Как было установлено местоположение планеты нептун кратко
Обновлено: 04.07.2024
Нептун — самая удалённая планета солнечной системы, была открыта в 19 веке благодаря математическим расчётам, а не наблюдениям. Когла астрономы заметили, что Уран постоянно сбивается со своего пути, они предположили, что в этот может быть виновна какая — то невидимая и ещё не известная планета, находящаяся за Ураном.
В науке иногда случаются удивительные вещи, когда открытия делаются не по факту обнаружения, а по расчетам. Таким образом, Менделеевым, благодаря созданной им Таблицы химических элементов, были предсказаны многие неоткрытые химические элементы. А в астрономии путем математических расчетов была открыта планета, которая впоследствии была названа Нептун.
Ученые на протяжении многих веков, начиная со средневековья, наблюдали за планетой Уран и не могли взять в толк, почему Уран то замедляется, то ускоряется.
Интенсивные поиски ответа на этот вопрос начали английские и французские астрономы. Их выводы были идентичны, но визуально планета была открыта только в 19 веке немецким ученым Галле, когда были изобретены более сильные телескопы.
На самом деле первым, кто нашел планету Нептун был Галилео Галилей, но в силу того, что наука в XVII веке не располагала достаточным оборудованием за наблюдением за небесными телами, то ученый решил, что это еще одна звезда. Еще одной причиной такой ошибки явилось то, что Нептун — это очень удаленная от Земли планета, а траектория Нептуна, когда он находится в точке крайней удаленности, вообще не позволяла ученым тех времен вести за ней наблюдения.
Спустя несколько лет, один из французских ученых по фамилии Бувар, при помощи математических расчетов все же вычислил его траекторию, но визуально это подтвердить не смогли. Их смущало странное поведение Урана, а именно то, что траектория движения планеты была неравномерной. По предположениям астрономов на данную планету могло влиять какое-то небесное тело, которое располагалось неподалеку.
Это была первая планета существование которой было обнаружено на основе математических данных. Ученые заметили аномальную орбиту Урана, т.е. не характерную результатом взаимодействия только лишь известных космических объектов и было заметно, что на орбиту Урана действует еще какой-то неизвестных ранее объект. Так, проведя математические расчёты ученые вычислили примерно какой массы должен быть объект вносящий такие изменения в орбиту Урана и примерно какова должна быть его орбита обращения. Таким образом и была открыта планета Нептун.
Планета Нептун – восьмая и самая далекая в Солнечной системе. За свой необыкновенный синий цвет ее назвали в честь древнеримского бога морей и океанов.
Нептун входит в группу ледяных гигантов наряду с Ураном. От газовых гигантов Юпитера и Сатурна их отличает мантия, представляющая собой океан жидких аммиака и метана. Тот же метан в виде газа в атмосфере планеты придает ей узнаваемый синий оттенок.
изображение ледяного гиганта
История открытия и исследования
Нептун – единственная из планет Солнечной системы, которая не была обнаружена путем непосредственных наблюдений. История открытия планеты очень интересна.
Галилео Галилей в начале 17 века дважды наблюдал небесное тело в телескоп, но принимал его за звезду, расположенную по близости с Юпитером. Астрономы 19 века, наблюдавшие за движением Урана, обратили внимание на аномальное перемещение его по орбите, не соответствующее их расчетам. Англичанин Томас Джон Хасси в 1834 предположил, что такое поведение Урана может быть связано с наличием внешнего объекта. Одиннадцатью годами позднее британский математик Джон Кауч Адамс вычислил орбитальный путь еще не открытой восьмой планеты. Большинство членов астрономического сообщества не разделяло энтузиазма ученых по поводу нахождения нового планетарного тела в Солнечной системе.
После обнаружения небесного тела разгорелись нешуточные споры, кто же на самом деле ее открыл – Леверье или Адамс. Только в 1998 году были найдены ценные бумаги из Гринвичской обсерватории, касающиеся истории этого события. После их детального изучения было установлено, что настоящим первооткрывателем восьмой планеты является все-таки Леверье, т.к. расчеты Адамса имели большую погрешность.
Первым и пока единственным космическим аппаратом, сблизившимся с далеким гигантом, стал межпланетный зонд Вояджер-2. В 1989 году зонд пролетел всего в 4400 км от верхних слоев атмосферы ледяного гиганта, собрав сведения о его магнитосфере и погодных явлениях. Также Вояджер-2 открыл 6 нептуновых спутников и систему колец.
