海王星(天文学)

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May 26, 2022

海王星是太阳系中距太阳第八、也是最远的行星,按直径计算是第四大行星,按质量计算是第三大行星。海王星的质量是地球的 17 倍,比它的近孪生天王星质量略大,天王星的质量等于地球质量的 15,但密度低于海王星。这颗行星的名字是献给罗马的海神(海王星);它的符号是♆ (),海王星三叉戟的程式化版本。海王星于 1846 年 9 月 23 日晚由 Johann Gottfried Galle 用柏林天文台的望远镜和协助他的天文学学生 Heinrich Louis d'Arrest 发现,是第一颗通过数学计算而不是常规方法发现的行星。观察:天王星轨道的异常变化使天文学家相信外面有一颗未知的行星扰乱了它的轨道。这颗行星是在距离预测点仅 1 度的范围内被发现的。此后不久,海卫一卫星被确认,但海王星的其他 13 颗天然卫星都没有在 20 世纪之前被发现。 1989 年 8 月 25 日,只有一个太空探测器“航海者 2”号接近这颗行星。海王星的成分与天王星相似,但都与较大的气态行星木星和土星的成分不同。为此,它们有时被归入一个单独的类别,即所谓的“冰巨人”。海王星的大气层,虽然类似于木星和土星的主要由氢和氦组成,但它也有更大比例的“冰”,如水、氨和甲烷,以及痕量的碳氢化合物和可能的氮。相比之下,这颗行星的内部基本上是由冰和岩石组成,就像它相似的天王星一样。存在于大气最外层的甲烷痕迹使海王星具有特有的深蓝色。海王星拥有太阳系中任何其他行星中最强的风。阵风是在高于 2100 公里/小时的速度下测量的。 1989 年航海者 2 号飞越时,这颗行星的南半球有一个大黑斑,可与木星大红斑相媲美;由于距离太阳很远,海王星最高云层的温度约为-218°C,是太阳系中最冷的云层之一。行星中心的温度约为7000°C,与太阳的表面温度与许多其他已知行星的核的温度相似。这颗行星还有一个弱环系统,于 1960 年代发现,但仅由航海者 2 号证实。于 1960 年代发现,但仅由航海者 2 号证实。于 1960 年代发现,但仅由航海者 2 号证实。

观察

海王星在地球上是肉眼看不见的;它的视星等总是在 7.7 到 8.0 之间,至少需要双筒望远镜才能识别这颗行星。通过大型望远镜观察,海王星看起来是一个视直径为 2、2-2.4 秒的小圆盘天王星的出现。这种颜色是由于海王星大气中存在甲烷,比例为 2%。随着哈勃太空望远镜和具有自适应光学功能的大型地面望远镜的出现,从地球上对行星的视觉研究有了显着改善。今天从地球获得的最佳图像使我们能够识别其最明显的云层和极地区域,它们比大气的其他部分更轻。使用不太精确的仪器不可能定位行星上的任何地表构造,最好致力于搜索其主要卫星 Triton。在无线电频率中观察到,海王星似乎是两种辐射的来源:一种是连续且相当微弱的,另一种是不规则且更有活力的。学者们认为,两者都是由行星的旋转磁场产生的。红外线观测增强了这颗行星的云层形成,在较冷的背景下发出明亮的光,并可以轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被发现以来的第一次绕太阳公转Johann Galle,因此可以在发现它的坐标附近观察到。最好致力于搜索其主要卫星Triton。在无线电频率中观察到,海王星似乎是两种辐射的来源:一种是连续且相当微弱的,另一种是不规则且更有活力的。学者们认为,两者都是由行星的旋转磁场产生的。红外线观测增强了这颗行星的云层形成,在较冷的背景下发出明亮的光,并可以轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被发现以来的第一次绕太阳公转Johann Galle,因此可以在发现它的坐标附近观察到。最好致力于搜索其主要卫星Triton。在无线电频率中观察到,海王星似乎是两种辐射的来源:一种是连续且相当微弱的,另一种是不规则且更有活力的。学者们认为,两者都是由行星的旋转磁场产生的。红外线观测增强了这颗行星的云层形成,在较冷的背景下发出明亮的光,并可以轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被发现以来的第一次绕太阳公转Johann Galle,因此可以在发现它的坐标附近观察到。海王星似乎是两种排放物的来源:一种是持续且相当微弱的,另一种是不规则且更有活力的。学者们认为,两者都是由行星的旋转磁场产生的。红外线观测增强了这颗行星的云层形成,在较冷的背景下发出明亮的光,并可以轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被发现以来的第一次绕太阳公转Johann Galle,因此可以在发现它的坐标附近观察到。海王星似乎是两种排放物的来源:一种是持续且相当微弱的,另一种是不规则且更有活力的。学者们认为,两者都是由行星的旋转磁场产生的。红外线观测增强了这颗行星的云层形成,在较冷的背景下发出明亮的光,并可以轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被发现以来的第一次绕太阳公转Johann Galle,因此可以在发现它的坐标附近观察到。红外线增强了行星的云层形成,在较冷的背景下闪闪发光,并让您轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被约翰·加勒 (Johann Galle) 发现以来的首次绕太阳公转,因此可以在发现它的坐标附近观察到。红外线增强了行星的云层形成,在较冷的背景下闪闪发光,并让您轻松确定它们的形状和大小。在 2010 年至 2011 年间,海王星完成了自 1846 年被约翰·加勒 (Johann Galle) 发现以来的首次绕太阳公转,因此可以在发现它的坐标附近观察到。

