Neptun: Gasgigantens fakta, opdagelse og unikke egenskaber

Opdagelse

Den første mulige observation af Neptun menes at være foretaget af Galilei, da hans tegninger viste Neptun i nærheden af Jupiter. Men Galileo blev ikke krediteret for opdagelsen, da han troede, at Neptun var en "fast stjerne" i stedet for en planet. På grund af Neptuns langsomme bevægelse på himlen var Galileos lille teleskop ikke stærkt nok til at opdage Neptun som en planet.

I 1821 udgav Alexis Bouvard de astronomiske tabeller over Uranus' bane. Senere observationer viste, at Uranus bevægede sig uregelmæssigt i sin bane, hvilket fik nogle astronomer til at tro, at et andet stort legeme var årsagen til Uranus' uregelmæssige bevægelser. I 1843 beregnede John Couch Adams kredsløbet for en ottende planet, som muligvis ville påvirke Uranus' bane. Han sendte sine beregninger til Sir George Airy, den kongelige astronom, som bad Adams om en forklaring. Adams begyndte at lave en kopi af svaret, men sendte det aldrig.

I 1846 foretog Urbain Le Verrier, som ikke arbejdede sammen med Adams, sine egne beregninger, men fik heller ikke megen opmærksomhed fra de franske astronomer. Samme år begyndte John Herschel imidlertid at støtte den matematiske metode og opfordrede James Challis til at lede efter planeten. Efter megen forsinkelse begyndte Challis sin ufrivillige søgen i juli 1846. I mellemtiden havde Le Verrier overtalt Johann Gottfried Galle til at lede efter planeten.

Selv om Heinrich d'Arrest stadig var studerende ved observatoriet i Berlin, foreslog han, at et nyligt tegnet kort over himlen i det område, som Le Verrier havde forudsagt, kunne sammenlignes med den nuværende himmel for at finde ud af, om en planet havde ændret position i forhold til en fast stjerne. Neptun blev så opdaget samme nat den 23. september 1846, inden for 1° (en grad (vinkel) fra det sted, hvor Le Verrier havde forudsagt, at den skulle være, og ca. 10° fra Adams' forudsigelse. Challis fandt senere ud af, at han havde set planeten to gange i august, uden at kunne genkende den på grund af sin uforsigtige tilgang til arbejdet.

Kreditering og navngivning

Efter at nyheden om opdagelsen af Neptun spredte sig, var der også en masse diskussion mellem franskmændene og briterne om, hvem der skulle have æren for opdagelsen. Senere blev det ved en international aftale besluttet, at både Le Verrier og Adams sammen fortjente æren. Historikere tog dog emnet op til fornyet overvejelse efter genopdagelsen i 1998 af "Neptun-papirerne" (historiske dokumenter fra Royal Greenwich Observatory), som tilsyneladende var blevet stjålet og opbevaret af astronomen Olin Eggen i næsten tre årtier og først blev genopdaget (i hans eje) kort efter hans død. Efter at have gennemgået dokumenterne mener nogle historikere nu, at Adams ikke fortjener lige så stor anerkendelse som Le Verrier.

Kort efter opdagelsen blev Neptun kortvarigt kaldt "planeten uden for Uranus" eller "Le Verrier's planet". Det første forslag til et navn kom fra Galle. Han foreslog navnet Janus. I England foreslog Challis navnet Oceanus. I Frankrig foreslog Arago, at den nye planet skulle hedde Leverrier, et forslag, som blev mødt med stor modstand uden for Frankrig. Franske almanakker genindførte straks navnet Herschel for Uranus og Leverrier for den nye planet.

I mellemtiden foreslog Adams af en anden grund at ændre navnet Georgian til Uranus, mens Leverrier (gennem Board of Longitude) foreslog Neptun som den nye planet. Struve gav støtte til dette navn den 29. december 1846 til videnskabsakademiet i Sankt Petersborg. Snart var Neptun internationalt enighed blandt mange mennesker og blev derefter det officielle navn for den nye planet. I den romerske mytologi var Neptun havets gud, der blev identificeret med den græske gud Poseidon.

Masse og sammensætning

Med en masse på 10,243×1025 kg ligger Neptun mellem Jorden og de største gasgiganter; Neptun har sytten jordmasser, men kun 1/18 af Jupiters masse. Neptun og Uranus betragtes ofte som en del af en underklasse af gasgiganter, der er kendt som "isgiganter", på grund af deres mindre størrelse og store forskelle i sammensætning i forhold til Jupiter og Saturn. I søgningen efter ekstrasolare planeter er Neptun blevet brugt som reference til at bestemme størrelsen og strukturen af den opdagede planet. Nogle opdagede planeter, der har lignende masse som Neptun, kaldes ofte for "Neptuner". ligesom astronomer henviser til forskellige ekstra-solare "Jupitere".

