causa del cambiamento stagionale, le bande di nubi dell'emisfero sud di Nettuno sono aumentate in dimensioni e albedo ; questo processo fu osservato inizialmente nel 1980 e ci si aspetta che finirà attorno al 2020 . Il lungo periodo orbitale di Nettuno causa un alternarsi stagionale in quarant'anni. [50]

Tempeste

La Grande Macchia Scura vista dalla Voyager 2

Nel 1989 fu scoperta dalla sonda Voyager 2 la Grande Macchia Scura , un sistema di tempeste anticiclonico delle dimensioni di 13000 × 6600 km, [84] La tempesta ricordava la Grande Macchia Rossa di Giove; tuttavia, il 2 novembre 1994 , il Telescopio spaziale Hubble non riuscì ad osservare questa macchia scura sul pianeta. Al suo posto apparve una nuova tempesta simile alla Grande Macchia Scura nell'emisfero nord. [93]

Lo " Scooter " è un'altra tempesta, una nube bianca posta più a sud della Grande Macchia Scura; il suo nome deriva dalla sua prima osservazione nel mese precedente al sorvolo della sonda Voyager 2, si muoveva più velocemente della Grande Macchia Scura. [90] Immagini successive rivelarono nubi ancora più rapide. La Piccola Macchia Scura è invece una tempesta ciclonica meridionale, la seconda tempesta più potente osservata durante il transito del 1989; inizialmente era completamente scura, ma come la sonda si avvicinò, iniziò a mostrarsi una macchia più chiara, visibile in tutte le immagini ad alta risoluzione. [94]

Si ritiene che le macchie scure di Nettuno siano posizionate nella troposfera ad altezze inferiori rispetto alle nubi più bianche e luminose del pianeta, [95] così appaiono come buchi nello strato di nubi sovrastante; dal momento che sono strutture stabili che possono persistere per diversi mesi, si crede che possano essere strutture a vortice. [52] Spesso nei pressi di queste strutture si trovano nubi di metano più brillanti e persistenti, che si formano presumibilmente all'altezza della tropopausa . [96]

La persistenza di nubi compagne mostra che alcune macchie oscure continuano ad esistere come cicloni, sebbene non siano più visibili come punti scuri; le macchie scure potrebbero anche dissiparsi quando migrano troppo vicino all'equatore, o con altri meccanismi sconosciuti. [97]

Magnetosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Magnetosfera di Nettuno .

Un'altra somiglianza fra Nettuno e Urano risiede nella magnetosfera , con un campo magnetico fortemente inclinato verso l' asse di rotazione di 47° e decentrato di almeno 0,55 raggi (circa 13 500 km) rispetto al nucleo fisico del pianeta. Prima dell'arrivo della sonda Voyager 2 su Nettuno, era stato ipotizzato che la magnetosfera inclinata di Urano fosse il risultato della sua rotazione obliqua; tuttavia, comparando i campi magnetici dei due pianeti, gli scienziati pensano che questa orientazione estrema potrebbe essere caratteristica dei flussi presenti all'interno dei pianeti. Questo campo potrebbe essere generato da convezioni del fluido interno in un involucro sferico sottile di liquido conduttore elettrico (probabilmente composto da ammoniaca, metano e acqua) [16] che causano un'azione dinamo . [98]

Il campo magnetico alla superficie equatoriale di Nettuno è stimato sui 1,42 μT , per un momento magnetico di 2,16 × 10 17 T m³ . Il campo magnetico di Nettuno possiede una geometria complessa che include componenti non- dipolari , incluso un forte momento di quadrupolo che potrebbe superare in forza pure quello di dipolo . D'altra parte la Terra , Giove e Saturno hanno solo dei momenti di quadrupolo relativamente piccoli ei loro campi sono meno inclinati rispetto all'asse polare. Il grande momento di quadrupolo di Nettuno potrebbe essere il risultato del disallineamento dal centro del pianeta e dai vincoli geometrici del generatore della dinamo del campo. [99] [100]

Il bow shock di Nettuno, ossia il punto in cui la magnetosfera inizia a rallentare il vento solare , avviene alla distanza di 34,9 volte il raggio del pianeta; la magnetopausa , ossia il punto in cui la pressione della magnetosfera controbilancia il vento solare, si estende alla distanza di 23–26,5 volte il raggio di Nettuno. La coda della magnetosfera si estende all'esterno fino ad almeno 72 volte il raggio del pianeta e probabilmente molto oltre. [99]