观察历史

1612 年 12 月 27 日,伽利略·伽利莱对海王星进行了第一次确定的观测,他在他的天文地图上绘制了这颗行星的位置,将其误认为是一颗固定的恒星。巧合的是,当时海王星的视运动异常缓慢,因为就在那天,它刚刚开始在天空中运行其视运动的逆行分支,伽利略的原始仪器无法检测到。几天后,1613 年 1 月 4 日,木星对海王星的掩星甚至发生了:如果伽利略再继续观察几天,他就会观察到望远镜时代的第一次掩星。而是等到中期19 世纪。

发现

1821 年,亚历克西斯·布瓦 (Alexis Bouvard) 发表了关于天王星轨道参数的第一项研究,天文学家清楚地发现,这颗行星的运动与理论预测明显不同。这种现象只能通过理论化太阳系最外层区域存在另一个大天体来解释。英国数学家约翰·库奇·亚当斯(John Couch Adams,1843 年)和法国人 Urbain Le Verrier(1846 年)各自独立地对这颗假定的新行星的位置和质量进行了非常近似的理论分析。虽然亚当斯的研究被英国天文学家乔治艾里忽视,他转而强调需要在发现的位置寻找新行星,但勒维耶的研究被柏林天文台的两位天文学家应用,Johann Gottfried Galle 和 Heinrich d'Arrest:在搜索开始不到半小时后 - 使用了应该发现海王星的区域的星图比较了观测结果——1846 年 9 月 23 日,两人确定了这颗行星,距离勒维耶预测的位置不到 1 度(与亚当斯预测的位置相差 12 度)。 1846 年 6 月,勒维耶发表了与亚当斯计算出的相似的行星位置估计值。这促使艾里敦促剑桥天文台主任詹姆斯查利斯寻找这颗行星。查利斯随后在八月和九月之间搜寻天空,但徒劳无功。在加勒传达了这一发现之后,Challis 意识到他在 8 月曾两次观察这颗行星,但由于他进行研究的方法论他没有确定它。在发现之后,法国和英国之间就优先事项展开了激烈的竞争。这一发现的发展,从中出现。最后,国际共识认为勒维耶和亚当斯都值得称赞。 1998 年,天文学家奥林·埃根 (Olin Eggen) 去世后,人们发现了一份名为“海王星文件”的文件,埃根拥有该文件,因此这个问题再次被重新提出。该文件包含来自皇家格林威治天文台的历史文件,这些文件似乎已被埃根本人偷走并隐藏了近三年。在查看这些文件后,一些历史学家认为亚当斯不值得像勒维耶一样受到赞扬。自 1966 年以来,丹尼斯罗林斯一直质疑亚当斯共同发现声明的可信度。在 1992 年他的报纸 Dio 上的一篇文章中,他表达了英国声称是“盗窃”的观点。 2003 年,伦敦大学学院的 Nicholas Kollerstrom 说:“亚当斯做了一些计算,但并不确定他所说的海王星在哪里。”“亚当斯做了一些计算,但不确定他所说的海王星在哪里。”“亚当斯做了一些计算,但不确定他所说的海王星在哪里。”