Neptuns atmosfære består hovedsagelig af brint og en mindre mængde helium. Der er også fundet en lille mængde metan i atmosfæren. Vigtige absorptionsbånd af metan forekommer ved bølgelængder over 600 nm, i den røde og infrarøde del af spektret. Denne absorption af rødt lys fra atmosfærisk methan giver Neptun sin blå nuance.

Fordi Neptun kredser så langt fra Solen, får den meget lidt varme, og de øverste dele af atmosfæren ligger ved -218 °C (55 K). Dybere inde i gaslagene stiger temperaturen dog langsomt. Ligesom Uranus er kilden til denne opvarmning ukendt, men forskellene er større: Neptun er den planet, der ligger længst væk fra Solen, men dens indre energi er stærk nok til at skabe de hurtigste vinde, der er set i Solsystemet. Der er blevet foreslået flere mulige forklaringer, herunder radiogen opvarmning fra planetens kerne, den fortsatte udstråling til rummet af restvarme fra nedfaldende stof under planetens fødsel og tyngdebølger, der bryder over tropopausen.

Man mener, at Neptuns indre er meget lig opbygningen af Uranus' indre. Der er sandsynligvis en kerne, som menes at være omkring 15 jordmasser, bestående af smeltet sten og metal omgivet af en blanding af sten, vand, ammoniak og metan. Det store tryk holder den iskolde del af denne omgivende blanding som faste stoffer på trods af de høje temperaturer nær kernen. Atmosfæren, der strækker sig ca. 10-20 % af vejen mod centrum, består hovedsagelig af brint og helium i store højder. Flere blandinger af metan, ammoniak og vand findes i de lavere områder af atmosfæren. Meget langsomt blander dette mørkere og varmere område sig med det overophedede flydende indre. Trykket i centrum af Neptun er millioner af gange højere end på Jordens overflade. En sammenligning af dens rotationshastighed med dens grad af affladethed viser, at dens masse er mindre koncentreret mod centrum i modsætning til Uranus.

Vejr og magnetfelt

En forskel mellem Neptun og Uranus er den meteorologiske aktivitet, der er blevet observeret (set eller målt). Da Voyager-rumfartøjet fløj forbi Uranus i 1986, blev det observeret, at vindene på denne planet var milde. Da Voyager fløj forbi Neptun i 1989, blev der observeret kraftige vejrbegivenheder. Vejret på Neptun har ekstremt aktive stormsystemer. Dens atmosfære har de højeste vindhastigheder i solsystemet, hvilket menes at være drevet af strømmen af intern varme. Almindelige vinde i ækvatorområdet har hastigheder på omkring 1.200 km/t (750 mph), mens vindene i stormsystemer kan nå op på 2.100 km/t, næsten supersoniske hastigheder.

I 1989 opdagede NASA's Voyager 2-rumfartøj Voyager 2 den store mørke plet, et cyklonisk stormsystem på størrelse med Eurasien. Stormen lignede den store røde plet på Jupiter. Den 2. november 1994 kunne Hubble-rumteleskopet imidlertid ikke se den store mørke plet på planeten. I stedet blev der fundet en ny storm, der lignede den store mørke plet, på planetens nordlige halvkugle. Årsagen til, at den store mørke plet er forsvundet, er ukendt. En mulig teori er, at varmeoverførsel fra planetens kerne har forstyrret atmosfærens balance og de eksisterende cirkulationsmønstre. Scooter er en anden storm, en hvid skygruppe længere sydpå end den store mørke plet. Den fik sit øgenavn, da den først blev bemærket i månederne op til Voyager-mødet i 1989: den bevægede sig hurtigere end den store mørke plet. Senere billeder viste skyer, der bevægede sig endnu hurtigere end Scooter. Wizard's Eye/Dark Spot 2 er en anden sydlig cyklonisk storm, den næststærkeste storm, der blev set under mødet i 1989. Den var oprindeligt helt mørk, men efterhånden som Voyager kom tættere på planeten, udviklede der sig en lysende kerne, som ses på de fleste af de billeder med højeste opløsning.

I modsætning til andre gasgiganter viser Neptuns atmosfære tilstedeværelsen af høje skyer, der danner skygger på et tykt skydække nedenunder. Selv om Neptuns atmosfære er meget mere aktiv end Uranus', består begge planeter af de samme gasser og is. Uranus og Neptun er ikke helt samme type gasgiganter som Jupiter og Saturn, men er snarere isgiganter, hvilket betyder, at de har en større fast kerne og også er lavet af is. Neptun er meget kold, og der blev i 1989 målt temperaturer helt ned til -224 °C (-372 °F eller 49 K) i skyernes top.

