Neptunus

Upptäckt

Den första möjliga observationen av Neptunus tros vara av Galileo, eftersom hans ritningar visade Neptunus nära Jupiter. Galileo fick dock inte erkännande för upptäckten eftersom han trodde att Neptunus var en "fixstjärna" i stället för en planet. På grund av Neptunus långsamma rörelse över himlen var Galileos lilla teleskop inte tillräckligt starkt för att upptäcka Neptunus som en planet.

År 1821 publicerade Alexis Bouvard astronomiska tabeller över Uranus bana. Senare observationer visade att Uranus rörde sig oregelbundet i sin bana, vilket fick vissa astronomer att tro att en annan stor kropp var orsaken till Uranus oregelbundna rörelser. År 1843 beräknade John Couch Adams banan för en åttonde planet som eventuellt skulle kunna påverka Uranus bana. Han skickade sina beräkningar till Sir George Airy, den kungliga astronomen, som bad Adams om en förklaring. Adams började göra en kopia av svaret, men skickade det aldrig.

År 1846 gjorde Urbain Le Verrier, som inte arbetade med Adams, sina egna beräkningar, men fick inte heller någon större uppmärksamhet av de franska astronomerna. Samma år började dock John Herschel stödja den matematiska metoden och uppmuntrade James Challis att söka efter planeten. Efter många förseningar började Challis sitt ovilliga sökande i juli 1846. Under tiden hade Le Verrier övertygat Johann Gottfried Galle att söka efter planeten.

Även om Heinrich d'Arrest fortfarande var student vid observatoriet i Berlin, föreslog han att en nyritad karta över himlen, i det område som Le Verrier förutspådde, skulle kunna jämföras med den nuvarande himlen för att leta efter en planets förändrade position i förhållande till en fixstjärna. Neptunus upptäcktes sedan samma natt den 23 september 1846, inom 1° (en grad (vinkel) från den plats som Le Verrier hade förutspått att den skulle befinna sig på, och cirka 10° från Adams förutsägelse. Challis fick senare reda på att han hade sett planeten två gånger i augusti och misslyckats med att känna igen den på grund av sin slarviga inställning till arbetet.

Kreditering och namngivning

När nyheten om Neptunus upptäckt spreds började det också uppstå en hel del diskussioner mellan fransmännen och britterna om vem som skulle få äran för upptäckten. Senare beslutade man i en internationell överenskommelse att både Le Verrier och Adams tillsammans förtjänade äran. Historikerna har dock sett över ämnet efter återupptäckten 1998 av "Neptunuspappren" (historiska dokument från Royal Greenwich Observatory), som till synes hade stulits och förvarats av astronomen Olin Eggen i nästan tre decennier och som återupptäcktes (i hans ägo) först strax efter hans död. Efter att ha granskat dokumenten anser vissa historiker nu att Adams inte förtjänar lika stor respekt som Le Verrier.

Kort efter upptäckten kallades Neptunus tillfälligt för "planeten utanför Uranus" eller "Le Verriers planet". Det första förslaget till namn kom från Galle. Han föreslog namnet Janus. I England föreslog Challis namnet Oceanus. I Frankrike föreslog Arago att den nya planeten skulle kallas Leverrier, ett förslag som mötte stort motstånd utanför Frankrike. Franska almanackor återinförde snabbt namnet Herschel för Uranus och Leverrier för den nya planeten.

Samtidigt föreslog Adams av olika skäl att Georgian skulle byta namn till Uranus, medan Leverrier (genom Board of Longitude) föreslog Neptunus som namn på den nya planeten. Struve gav sitt stöd för det namnet den 29 december 1846 till vetenskapsakademin i Sankt Petersburg. Snart var Neptunus internationellt överens bland många människor och blev då det officiella namnet på den nya planeten. I den romerska mytologin var Neptunus havets gud, som identifierades med den grekiska guden Poseidon.

Massa och sammansättning

Neptunus massa på 10,243×1025 kg placerar planeten mellan jorden och de största gasjättarna; Neptunus har 17 jordmassor men bara 1/18 av Jupiters massa. Neptunus och Uranus anses ofta tillhöra en underklass av gasjättar som kallas "isjättar", med tanke på deras mindre storlek och stora skillnader i sammansättning jämfört med Jupiter och Saturnus. I sökandet efter extrasolära planeter har Neptunus använts som referens för att bestämma den upptäckta planetens storlek och struktur. Vissa upptäckta planeter som har liknande massa som Neptunus kallas ofta för "Neptunus". precis som astronomer hänvisar till olika extrasolära "Jupiters".