面额

发现后不久,海王星被简称为“天王星的最外行星”。加勒是第一个提出名字的人,并提议用这个名字来纪念雅努斯神。在英格兰,查利斯提出了大洋洲这个名字,勒维耶声称有权命名他发现的新行星,并提出了海王星这个名字,其中包括错误地声称这个名字已经得到了法国经度局的正式批准。 10 月,他试图以自己的名字命名勒维耶星球,并得到巴黎天文台台长弗朗索瓦·阿拉戈的爱国支持。尽管这一提议在法国以外遭到了强烈反对,但法国年鉴很快重新为天王星重新引入了赫歇尔这个名字,以它的发现者威廉·赫歇尔的名字命名,1846 年 12 月 29 日,弗里德里希·冯·斯特鲁威 (Friedrich von Struve) 在圣彼得堡科学院公开表示支持海王星这个名字,几年后海王星成为普遍接受的名字。在罗马神话中,海王星是海神,等同于希腊的波塞冬。对神话名称的要求似乎与以罗马众神的名字命名的其他行星的命名法一致,只有地球和天王星除外,它们取自希腊神话中的一位神灵。海王星是海神,与希腊海神波塞冬相同。对神话名称的要求似乎与以罗马众神的名字命名的其他行星的命名法一致,只有地球和天王星除外,它们取自希腊神话中的一位神灵。海王星是海神,与希腊海神波塞冬相同。对神话名称的要求似乎与以罗马众神的名字命名的其他行星的命名法一致,只有地球和天王星除外,它们取自希腊神话中的一位神灵。

从 1850 年至今

早在 1846 年 10 月 10 日,也就是发现海王星后的 17 天,英国天文学家威廉·拉塞尔发现了他的主要卫星海卫一。在 19 世纪末,有人假设在天王星和海王星的运动中观察到的所谓不规则现象源于另一个最外层行星的存在。经过广泛的研究活动,冥王星于 1930 年 2 月 18 日在威廉·亨利·皮克林和珀西瓦尔·洛厄尔对新行星的计算预测的坐标处被发现。然而,这颗新行星离它太远了,无法产生天王星运动中发现的不规则性,而海王星运动中发现的不规则性源于行星质量估计的错误(这与航海者 2 号任务确定) ),这也是天王星不规则性的起源。因此,冥王星的发现是相当偶然的:由于距离遥远,关于海王星的知识至少在 20 世纪中叶杰拉德·柯伊伯发现他的第二颗卫星海卫二之前仍然是零碎的。在 1970 年代和 1980 年代,关于可能存在环或环弧的线索积累。 1981 年,Harold Reitsema 发现了他的第三颗卫星拉里萨。1989 年 8 月,第一颗自动探测器飞越地球周围环境,航海者二号,极大地推动了知识的发展。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。由于距离很远,关于海王星的知识至少在 20 世纪中叶杰拉德·柯伊伯发现他的第二颗卫星海卫二之前仍然是零碎的。在 1970 年代和 1980 年代,关于可能存在环或环弧的线索积累。 1981 年,Harold Reitsema 发现了他的第三颗卫星拉里萨。1989 年 8 月,第一颗自动探测器飞越地球周围环境,航海者二号,极大地推动了知识的发展。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。由于距离很远,关于海王星的知识至少在 20 世纪中叶杰拉德·柯伊伯发现他的第二颗卫星海卫二之前仍然是零碎的。在 1970 年代和 1980 年代,关于可能存在环或环弧的线索积累。 1981 年,Harold Reitsema 发现了他的第三颗卫星拉里萨。1989 年 8 月,第一颗自动探测器飞越地球周围环境,航海者二号,极大地推动了知识的发展。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。在 1970 年代和 1980 年代,关于可能存在环或环弧的线索积累。 1981 年,Harold Reitsema 发现了他的第三颗卫星拉里萨。1989 年 8 月,第一颗自动探测器飞越地球周围环境,航海者二号,极大地推动了知识的发展。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。在 1970 年代和 1980 年代,关于可能存在环或环弧的线索积累。 1981 年,Harold Reitsema 发现了他的第三颗卫星拉里萨。1989 年 8 月,第一颗自动探测器飞越地球周围环境,航海者二号,极大地推动了知识的发展。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。该探测器确定了行星大气的重要细节,确认了五个环的存在,并确定了除了地球已经发现的卫星之外的新卫星。