Общие сведения о планете
Нептун после разжалования Плутона является самой дальней из планет в Солнечной системе. Средняя удаленность его от центральной звезды составляет 4,5 млрд. км. Солнечный свет проходит расстояние до Нептуна за 253 минуты.
От Земли до Нептуна расстояние колеблется от минимального 4,3 млрд. км до максимального 4,553 млрд. км. Такая удаленность тел друг от друга не позволяет наблюдать нам планету на небосводе невооруженным глазом. Увидеть ее поможет телескоп с двухсоткратным увеличением и диаметром не менее 250 мм. Выглядит Нептун как шарообразное тело синего цвета. Такую окраску он получил благодаря своей газовой оболочке с большим содержанием метана, поглощающего красную часть спектра.
Особенностью Нептуна является невероятная скорость перемещения атмосферных масс. Вихри в его атмосфере могут достигать 600м/с, что делает их самыми быстрыми среди планетарных ураганов Солнечной системы.
Орбита и радиус
Орбита Нептуна обладает низким эксцентриситетом, по величине превосходя лишь венерианскую (0.011 и 0.007 соответственно). Полный оборот вокруг Солнца он проходит за 164,8 года, двигаясь по орбите со средней скоростью 5,44 км/с. Новый год со времен открытия небесного тела начался 12 июля 2011 года.
Наклон оси вращения к плоскости орбиты Нептуна составляет 28,3°. Это схоже с земным и марсианским значениями, что свидетельствует о сезонности климата. Однако из-за удаленности от Солнца сезоны здесь длятся по 40 лет.
орбита
Вокруг своей оси гигант оборачивается за 16 часов. Это касается его магнитного поля. С атмосферой дела обстоят иначе. Экваториальный пояс газовой оболочки совершает полный оборот вокруг оси за 18 часов, а полярные области – за 12. Такая разница в скорости обусловила возникновение самых сильных ураганов в Солнечной системе.
Физические характеристики
- Размер Нептуна: средний радиус – 24, 62 тыс. км, площадь поверхности – 7,65*10 9 кв. км.
- Масса Нептуна – 1,024*10 26 кг.
- Среднее значение плотности – 1,64 г/ куб. см.
- Ускорение свободного падения в экваториальной части планеты – 11,2 м/с 2 .
По строению Нептун напоминает своего соседа по Солнечной системе, ледяного гиганта Урана. Под газовой оболочкой, занимающей до 20% массы планеты, расположена ледяная мантия. Она представляет собой смесь жидких аммиака и метана. На самом деле, ледяной эту оболочку назвать трудно. Ее температура колеблется от 1700°С до 4700°С и она представляет собой огромный кипящий океан. Льдом эту жидкость прозвали за ее необычайную плотность.
Под мантией, уходящей вглубь на 7000 км, расположено ядро Нептуна. Оно состоит из железа и солей кремния, подвергнутый давлению в 7 мегабар и температуре в 5500°С.
Атмосфера
Верхние слои атмосферы Нептуна представляют собой водородно-гелиевую смесь с соотношением компонентов 4:1.Чем ближе к ледяной оболочке, тем больше в атмосфере метановых примесей. Это простейшее углеводородное соединение придает объекту синий цвет. Также в нижних слоях газовой оболочки формируются аммиачные и сероводородные облака.
Атмосфера Нептуна, как и большинства крупных тел Солнечной системы, имеет четыре основные области: тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера. В тропосфере по мере удаления от поверхности ледяного гиганта температура опускается до минимума в — 213°С, а затем в верхних слоях атмосферы поднимается до -103°С. Термосфера прогревается до аномальных 470°.
Погода и климат
Вычислить среднюю температуру Нептуна невозможно, т.к. он не имеет твердой поверхности. Ядро планеты разогрето до 5500°С, в мантии температура колеблется от 4700°С до 1700°С, а самое холодное место – верхняя часть тропосферы – охлаждается до -213°.
За счет схожего с Землей наклона оси вращения восьмая планета подвержена смене сезонов. Правда, длятся они очень долго – чуть более 40 лет. С 1980 года лето продолжается на южной стороне, а в 2020 оно придет в северную ее часть.