Neptun har også ligheder med Uranus i sin magnetosfære, med et magnetfelt, der er stærkt skråt i forhold til planetens rotationsakse på 47° og er forskudt mindst 0,55 radius (ca. 13.500 kilometer) fra planetens fysiske centrum. Ved at sammenligne de to planeters magnetfelter mener forskerne, at det ekstreme forløb kan være karakteristisk for strømme i planetens indre og ikke et resultat af Uranus' sidelæns rotationsbevægelse. ^[]

Der er blevet opdaget meget små blåfarvede ringe omkring den blå planet, men de er ikke så kendte som Saturns ringe. Da disse ringe blev opdaget af et hold under ledelse af Edward Guinan, troede man oprindeligt, at ringene måske ikke var komplette ringe. Dette blev dog bevist forkert af Voyager 2. Neptuns planetariske ringe har en underlig "klumpet" opstilling. Selv om årsagen er ukendt i øjeblikket, mener nogle forskere, at det kan skyldes tyngdekraften i forbindelse med små måner, der kredser i nærheden af dem. ^[]

Beviset for, at ringene er ufuldstændige, begyndte først i midten af 1980'erne, da man fandt ud af, at stjernernes okkultationer sjældent viser et ekstra "blink" lige før eller efter, at planeten har okkulteret stjernen. Billeder fra Voyager 2 i 1989 løste problemet, da man fandt ud af, at ringsystemet havde flere svage ringe. Den fjerneste ring, Adams, har tre berømte buer, der nu kaldes Liberté, Egalité og Fraternité (Frihed, Lighed og Broderskab).

Det er meget svært at forstå, at der findes buer, fordi bevægelseslovene ville forudsige, at buer spredes ud til en enkelt ring på meget kort tid. Gravitationseffekten af Galatea, en måne lige inden for ringen, menes nu at have skabt buerne.

Flere andre ringe blev opdaget af Voyager-kameraerne. Den tynde Adamsring er ca. 63.000 km fra Neptuns centrum, Leverrier-ringen er 53.000 km fra centrum, og den bredere, mindre Galle-ring er 42.000 km fra centrum. En meget lille udvidelse udadtil af Leverrier-ringen er blevet kaldt Lassell; den er i sin yderste kant omgivet af Arago-ringen på 57.000 km.

Nye jordbaserede observationer, der blev offentliggjort i 2005, viste, at Neptuns ringe er meget mere ustabile end hidtil antaget. For at være helt præcis ser det ud til, at Liberté-ringen måske hurtigt vil forsvinde om mindre end 100 år. De nye observationer synes at skabe stor forvirring omkring vores forståelse af Neptuns ringe.

Neptun har i alt 14 kendte måner. Da Neptun var den romerske havgud, blev planetens måner opkaldt efter mindre havguder eller gudinder. Den største og den eneste, der er stor nok til at have form som en kugle, er Triton (udtales: ˈtraɪtən), som blev opdaget af William Lassell blot 17 dage efter opdagelsen af Neptun selv. I modsætning til alle andre store planetariske måner har Triton en retrograd bane, hvilket viser, at månen sandsynligvis er blevet indfanget og måske engang har været et Kuiperbælteobjekt. Den er tæt nok på Neptun til at være låst fast i en synkron bane og bevæger sig langsomt ind mod Neptun og vil en dag blive revet fra hinanden, når den passerer Roche-grænsen. Triton er det koldeste objekt, der er blevet målt i solsystemet, med temperaturer på -235 °C (38 K, -392 °F). Dens diameter er 2700 km (80 % af Jordens måne, Luna), dens masse er 2,15×1022 kg (30 % af Luna), dens banediameter er 354.800 km (90 % af Luna) og dens omløbstid er 5,877 dage (20 % af Luna).

Neptuns anden kendte måne (i rækkefølge af afstand), den mærkelige måne Nereid, har en af de mest usædvanlige baner af alle satellitter i solsystemet.

Fra juli til september 1989 opdagede Voyager 2 seks nye måner til Neptun. Af disse er den klumpformede Proteus det største kendte objekt, som ikke er blevet formet til en kugle af sin egen tyngdekraft. Selv om den er den næstmest massive neptuniske måne, har den kun en kvart procent af Tritons masse. Neptuns fire nærmeste måner, Naiad, Thalassa, Despina og Galatea, kredser tæt nok på hinanden til at befinde sig inden for Neptuns ringe.