太空任务

唯一访问过海王星的太空探测器是 1989 年的航海者 2 号;通过近距离飞越这颗行星,航海者号使识别主要大气层、一些环和众多卫星成为可能。 1989 年 8 月 25 日,探测器飞越海王星北极,海拔 4950 公里,然后飞向最大的卫星海卫一,最短距离约为 40,000 公里。 1989 年 10 月 2 日,在远离气态巨行星的阶段进行了最后一次科学测量后,探测器的所有仪器都关闭了,只剩下紫外光谱仪在运行。航海者2号由此开始了以每年4.7亿公里的速度向星际空间的长征;其轨迹相对于黄道约48°。据信,按照目前的速度,航海者 2 号将在 296,000 年后从天狼星系统经过 4.3 光年。在 2000 年代,美国宇航局设想了两个可能的任务:预计在 2040 年之前不会发射的轨道飞行器和探测器(Argo) 必须飞过这颗行星才能继续飞向柯伊伯带中的两三个天体,柯伊伯带的最后一个有利发射窗口定于 2019 年。 然而,由于缺乏钚 238,该任务并未正式提出它应该为放射性同位素热电发电机供电。自 2018 年以来,中国航天局一直在研究一对类似航海者的探测器的设计,暂时称为星际快车或星际日球层探测器。两个探测器将于 2024 年同时发射,并将沿着不同的路径探索日球层的两端;第二个探测器 IHP-2 将于 2038 年 1 月飞越海王星,距离云层顶部仅 1,000 公里,这可能会在飞越过程中将一个小型探测器释放到大气中。

轨道和旋转参数

这颗行星在大约 164.79 年内完成了绕太阳公转。海王星的质量大约是地球的 17 倍,平均密度是水的 1.64 倍,是太阳系中最小、密度最大的巨行星。它的赤道半径,在大气压力为 1000 hPa 的高度设置高度为零,为 24764 公里。海王星轨道的特点是相对于黄道面的倾角为 1.77°,偏心率为 0.011。因此,海王星和太阳之间的距离在近日点和远日点之间相差 1.01 亿公里,这两个点分别是行星离太阳最近和最远的轨道点。海王星完成绕其轴的完整旋转约16.11 小时。轴倾斜 28 度,相对于轨道平面 32°,该值类似于地球轴 (23°) 和火星 (25°) 的倾斜角。结果,这三个行星经历了类似的季节变化。然而,长的轨道周期意味着海王星每个季节的持续时间大约是四十个地球年。由于海王星不是一个固体,它的大气层有不同的自转:宽赤道带自转周期约为 18 小时,更高行星磁场的自转周期等于 16.1 小时;另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。地轴(23°)和火星(25°)。结果,这三个行星经历了类似的季节变化。然而,长的轨道周期意味着海王星每个季节的持续时间大约是四十个地球年。由于海王星不是一个固体,它的大气层有不同的自转:宽赤道带自转周期约为 18 小时,更高行星磁场的自转周期等于 16.1 小时;另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。地轴(23°)和火星(25°)。结果,这三个行星经历了类似的季节变化。然而,长的轨道周期意味着海王星每个季节的持续时间大约是四十个地球年。由于海王星不是一个固体,它的大气层有不同的自转:宽赤道带自转周期约为 18 小时,更高行星磁场的自转周期等于 16.1 小时;另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。然而,长的轨道周期意味着海王星每个季节的持续时间大约是四十个地球年。由于海王星不是一个固体,它的大气层有不同的自转:宽赤道带自转周期约为 18 小时,更高行星磁场的自转周期等于 16.1 小时;另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。然而,长的轨道周期意味着海王星每个季节的持续时间大约是四十个地球年。由于海王星不是一个固体,它的大气层有不同的自转:宽赤道带自转周期约为 18 小时,更高行星磁场的自转周期等于 16.1 小时;另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。另一方面,极地地区在 12 小时内完成一次旋转。海王星在太阳系中具有最显着的差异自转,会产生强烈的纵向风。