Neptunus atmosfär består mestadels av väte och en mindre mängd helium. En liten mängd metan har också upptäckts i atmosfären. Viktiga absorptionsband hos metan förekommer vid våglängder över 600 nm, i den röda och infraröda delen av spektrumet. Denna absorption av rött ljus från atmosfärens metan ger Neptunus sin blå nyans.

Eftersom Neptunus kretsar så långt från solen får den väldigt lite värme, och de översta delarna av atmosfären ligger på -218 °C (55 K). Djupare inne i gaslagren stiger temperaturen dock långsamt. Liksom Uranus är källan till denna uppvärmning okänd, men skillnaderna är större: Neptunus är den planet som befinner sig längst bort från solen, men dess inre energi är tillräckligt stark för att skapa de snabbaste vindarna i solsystemet. Flera möjliga förklaringar har föreslagits, bland annat radiogen uppvärmning från planetens kärna, den fortsatta strålningen ut i rymden av överbliven värme från materia som faller in under planetens födelse och gravitationsvågor som bryts ovanför tropopausen.

Strukturen på Neptunus inre tros vara mycket lik den på Uranus inre. Det finns troligen en kärna, som tros vara ungefär 15 jordmassor, bestående av smält sten och metall omgiven av en blandning av sten, vatten, ammoniak och metan. De tunga trycken håller den isiga delen av denna omgivande blandning som fasta ämnen, trots de höga temperaturerna nära kärnan. Atmosfären, som sträcker sig ungefär 10-20 procent av vägen mot centrum, består mestadels av väte och helium på höga höjder. Mer blandningar av metan, ammoniak och vatten finns i de lägre områdena av atmosfären. Mycket långsamt smälter detta mörkare och varmare område in i det överhettade flytande inre. Trycket i Neptunus centrum är miljontals gånger högre än på jordens yta. En jämförelse mellan dess rotationshastighet och dess grad av avlatens visar att den har sin massa mindre koncentrerad mot centrum till skillnad från Uranus.

Väder och magnetfält

En skillnad mellan Neptunus och Uranus är den meteorologiska aktivitet som har observerats (setts eller mätts). När rymdsonden Voyager flög förbi Uranus 1986 observerades att vindarna på planeten var milda. När Voyager flög förbi Neptunus 1989 observerades kraftiga väderhändelser. Vädret på Neptunus har extremt aktiva stormsystem. Dess atmosfär har de högsta vindhastigheterna i solsystemet, vilket tros drivas av flödet av intern värme. Regelbundna vindar i ekvatorialregionen har hastigheter på omkring 1 200 km/h (750 mph), medan vindar i stormsystem kan nå upp till 2 100 km/h, nästan överljudshastigheter.

1989 upptäcktes den stora mörka fläcken, ett cykloniskt stormsystem som är lika stort som Eurasien, av NASA:s Voyager 2-satellit. Stormen liknade den stora röda fläcken på Jupiter. Den 2 november 1994 såg rymdteleskopet Hubble dock inte den stora mörka fläcken på planeten. I stället upptäcktes en ny storm som liknade den stora mörka fläcken på planetens norra halvklot. Orsaken till att den stora mörka fläcken har försvunnit är okänd. En möjlig teori är att värmeöverföringen från planetens kärna har stört den atmosfäriska balansen och de befintliga cirkulationsmönstren. Scooter är en annan storm, en vit molngrupp längre söderut än den stora mörka fläcken. Den fick sitt smeknamn när den först uppmärksammades under månaderna före Voyagers möte 1989: den rörde sig snabbare än den stora mörka fläcken. Senare bilder visade moln som rörde sig ännu snabbare än Scooter. Wizard's Eye/Dark Spot 2 är en annan sydlig cyklonstorm, den näst starkaste stormen som sågs under mötet 1989. Den var ursprungligen helt mörk, men när Voyager kom närmare planeten utvecklades en ljus kärna som syns på de flesta av de mest högupplösta bilderna.

Till skillnad från andra gasjättar visar Neptunus atmosfär att det finns höga moln som bildar skuggor på det tjocka molndäcket nedanför. Även om Neptunus atmosfär är mycket mer aktiv än Uranus atmosfär består båda planeterna av samma gaser och is. Uranus och Neptunus är inte exakt samma typ av gasjättar som Jupiter och Saturnus, utan är snarare isjättar, vilket innebär att de har en större fast kärna och också består av is. Neptunus är mycket kall, med temperaturer så låga som -224 °C (-372 °F eller 49 K) som uppmättes vid molntopparna 1989.