Larissa, der ligger næst længst ude, blev oprindeligt opdaget i 1981, da den havde skjult en stjerne. Månen blev tilskrevet at være årsag til Neptuns ringbuer, da Voyager 2 observerede Neptun i 1989. Fem nye usædvanlige måner, der blev opdaget mellem 2002 og 2003, blev annonceret i 2004. Den seneste måne blev opdaget ved at undersøge Hubble Telescope imags den 16. juli 2013. Den er kun 12 miles i diameter, hvilket gør det muligt for den at undgå at blive opdaget selv af Voyager 2 rumfartøjet.

Neptun kan ikke ses med det blotte øje alene, da Neptuns normale lysstyrke er mellem magnituder +7,7 og +8,0, som kan overskygges af Jupiters galilæiske måner, dværgplaneten Ceres og asteroiderne 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno og 6 Hebe. Et teleskop eller en stærk kikkert vil vise Neptun som en lille blå prik, der ligner Uranus i udseende. Den blå farve kommer fra metanen i dens atmosfære. Dens lille åbenlyse størrelse har gjort den vanskelig at studere visuelt; de fleste teleskopiske data var ret begrænsede, indtil Hubble-rumteleskopet og store jordbaserede teleskoper med adaptiv optik kom frem.

Med en omløbstid på 164,88 julianske år vil Neptun snart vende tilbage (for at blive opdaget) til det samme sted på himlen, hvor den blev opdaget i 1846. Dette vil ske tre forskellige gange, også med en fjerde, hvor den vil komme meget tæt på at være på denne position. Disse er den 11. april 2009, hvor den vil være i prograd bevægelse; den 17. juli 2009, hvor den vil være i retrograd bevægelse; og den 7. februar 2010, hvor den vil være i prograd bevægelse. Den vil også komme meget tæt på at være på samme sted siden opdagelsen i 1846 i slutningen af oktober til begyndelsen og midten af november 2010, når Neptun vil vende fra retrograd til direkte bevægelse på den nøjagtige grad af Neptuns opdagelse og derefter standse et øjeblik langs ekliptika inden for 2 bueminutter på dette punkt (tættest på den 7. november 2010). Dette vil være sidste gang i omkring de næste 165 år, at Neptun vil være på sit opdagelsespunkt.

Dette forklares ved tanken om retrogradation. Ligesom alle planeter og asteroider i solsystemet uden for Jorden gennemgår Neptun retrogradation på visse tidspunkter i løbet af sin synodiske periode. Ud over starten på retrogradation er der andre begivenheder inden for den synodiske periode, herunder astronomisk opposition, tilbagevenden til progradation og konjunktion med Solen.

I sin bane omkring Solen vendte Neptun tilbage til det oprindelige punkt, hvor den blev opdaget i august 2011.

På nuværende tidspunkt har kun ét rumfartøj besøgt Neptun. NASA's Voyager 2-sonde foretog en hurtig forbiflyvning af planeten med sit nærmeste møde den 25. august 1989 og var den sidste planet, der er blevet besøgt af mindst ét rumfartøj.

Nogle af Voyager 2's vigtige opdagelser var dens meget tætte forbiflyvning af Triton, hvor der blev taget billeder af flere dele af månen. Sonden opdagede også den store mørke plet, selv om den nu er forsvundet, efter at Hubble-rumteleskopet tog billeder af Neptun i 1994. Oprindeligt troede man, at det var en stor sky eller et cyklonisk stormsystem, men senere gættede man, at det blot var et hul i det synlige skydække.

Det viste sig, at Neptun har de kraftigste vinde af alle solsystemets gasgiganter. I solsystemets ydre regioner, hvor Solen skinner over 1000 gange svagere end på Jorden (stadig meget lysstærk med en magnitude på -21), skete den sidste af de fire giganter som forskerne faktisk havde forventet. Man kunne tro, at jo længere en planet er væk fra Solen, jo mindre energi og varme ville der være til at skabe og drive de meget kraftige vinde rundt. Vindene på Jupiter var allerede flere hundrede kilometer i timen. I stedet for at se langsommere vinde fandt forskerne hurtigere vinde (over 1600 km/t) på den mere fjerntliggende Neptun.

Et muligt gæt på årsagen til de højere vindhastigheder er, at hvis der produceres nok energi, skabes der turbulens, som bremser vindene (ligesom på Jupiter). På Neptun er der imidlertid så lidt solenergi, at når først vindene er startet, møder de meget lidt modstand og er i stand til at holde meget høje hastigheder. Under alle omstændigheder afgiver Neptun mere energi, end den får fra Solen, og den interne energikilde for disse vinde er stadig ubestemt.

De billeder, der blev sendt tilbage til Jorden fra Voyager 2 i 1989, blev grundlaget for et PBS-program, der blev sendt hele natten på PBS og hed Neptune All Night.