跨海王星天体

太阳系外许多天体的新发现使天文学家创造了一个新术语,即跨海王星天体,它指的是任何在海王星轨道之外运行(或至少在该区域形成)的天体。海王星对其轨道之外的区域产生了深远的影响,距离太阳 30 天文至 55 天文,被称为柯伊伯带,这是一个类似于主小行星带的小型冰冷世界环,但要大得多。正如木星的引力支配着主带,定义了它的形状一样,海王星的引力完全支配了柯伊伯带。纵观太阳系的历史,海王星的引力破坏了“一带”某些区域的稳定,在它们之间产生了空隙。 40 到 42 AU 之间的区域就是一个例子。然而,在这些空旷的区域内,有一些轨道遵循这些轨道,一些物体能够在数十亿年中幸存下来,从而形成了太阳系目前的结构。这些轨道呈现出与海王星共振的现象,也就是说,穿过它们的物体在海王星轨道周期的精确部分内完成了围绕太阳的轨道。如果一个天体每绕海王星运行两圈就完成自己的轨道,那么每次海王星返回其起始位置时,它就完成了一半的轨道。共振天体的数量最多,有 200 多个已知天体,与地球的共振率为 2:3。这些天体每绕海王星一圈半就完成一个轨道,以其中最伟大的冥王星命名为冥王星。尽管冥王星定期穿过海王星的轨道,但共振保证它们永远不会相撞。柯伊伯带的另一个重要群是双蒂尼群,其特点是 2:1 共振;还有一些物体也有其他共振比,但数量不是很多。已观察到的其他比率包括:3:4、3:5、4:7 和 2:5。 奇怪的是,由于冥王星轨道的高离心率,海王星周期性地发现自己比后者离太阳更远,就像 1979 年和 1999 年之间发生的那样。海王星还拥有一定数量的特洛伊小行星,它们占据了在其轨道上的行星之前和之后的引力稳定区域,并被确定为 L4 和 L5。特洛伊小行星也经常被描述为与海王星 1:1 共振的物体。它们在轨道上非常稳定,不太可能被这颗行星捕获,而是被认为是与它一起形成的。

培训和迁移

冰冻巨星海王星和天王星的形成很难准确解释。目前的模型表明,太阳系最外层区域的物质密度太低,无法通过传统上接受的吸积方法形成如此大的天体,并且已经提出了各种假设来解释它们的演化。一个是冰巨星不是由原子核的吸积形成的,而是由原始原行星盘的不稳定性形成的,后来它们的大气被一颗光谱等级非常接近 OB 的大质量恒星的辐射吹散了。另一个概念是,它们形成在离太阳更近的地方,那里的物质密度更高,然后迁移到它们当前的轨道。迁移假说因其能够解释柯伊伯带中当前的轨道共振,特别是 2:5 共振的特性而受到青睐。随着海王星向外迁移,它与柯伊伯带中的物体相撞,产生了新的共振并使其他轨道陷入混乱。弥散盘中的物体被认为是通过与海王星迁移产生的共振相互作用而被推到当前位置的。尼斯模型是由尼斯蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利 (Alessandro Morbidelli) 于 2004 年制定的计算机模型,它表明海王星迁移到柯伊伯带可能是由于木星轨道中形成 1:2 共振引起的。 ,这产生了一种引力,将天王星和海王星都送入了更高的轨道,从而导致它们移动。由此产生的从原始柯伊伯带喷射出的物体也可以解释在太阳系形成和木星特洛伊小行星出现后约 6 亿年发生的强烈晚期轰击。

质量和尺寸

质量为 1.0243 × 1026 kg 的海王星是地球和大型气态巨行星之间的中间体:它的质量是地球的十七倍,但只是木星的十九分之一。这颗行星的赤道半径为 24764 公里,大约是地球的四倍。海王星和天王星通常被视为巨星的一个子类,被称为“冰巨星”,因为它们比木星和土星体积更小,挥发性物质浓度更高。在寻找系外行星时,海王星被用作比较术语:发现的具有相似质量的行星实际上被称为“海王星行星”,就像天文学家所称的各种“木星”一样。

内部结构

海王星的内部结构类似于天王星;它的大气层约占行星质量的 5-10%,从其半径的 10% 到 20%,在那里它达到约 10 吉帕斯卡的压力。在更深的地区,已发现甲烷、氨和水的浓度不断增加。逐渐地,这个较暖和较暗的区域凝结成过热的液态地幔,温度达到 2000 K 至 5000 K 之间的值。地幔的质量为 10-15 块陆地,富含水、氨、甲烷和其他物质。正如行星科学中通常所说的那样,这种混合物被称为“冰”,尽管它实际上是一种热且非常稠密的流体。这种具有高导电性的流体有时被称为“水和氨的海洋“。在 7000 公里的深度,情景可能是甲烷分解成钻石晶体并向中心沉淀。海王星的行星核心由铁、镍和硅酸盐组成;模型提供了一个质量约为地球质量的 1.2 倍,地核的压力为 7 兆巴,比地球表面的压力高数百万倍,温度可能在 5400 K 左右。温度可能在 5400 K 左右。温度可能在 5400 K 左右。