Neptunus har också likheter med Uranus när det gäller magnetosfären, med ett magnetfält som är kraftigt lutat i förhållande till planetens rotationsaxel på 47° och som är förskjutet minst 0,55 radier (cirka 13 500 kilometer) från planetens fysiska centrum. Genom att jämföra de två planeternas magnetfält tror forskarna att den extrema kursen kan vara karakteristisk för flöden i planetens inre och inte ett resultat av Uranus sidovridning. ^[]

Mycket små blåfärgade ringar har upptäckts runt den blå planeten, men de är inte lika kända som Saturnus ringar. När dessa ringar upptäcktes av ett team lett av Edward Guinan trodde man ursprungligen att ringarna kanske inte var kompletta ringar. Detta bevisades dock felaktigt av Voyager 2. Neptunus planetariska ringar har ett märkligt "klumpigt" arrangemang. Även om orsaken för närvarande är okänd tror vissa forskare att det kan bero på gravitationskontakten med små månar som kretsar nära dem. ^[]

Bevisen för att ringarna är ofullständiga började först i mitten av 1980-talet, när man upptäckte att stjärnornas ockultationer sällan visade en extra "blinkning" precis före eller efter att planeten ockulerade stjärnan. Bilder från Voyager 2 1989 löste problemet, då ringsystemet visade sig ha flera svaga ringar. Den längst bort belägna ringen, Adams, har tre berömda bågar som nu kallas Liberté, Egalité och Fraternité (frihet, jämlikhet och broderskap).

Det är mycket svårt att förstå att det finns bågar, eftersom rörelselagarna skulle förutsäga att bågar sprids ut till en enda ring på mycket kort tid. Gravitationseffekterna av Galatea, en måne strax innanför ringen, anses nu ha skapat bågarna.

Flera andra ringar upptäcktes av Voyagers kameror. Den tunna Adamsringen ligger cirka 63 000 km från Neptunus centrum, Leverrierringen ligger 53 000 km från Neptunus centrum och den bredare, mindre Galle-ringen 42 000 km från Neptunus centrum. En mycket liten utåtriktad utvidgning av Leverrierringen har fått namnet Lassell; den är i sin ytterkant omgiven av Aragoringen på 57 000 km.

Nya jordbaserade observationer som publicerades 2005 tycktes visa att Neptunus ringar är mycket mer instabila än man tidigare trott. För att vara exakt ser det ut som om Liberté-ringen kan försvinna snabbt inom mindre än 100 år. De nya observationerna tycks ha förvirrat vår förståelse av Neptunus ringar.

Neptunus har totalt 14 kända månar. Eftersom Neptunus var den romerska havsguden har planetens månar fått namn efter mindre havsgudar eller gudinnor. Den största, och den enda som är tillräckligt stor för att ha formen av en sfär är Triton, (uttalas: ˈtraɪtən) som upptäcktes av William Lassell bara 17 dagar efter upptäckten av Neptunus själv. Till skillnad från alla andra stora planetariska månar har Triton en retrograd bana, vilket visar att månen troligen fångades in och kanske en gång var ett Kuiperbältesobjekt. Den är tillräckligt nära Neptunus för att vara låst i en synkron bana och rör sig långsamt in mot Neptunus och kommer en dag att slitas sönder när den passerar Roche-gränsen. Triton är det kallaste objekt som har uppmätts i solsystemet, med temperaturer på -235 °C (38 K, -392 °F). Dess diameter är 2 700 km (80 % av jordens måne Luna), dess massa är 2,15 x 1022 kg (30 % av Luna), dess omloppsdiameter är 354 800 km (90 % av Luna) och dess omloppstid är 5,877 dagar (20 % av Luna).

Neptunus andra kända måne (i avståndsklass), den udda månen Nereid, har en av de mest ovanliga banorna av alla satelliter i solsystemet.

Mellan juli och september 1989 upptäckte Voyager 2 sex nya månar till Neptunus. Av dessa är den klumpformade Proteus det största kända objektet som inte har formats till en sfär av sin egen gravitation. Även om den är den näst mest massiva neptuniska månen har den bara en kvarts procent av Tritons massa. Neptunus fyra närmaste månar, Naiad, Thalassa, Despina och Galatea, kretsar tillräckligt nära för att befinna sig i Neptunus ringar.