Верхние слои атмосферы в области экватора вращаются медленней, чем в области полюсов. За счет этого возникают гигантские ураганы, достигающие невероятных 600 м/с. Самым крупным вихрем считается Большое темное пятно, которое наблюдалось в период с 1989 по 1994 год. Его размеры достигали 13*6,6 тыс. км. В это же время здесь бушевали еще два крупных урагана, расположенные южнее предыдущего. В 2017 году в области экватора был зафиксирован вихрь диаметром 9 тыс. км.
Кольца Нептуна
Кольцевая система планеты оставалась не обнаруженной более 120 лет с момента ее открытия. В 1968 году было выдвинуто предположение о наличии у колец Нептуна, что сумел подтвердить межпланетный зонд Вояджер-2 в 1989 году.
кольца
Всего восьмая планета имеет 5 колец. Самым близким к ее поверхности является кольцо Галле, расположенное на расстоянии 42 тыс. км. Далее последовательно идут кольца Леверье, Ласселла и Араго. Последнее кольцо Нептуна, названное в честь британского математика Адамса, удалено от планеты на 63 тыс. км. Оно имеет пять дуг, называющихся Храбрость, Свобода, Равенство 1, Равенство 2 и Братство.
Состоят кольца Нептуна из водяного льда и кремниевых солей. Предположительно, в их состав также входят органические вещества, предающие кольцевой системе красный оттенок.
Спутники
Всего у самой дальней планеты в нашей системе имеется 14 естественных спутников, открытых на данный момент. Крупнейшей нептуновой луной является Тритон, открытый всего через 17 дней после обнаружения самой планеты. Его поверхность представляет собой ледяную оболочку со множеством активных криовулканов.
Нереида – вторая открытая нептунова луна. Свое название она получила в честь морских нимф, героинь мифов Древней Греции. По размерам Нереида занимает третье место среди спутников ледяного гиганта.
Еще 6 спутников в 1989 году обнаружил Вояджер-2. Свои названия они получили в честь морских нимф и божеств древнегреческой мифологии. Все они покрыты льдом и имеют каменное ядро.
С 2012 по 2013 год было еще открыто шесть мелких спутников диаметром до 60 км.
Содержание
Ранние наблюдения
Есть свидетельства, что Нептун фактически наблюдался астрономами и ранее, до официального открытия в 1846.
Поскольку Нептун не видим с Земли невооруженным глазом (его видимая звёздная величина составляет порядка 7,7), первые наблюдения Нептуна были возможны только после изобретения телескопа. Считается, что ещё Галилео Галилей наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года и 29 января 1613 года. Но в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе [2] , и нет никаких свидетельств, что Галилей воспринял замеченный Нептун как новое, ранее неизвестное светило [3] .
Английский астроном Джон Гершель в своём письме 1846 к В. Я. Струве отметил, что фактически наблюдал Нептун 14 июля 1830 и, хотя его телескоп был достаточно мощным, чтобы рассмотреть диск Нептуна, он в то время ошибочно счёл наблюдаемый объект звездой [4] .
В 1847, уже после открытия Нептуна и расчёта характеристик его орбиты, американский астроном С.Уолкер из Военно-морской обсерватории США, исследуя архивные записи, обнаружил, что 8 и 10 мая 1795 французским астрономом Лаландом из Парижской обсерватории наблюдалась звезда, находившаяся в том самом месте, где должен был находиться Нептун. Обнаружение этих записей положения Нептуна в 1795 способствовало более точному расчету орбиты планеты [5] .
Возмущения орбиты Урана и их интерпретация
В положении a гипотетическая внешняя планета оказывает гравитационное воздействие на орбиту Урана, смещая его от места, где он должен находиться согласно расчётам, в точку b.
1. Уран в своем движении испытывает сопротивление газо-пылевой среды, которая заполняет межпланетное пространство. Это сопротивление и вызывает систематические отклонения от расчетной траектории, построенной без учета какого-либо сопротивления среды.
2. Уран обладает не открытым ещё спутником, который вызывает наблюдаемые отклонения.
3. Незадолго перед открытием Урана Гершелем произошло столкновение этой планеты или её сближение с кометой, резко изменившее орбиту Урана.
4. Закон притяжения Ньютона не остается абсолютно справедливым на таких больших расстояниях от Солнца, на каком находится Уран, и далее.
5. На движение Урана оказывает влияние ещё одна, до сих пор не открытая и не известная планета (см. рисунок).
Варианты 1-3 были отвергнуты астрономическим сообществом практически сразу, в отношении варианта 4 большинство астрономов испытывало серьёзный скептицизм. Таким образом, наиболее вероятной оставалась гипотеза № 5.