内热

人们认为,与天王星相比,海王星更大的气候变化部分是由于其内部热量较高。虽然海王星距离太阳的距离是天王星的 1.5 倍,因此只能接收 40% 的光量,但两颗行星的表面大致相同。海王星对流层最表层的区域达到-221.4°C的低温。在大气压力为 1 bar 的深度处,温度为 -201.15 °C。然而,在气层深处,温度稳定上升;和天王星一样,这种热量的来源是未知的,但差异更大:天王星辐射的能量只有它从太阳接收的能量的 1.1 倍,而海王星辐射的能量是它的 2.61 倍,表明其内部热源产生的能量比太阳接收的能量多 161%。海王星是太阳系中距离太阳最远的行星,但其内部能量源足以产生整个太阳系中最快的行星风系统。已经提出了一些可能的解释,包括来自行星核心的辐射热、甲烷在高气压下分解成碳氢化合物链,以及低层大气的对流运动导致重力波溶解在对流层顶上方。但它的内部能源足以引起整个太阳系中最快的行星风。已经提出了一些可能的解释,包括来自行星核心的辐射热、甲烷在高气压下分解成碳氢化合物链,以及低层大气的对流运动导致重力波溶解在对流层顶上方。但它的内部能源足以引起整个太阳系中最快的行星风。已经提出了一些可能的解释,包括来自行星核心的辐射热、甲烷在高气压下分解成碳氢化合物链,以及低层大气的对流运动导致重力波溶解在对流层顶上方。

大气层

在高海拔地区,海王星的大气层由 80% 的氢气和 19% 的氦气以及微量甲烷组成。在光谱的红色和红外部分,在 600 nm 波长附近发现了明显的甲烷吸收带。与天王星一样,大气中的甲烷对红光的吸收有助于使海王星呈现出特有的深蓝色,尽管这种蓝色与天王星典型的更柔和的海蓝宝石不同。由于海王星大气中的甲烷含量与天王星相似,因此一定有其他未知物质有助于赋予这颗行星如此强烈的色调。海王星的大气分为两个主要区域:对流层低层、温度随高度降低而平流层,温度随高度升高;两者之间的边界,对流层顶约为 0.1 巴。因此,平流层之后是压力低于 10-4-10-5 µbar 的热层。大气层逐渐向外大气层消退。模型表明,海王星的对流层被不同高度组成的云层穿过。云上层的压力低于 1 巴,那里的温度适合甲烷冷凝。当压力在 1 × 105 bar 之间时,据信会形成氨和硫化氢云;高于 5 bar 的压力,云团可能由氨、硫酸铵和水组成。最深的冰云在 50 bar 左右的压力下,温度达到 0 °C 时可能会形成水。下面可能会发现氨和硫化氢云。在海王星上空观察到高海拔云在下面不透明的云层上形成阴影。在恒定纬度的行星周围也有高空云带;这些圆周带的厚度为 50-150 公里,位于下方云层上方约 50-110 公里处。海王星的光谱表明,由于紫外线光解产物甲烷(如乙烷和乙炔)的浓度,其较低的大气层是朦胧的;大气中还含有微量的一氧化碳和氰化氢。由于高浓度的碳氢化合物,这颗行星的平流层比天王星的温度高。是由紫外线辐射产生的;解释加热机制的一种可能性是行星磁场中离子之间的大气相互作用。另一个可能的原因是重力波从内部扩散到大气中。热层含有微量的二氧化碳和水,它们可能来自外部来源,例如陨石和灰尘。由于未知的原因,行星热层的温度异常高,约为 750 K。这颗行星离太阳太远,紫外线辐射无法产生热量;解释加热机制的一种可能性是行星磁场中离子之间的大气相互作用。另一个可能的原因是重力波从内部扩散到大气中。热层含有微量的二氧化碳和水,它们可能来自外部来源,例如陨石和灰尘。由于未知的原因,行星热层的温度异常高,约为 750 K。这颗行星离太阳太远,紫外线辐射无法产生热量;解释加热机制的一种可能性是行星磁场中离子之间的大气相互作用。另一个可能的原因是重力波从内部扩散到大气中。热层含有微量的二氧化碳和水,它们可能来自外部来源,例如陨石和灰尘。行星磁场中离子之间的大气相互作用。另一个可能的原因是重力波从内部扩散到大气中。热层含有微量的二氧化碳和水,它们可能来自外部来源,例如陨石和灰尘。行星磁场中离子之间的大气相互作用。另一个可能的原因是重力波从内部扩散到大气中。热层含有微量的二氧化碳和水,它们可能来自外部来源,例如陨石和灰尘。