Anelli planetari

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Anelli di Nettuno .
Gli anelli di Nettuno, visti dalla sonda Voyager 2 nel 1989

Nettuno ha un sistema di anelli planetari , uno dei più sottili del Sistema solare . Gli anelli potrebbero consistere di particelle legate con silicati o materiali composti da carbonio , che conferisce loro un colore tendente al rossastro. [101] In aggiunta al sottile Anello Adams, a 63 000 km dal centro del pianeta, si trova l'Anello Leverrier, a 53 000 km , ed il suo più vasto e più debole Anello Galle, a 42 000 km . Un'estensione più lontana di quest'ultimo anello è stata chiamata Lassell; è legata al suo bordo più esterno dall'Anello Arago, a 57 000 km . [102]

Il primo di questi anelli planetari fu scoperto nel 1968 da un gruppo di ricerca guidato da Edward Guinan , [13] [103] ma si era in seguito pensato che quest'anello potesse essere incompleto. [104] Evidenze che l'anello avrebbe avuto delle interruzioni giunsero durante un' occultazione stellare nel 1984 quando gli anelli oscurarono una stella in immersione ma non in emersione. [105] Immagini della sonda Voyager 2 , prese nel 1989 , mostrarono invece che gli anelli di Nettuno erano molteplici. Questi anelli hanno una struttura a gruppi, [106] la cui causa non è ben compresa ma che potrebbe essere dovuta all'interazione gravitazionale con le piccole lune in orbita nei pressi. [107]

L'anello più interno, Adams, contiene cinque archi maggiori chiamati Courage , Liberté , Egalité 1 , Egalité 2 e Fraternité . [108] L'esistenza degli archi è stata difficile da spiegare poiché le leggi del moto predirrebbero che gli archi verrebbero dispersi in un anello uniforme in una scala temporale molto breve. Gli astronomi ritengono che gli archi siano rinchiusi entro le loro forme attuali a causa degli effetti gravitazionali di Galatea , una luna posta all'interno dell'anello. [109] [110]

Osservazioni condotte dalla Terra annunciate nel 2005 sembravano mostrare che gli anelli di Nettuno siano molto più instabili di quanto in precedenza creduto. Immagini prese con i Telescopi Keck nel 2002 e 2003 mostrano un decadimento considerevole negli anelli quando vengono comparati con le immagini prese dalla Voyager 2. In particolare sembra che l'arco Liberté possa dissolversi entro la fine del XXI secolo . [111]

Satelliti naturali

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Satelliti naturali di Nettuno .
Le falci di Nettuno e Tritone, fotografate dalla Voyager 2 durante il suo allontanamento dal sistema nettuniano

Nettuno possiede quattordici satelliti naturali conosciuti, il maggiore dei quali è Tritone ; gli altri satelliti principali sono Nereide , Proteo e Larissa . [112]

Tritone è l'unico satellite di Nettuno che possiede una forma ellissoidale ; fu individuato per la prima volta dall' astronomo William Lassell appena 17 giorni dopo la scoperta del pianeta madre. Orbita in direzione retrograda rispetto a Nettuno, a differenza di tutti gli altri satelliti principali del sistema solare ; è in rotazione sincrona con Nettuno e la sua orbita è in decadimento costante. [113]

A parte Tritone il satellite più interessante è Nereide , la cui orbita è la più eccentrica dell'intero sistema solare . [114]

Fra il luglio ed il settembre 1989 la sonda statunitense Voyager 2 ha individuato sei nuovi satelliti fra i quali spicca Proteo , le cui dimensioni sarebbero quasi sufficienti a conferirgli una forma sferoidale. È il secondo satellite del sistema di Nettuno , pur con una massa pari ad appena lo 0,25% di quella di Tritone. [115]

Una nuova serie di scoperte è stata annunciata nel 2004 e si tratta di satelliti minori e fortemente irregolari. Nel luglio del 2013 Mark Showalter scopre il 14º satellite, denominato Ippocampo [116] , da immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble tra il 2004 e il 2009. [117]

Note

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    la massa di Urano è 8,6810 × 10 25 kg , con un tasso di massa di:
    la massa di Giove è 1,8986 × 10 27 kg , con un tasso di massa di:
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