В ряде источников первым человеком, предположившим существование заурановой планеты, называется английский астроном Томас Хасси. После публикации таблиц движения Урана французским астрономом А. Буваром, Хасси на основе собственных наблюдений обнаружил аномалии в орбите Урана и предположил, что они могут быть вызваны наличием внешней планеты. После этого Хасси посетил Бувара в Париже и обсудил с ним вопрос об этих аномалиях. Бувар обещал Хасси провести расчеты, необходимых для поиска гипотетической планеты, если найдет время для этого. В ноябре 1834 Хасси направил письмо Д. Б. Эйри (в 1835 году ставшему директором Гринвичской обсерватории), где отмечает:
Эйри на это ответил:
Поскольку продолжительность оборота Урана составляет 84 года, письмо Эйри охладило энтузиазм Хасси в поисках заурановой планеты.
Но, несмотря на скепсис Эйри, уже к 1836 в мировом астрономическом сообществе сложилось представление, что за орбитой Урана есть достаточно массивная планета и её надо искать. Так высказывались, например, в 1835 году известный немецкий астроном Э. Б. Вальц и директор обсерватории в Палермо Н. Каччиаторе. Последний даже сообщил, что он наблюдал в мае 1835 года движущееся небесное светило, представляющее, по-видимому, планету, расположенную за орбитой Урана.
Французский астроном Луи Вартман, узнав о наблюдениях Каччиаторе, опубликовал в том же 1836 году заметку, в которой он говорит, что ещё в сентябре 1831 года он также наблюдал движущееся небесное светило и высказывается в пользу того, что это — новая планета, которая должна находиться примерно на двойном расстоянии от Солнца по сравнению с Ураном, а её период обращения должен составлять, следовательно, около 243 лет.
Осталось неизвестным, действительно ли Вартман и Каччиаторе наблюдали новую планету, но, во всяком случае, их слова говорят не только о распространенности гипотезы о существовании неизвестной планеты, но и о том, что был уже поставлен вопрос о местонахождении этой планеты — за орбитой Урана. Но точных расчётов характеристик этой планеты и её орбиты не было сделано до середины 1840-х годов.
Расчёты Д. К. Адамса
Начиная с лета 1843 года до сентября 1845 года Адамс получил шесть решений по движению Урана, из которых каждое следующее он считал точнее предыдущего. В сентябре 1845 года он передаёт Чэллису указанные элементы орбиты неизвестной планеты, а также расчёт её предполагаемого положения на небе 30 сентября 1845 года. Расхождение координат Адамса с фактическим положением неизвестной планеты составляло в сентябре-октябре 1845 года около 1°,9. Это величина довольно существенная, — около четырёх видимых диаметров Луны, — но всё же вполне позволяющая вести успешный поиск. Начав наблюдения, Чэллис мог бы добиться успеха. Впоследствии английские астрономы вменяли Чэллису в вину именно то, что он такие наблюдения осенью 1845 года не начал.
Здесь начинается цепь недоразумений, случайностей и странных событий, которые до сих нор нельзя полностью объяснить и которые длились до самого открытия Нептуна в сентябре 1846.
Расчёты У.Леверье
В ноябре 1845 года Леверье публикует первую статью, посвящённую Урану. Он заново строит всю теорию движения Урана с учётом возмущений от известных планет, перекрывая и уточняя всё, что было сделано Буваром. Его работа и характер самого изложения отличались тщательностью, учётом тончайших деталей, чёткостью. Возмущения находятся двумя различными методами, что гарантирует отсутствие ошибок. Окончательно точность вычисляемых координат Урана 0",1.
На эту работу сразу обратил внимание Эйри. Нет ничего удивительного в этом. Ведь Эйри два месяца назад (в сентябре 1845 года) получил от Адамса краткую записку с результатами, означающими полное решение проблемы неизвестной планеты, но без какого-либо объяснения, как они получены. Конечно, такая записка не произвела на Эйри положительного впечатления, но всё же эта проблема вошла в какой-то мере в круг его непосредственных интересов. Теперь он видит статью Леверье, написанную именно в том стиле, какой ему импонирует. В ней не было решения проблемы, но в ней закладывалась солидная основа для дальнейшего анализа. Эйри написал впоследствии, оценивая эту работу:
Опубликованное в 1847 году подробное изложение данной работы занимает около 100 страниц.