气象现象

航海者 2 号航天器显示的海王星和天王星之间的差异之一是典型的气象活动水平。 1986 年航天器飞越天王星时,这颗行星在视觉上没有大气活动,相比之下,海王星在 1989 年航天器飞越时表现出显着的气候现象。 然而,21 世纪对天王星的观测,当这些进入春分阶段,显示出前所未有的大气活动,使其实际上比以前认为的更类似于海王星。海王星的天气以极其动态的风暴系统为特征,风速达到 600 m/s 的超音速。更典型的是,通过跟踪持续云的运动,风速似乎从东向的 20 m/s 到西向的 235 m/s 不等。在云层顶部,盛行风的速度从沿赤道的 400 m/s 到两极的 250 m/s 不等。海王星的许多风向与行星自转相反的方向移动。风的总体水平在高纬度呈渐进式旋转,在低纬度呈逆行;风流方向的差异被认为是一种表面效应,而不是由于任何更深的大气过程。在 70°S 纬度,高速射流以 300 ms − 1 的速度行进。海王星赤道的甲烷、乙烷和乙炔的丰度是两极的 10-100 倍;这被解释为存在上升现象的证据赤道和向两极下沉。 2007 年,人们发现海王星南极对流层的上层比地球其他地方高约 10°C,平均约 -200°C。这种热差足以让甲烷气体在地球上层大气中冻结,从而被喷射到太空中。相对“热点”是由于海王星轴的倾斜,它在海王星年的最后四分之一处将南极暴露在太阳下,相当于大约 40 个地球年;与地球上发生的情况类似,季节交替将导致暴露在太阳下的极点成为北极,从而导致变暖并随后从北极的大气中排放甲烷。由于季节变化,海王星南半球云带的大小和反照率有所增加;这一过程于 1980 年首次被观察到,预计将在 2020 年左右结束。海王星的长轨道周期会导致 40 年的季节性交替。

风暴

1989年,航海者2号探测器发现了大暗斑,这是一个13000×6600公里的反气旋风暴系统。风暴让我们想起了木星的大红斑;然而,1994 年 11 月 2 日,哈勃太空望远镜未能观测到这颗行星上的这个黑点。取而代之的是北半球出现了类似于大黑斑的新风暴。它的名字来源于它在航海者 2 号探测器飞越前一个月的第一次观测,它的移动速度超过了大黑斑。随后的图像显示出更快的云。小黑斑实际上是一场南方气旋风暴,1989 年过境期间观测到的第二强风暴;最初是完全黑暗的,但随着探测器的靠近,一个更亮的点开始出现,在所有高分辨率图像中都可以看到。海王星的黑点被认为位于对流层的海拔较低的地方,比行星的白云和发光体还要低,所以它们在上覆的云层中表现为孔洞;由于它们是可以持续数月的稳定结构,因此相信它们可以是涡流结构。通常在这些结构附近发现更亮和更持久的甲烷云,推测形成于对流层顶的高度。伴云的持久性表明一些暗点继续以气旋的形式存在。尽管它们不再像黑点那样可见;当黑斑迁移得太靠近赤道或通过其他未知机制时,它们也可能消散。

磁场

海王星和天王星之间的另一个相似之处在于磁层,磁场强烈倾向于 47° 的旋转轴,并且相对于行星的物理核心偏离中心至少 0.55 条射线(约 13 500 公里)。在航海者 2 号宇宙飞船抵达海王星之前,有人假设天王星倾斜的磁层是其倾斜旋转的结果;然而,通过比较两颗行星的磁场,科学家认为这种极端方向可能是行星内部流动的特征。该场可以由内部流体在导电液体(可能由氨、甲烷和水组成)组成的薄球形外壳中的对流产生,从而引起发电机作用。海王星赤道表面的磁场估计为 1.42 μT,磁矩为 2.16 × 1017 Tm³。海王星的磁场具有复杂的几何形状,其中包括非偶极子分量,包括强度也可能超过偶极子的强四极矩。另一方面,地球、木星和土星只有相对较小的四极矩,它们的场比极轴倾斜度小。海王星的巨大四极矩可能是行星中心未对准和场发电机几何约束的结果。距离为行星半径的34.9倍;磁层顶,即磁层压力抵消太阳风的点,延伸到海王星半径的23-26.5倍的距离。磁层的尾部向外延伸至行星半径的至少 72 倍,甚至可能更远。

行星环

海王星有一个行星环系统,是太阳系中最薄的系统之一。这些环可能由与硅酸盐或碳化合物结合的颗粒组成,这使它们呈红色。除了距离地球中心 63,000 公里的薄亚当斯环之外,还有 53,000 公里的勒维里尔环和 42,000 公里的更大和更弱的加勒环。后一个环的进一步扩展被称为拉塞尔。它通过 57,000 公里的阿拉戈环与其最外缘相连。这些行星环中的第一个是由爱德华·吉南 (Edward Guinan) 领导的研究小组于 1968 年发现的,但后来认为这个环可能是不完整的。证据表明戒指会被打断是在“1984 年的恒星掩星,当时光环遮住了一颗沉没但未出现的恒星。航海者 2 号探测器于 1989 年拍摄的图像显示海王星的环是多重的。这些环有一个群结构,其原因尚不清楚,但可能是由于与附近绕轨道运行的小卫星的引力相互作用造成的。最里面的环,亚当斯,包含五个主要弧,称为勇气、自由、平等 1、平等 2和兄弟会。弧的存在很难解释,因为运动定律预测弧将在很短的时间尺度内分散在一个均匀的环中。天文学家认为,由于 Galatea 的引力作用,拱门被封闭在它们当前的形式中,一个月亮被放置在环内。2005 年宣布的地球主导观测似乎表明海王星的环比以前认为的要不稳定得多。与航海者 2 号拍摄的图像相比,凯克望远镜在 2002 年和 2003 年拍摄的图像显示光环有相当大的衰减。特别是,自由弧可能会在 21 世纪末溶解。Arco Liberté 可能会在 21 世纪末解散。Arco Liberté 可能会在 21 世纪末解散。

天然卫星

海王星有十四颗已知的天然卫星,其中最大的是海卫一;其他主要卫星有海卫二、变形虫和拉里萨。Tritone是海王星唯一一颗椭圆形的卫星;在发现母行星仅 17 天后,天文学家威廉·拉塞尔 (William Lassell) 首次发现了它。与太阳系的所有其他主要卫星不同,它相对于海王星以逆行方向运行;与海王星同步自转,轨道在不断衰减。除了海卫一,最有趣的卫星是海卫二,它的轨道是整个太阳系中最偏心的。1989年7月至9月,美国探测器航海者2号已经确定了六颗Proteus 中脱颖而出的新卫星,其尺寸几乎足以使其具有球体形状。它是海王星系统中的第二颗卫星,尽管质量仅相当于海卫一的 0.25%。2004 年宣布了一系列新发现,这些都是小型且高度不规则的卫星。 2013 年 7 月,Mark Showalter 从哈勃太空望远镜在 2004 年至 2009 年期间获得的图像中发现了第 14 颗卫星,称为海马体。来自哈勃太空望远镜在 2004 年至 2009 年期间获得的图像。来自哈勃太空望远镜在 2004 年至 2009 年期间获得的图像。

笔记

参考书目

帕特里克·摩尔。海王星。奇切斯特,威利,1988 年。Dale P. Cruikshank。海王星和海卫一。1995. Ellis D. Miner、Randii R. Wessen。海王星:行星、环和卫星。2002 P. Farinella, A. Morbidelli。超越海王星。- 天文学。M. Fulchignoni。海王星显露,感谢航海者!- 天文学。RS Harrington, TC Van Frandern。海王星的卫星和冥王星的起源。- 伊卡洛斯。

相关项目

一般的

海王星环 海王星大气 大黑点 小黑点滑板车 海王星的磁层 海王星形成 科幻小说中的海王星 海王星观测 海王星的轨道参数 海王星的系统 海王星的内部结构

在卫星上

海王星的天然卫星

探索中

海王星航海者2号探索

其他项目

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外部链接

Astrofilitrentini.it 上的海王星,astrofilitrentini.it 上。(CN) NASA 网站上的海王星,网址为 solarsystem.jpl.nasa.gov。2019 年 5 月 3 日检索(从 2015 年 9 月 24 日的原始网址存档)。海王星:从发现到探测,在 racine.ra.it 上。海王星 - YouTube 上的纪录片