Den näst längst bort, Larissa, upptäcktes ursprungligen 1981 när den hade täckt en stjärna. Månen ansågs ha orsakat Neptunus ringbågar när Voyager 2 observerade Neptunus 1989. Fem nya ovanliga månar som upptäcktes mellan 2002 och 2003 tillkännagavs 2004. Den senaste månen upptäcktes genom att undersöka Hubble Telescope imags den 16 juli 2013. Den är bara 12 miles i diameter, vilket gör att den kan undgå att upptäckas även av Voyager 2-sonden.

Neptunus kan inte ses med blotta ögat, eftersom Neptunus normala ljusstyrka ligger mellan magnituderna +7,7 och +8,0, vilket kan överskuggas av Jupiters Galileiska månar, dvärgplaneten Ceres och asteroiderna 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno och 6 Hebe. Ett teleskop eller en stark kikare visar Neptunus som en liten blå prick, som liknar Uranus i utseendet. Den blå färgen kommer från metanet i dess atmosfär. Dess lilla uppenbara storlek har gjort den svår att studera visuellt; de flesta teleskopdata var ganska begränsade tills Hubble Space Telescope och stora markbaserade teleskop med adaptiv optik kom till.

Neptunus har en omloppstid (siderisk period) på 164,88 julianska år och kommer snart att återvända (för att upptäckas) till samma plats på himlen där den upptäcktes 1846. Detta kommer att ske tre olika gånger, även med en fjärde då den kommer att vara mycket nära att befinna sig på den positionen. Dessa är den 11 april 2009, då den kommer att vara i prograd rörelse, den 17 juli 2009, då den kommer att vara i retrograd rörelse, och den 7 februari 2010, då den kommer att vara i prograd rörelse. Den kommer också att vara mycket nära att befinna sig vid samma punkt sedan upptäckten 1846 i slutet av oktober till början av mitten av november 2010, när Neptunus vänder från retrograd till direkt rörelse på den exakta graden av Neptunus upptäckt och sedan stannar ett ögonblick längs ekliptikan inom 2 bågminuter vid den punkten (närmast den 7 november 2010). Detta kommer att vara sista gången under ungefär de kommande 165 åren som Neptunus kommer att befinna sig vid sin upptäcktspunkt.

Detta förklaras av idén om retrogradation. Liksom alla planeter och asteroider i solsystemet bortom jorden genomgår Neptunus retrogradation vid vissa tillfällen under sin synodiska period. Förutom inledningen av retrogradation är andra händelser inom den synodiska perioden astronomisk opposition, återgång till progradation och konjunktion med solen.

I sin bana runt solen återvände Neptunus till sin ursprungliga upptäcktspunkt i augusti 2011.

För närvarande har endast en rymdfarkost besökt Neptunus. NASA:s Voyager 2-sond gjorde en snabb förbiflygning av planeten med sitt närmaste möte den 25 augusti 1989 och var den sista planeten som besökts av minst en rymdsond.

Några av Voyager 2:s viktiga upptäckter var att den passerade Triton mycket nära och tog bilder av flera delar av månen. Sonden upptäckte också den stora mörka fläcken, även om den nu har försvunnit efter att rymdteleskopet Hubble tog bilder av Neptunus 1994. Ursprungligen trodde man att det var ett stort moln eller ett cykloniskt stormsystem, men senare gissade man att det bara var ett hål i det synliga molntäcket.

Neptunus visade sig ha de starkaste vindarna av alla solsystemets gasjättar. I solsystemets yttre regioner, där solen lyser över 1 000 gånger svagare än på jorden (fortfarande mycket ljus med en magnitud på -21), skedde den sista av de fyra jättarna på det sätt som forskarna faktiskt hade förväntat sig. Man skulle kunna tro att ju längre bort en planet befinner sig från solen, desto mindre energi och värme skulle det finnas för att skapa och driva de mycket starka vindarna. Vindarna på Jupiter var redan hundratals kilometer i timmen. I stället för att se långsammare vindar fann forskarna snabbare vindar (över 1600 km/h) på den mer avlägsna Neptunus.

En möjlig gissning om orsaken till de högre vindhastigheterna är att om tillräckligt mycket energi produceras skapas turbulens som bromsar vindarna (som på Jupiter). På Neptunus finns det dock så lite solenergi att när vindarna väl startar möter de mycket lite motstånd och kan hålla mycket höga hastigheter. Neptunus avger i alla fall mer energi än den får från solen, och den interna energikällan för dessa vindar är fortfarande obestämd.

De bilder som Voyager 2 skickade tillbaka till jorden 1989 blev grunden för ett PBS-program som pågick hela natten och som hette Neptune All Night.