Всю зиму 1845 года и весну 1846 года Леверье усиленно продолжает исследования и 1 июня представляет в Академию наук вторую статью по данной проблеме. Она состоит из двух частей. В первой части Леверье заново проводит сравнение всех существущих наблюдений Урана и вычислений по своей точной теории движения Урана. Получены гораздо более подробные и более точные, чем у Адамса, данные о расхождениях между теорией и наблюдениями. Рассматривается 115 условных уравнений, составленных по 279 наблюдениям с 1690 по 1845 год, с целью устранения этих расхождений за счёт исправления элементов первоначальной орбиты Урана. Леверье делает категорический вывод: наблюдения совершенно непримиримы с теорией, обращается к Эйри в письме от 28 июня 1846 с просьбой организовать поиски новой планеты:
Поиски новой планеты начались в Англии 29 июля 1846. Леверье о них ничего не знал до самого их конца.
Обнаружение новой планеты
И.Галле, получив письмо Леверье 23 сентября, тем же вечером приступил к наблюдениям. Поскольку поиск новой планеты не входил в плановые наблюдения Берлинской обсерватории, на внеплановую работу нужно было получить разрешение директора обсерватории И. Ф. Энке, который отличался большой педантичностью в соблюдении регламента наблюдений, а также изрядным скепсисом в отношении инициатив молодых сотрудников. Поначалу Энке отказал Галле, но после настойчивых просьб последнего дал согласие, поскольку уходил на празднование своего юбилея (23 сентября 1846 Энке исполнилось 55 лет). Помочь Галле в поисках новой планеты с энтузиазмом вызвался 24-летний студент Генрих д’Арре.
Для наблюдений был использован ахроматический рефрактор с 24-сантиметровым зеркалом, изготовленным компанией И.Фраунгофера. (Этот телескоп впоследствии был размещён в Немецком музее в Мюнхене, где его в настоящее время можно увидеть в качестве экспоната [8] ). Для поиска новой планеты было два возможных пути:
- 1.По видимому перемещению относительно звёзд (в этом случае каждую звезду в районе предполагаемого нахождения новой планеты надо было наблюдать дважды с интревалом в несколько дней. фиксируя её точные координаты);
- 2.По видимому диску (размер которого, как указывал Леверье, должен был составлять порядка 3").
Поначалу Галле, направив телескоп в указанную Леверье точку неба, не обнаружил новой планеты. Тогда д’Арре предложил третий способ поиска: использовать карту звёздного неба, сличая светила, нанесённые на карту с теми, которые реально наблюдаются на небе. Поскольку неизвестной планеты на карте не может быть, ей окажется звезда, не обозначенная на звёздной карте. Для этого требовалась достаточно подробная и точная звёздная карта, и такая карта в Берлинской обсерватории была. Это была карта звёздного атласа Берлинской академи наук, составленная Карлом Бремикером и напечатанная в конце 1845. (К сентябрю 1846 эта карта ещё не была разослана в обсерватории Великобритании и Франции).
Выбор названия новой планеты
Признание открытия Нептуна научным сообществом и общественностью
Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.
Мифы об открытии Нептуна
Открытие Нептуна, как и любое значительное событие в истории, стало обрастать мифами. Один из них — это якобы предсказанные за 300 лет Нострадамусом время и обстоятельства открытия планеты. В 4-й центурии, 33-м катрене Нострадамуса есть строки:
Юпитер связан с Венерой больше, чем с Луной,
Явившейся во всем своем блеске.
Венера скрыта, в свете Луны исчез Нептун,
Поражаемый тяжелым копьем Марса.
Некоторые интерпретаторы Нострадамуса предложили следующее толкование этих строк:
Нептун в свете полной Луны.
Полнолуние. Констелляция 7.08.1846.
Марс в оппозиции к Нептуну.
Венера под горизонтом.
Расстояние от Венеры до Юпитера.
Расстояние от Юпитера до Луны.
Мировоззренческое значение открытия Нептуна
Открытие Нептуна имело исключительно важное значение для науки, поскольку оно окончательно подтвердило справедливость как гелиоцентрической системы мира Николая Коперника, так и справедливость и универсальность закона всемирного тяготения. Открытие ранее невидимой планеты было подготовлено союзом небесной механики и всевозрастающей точности искусства астрономических наблюдений.
Д. Б. Эйри отмечал:
Читайте также: